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微粒子喷丸-微弧氧化复合处理高速接触网腕臂铝合金超高周疲劳破坏机理及寿命预测

批准号:
52075457
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张继旺
依托单位:
学科分类:
机械结构强度学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张继旺

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
我国高速铁路已取得举世瞩目的飞速发展,但是,随着高铁开通里程和运营时间的增加,高速接触网腕臂铝合金构件出现破坏的现象时有发生。这是由于国产腕臂构件制造技术自国外引进,而其自主化和性能提升研究却相对滞后。本研究针对接触网腕臂Al-Si-Mg合金开展微粒子喷丸-微弧氧化复合处理,分析处理后表面性能演变,研究复合处理工艺参数和表面性能关系;开展超高周疲劳试验,研究复合处理工艺对超高周疲劳性能和破坏行为影响,确定与腕臂铝合金抗超高周疲劳相匹配的复合处理工艺参数,同时,基于同步辐射光源开展超高周疲劳试验,研究疲劳裂纹萌生和扩展过程,并结合裂纹萌生位置和扩展路径的微观组织分析,阐明超高周疲劳破坏机理;此外,结合疲劳断口形貌分析,建立考虑表面性能演变和内部微观组织特性的超高周疲劳寿命预测模型。本研究可以为国产高速接触网构件性能提升表面处理工艺选择、抗超高周疲劳可靠性设计和运营维护策略制定提供依据。
英文摘要
In China the high-speed railway has made remarkable development, but with the increase of the opening mileage and operation time, the damage of cantilever components made of aluminum alloy in high-speed railway catenary system occurs from occasionally. This is because the manufacturing technology of the catenary components is introduced from abroad, and the research on its localized production and performance improvement is comparatively lagging. In this study, the Al-Si-Mg alloy applied to the catenary cantilever is treated by the combined treatment of micro-shot peening and micro-arc oxidation. The surface property evolution after the treatment is analyzed and the relationship between combined treatment process parameters and surface properties is studied. The very high cycle fatigue tests are conducted and the effect of combined treatment on very high cycle fatigue properties and fracture behaviors are investigated, meanwhile, the combined treatment parameters matching with the aluminum alloy to improve the very high cycle fatigue property is determined. At the same time, the synchrotron very high cycle fatigue tests are carried out to investigate the crack initiation and propagation process. According to the test results and the microstructure analysis on crack initiation site and extension path, the fracture mechanism in the very high cycle regime is clarified. In addition, based on the analysis of fatigue fracture morphology, a life prediction model for very high cycle fatigue considering the evolution of surface properties and microstructure characteristics is established. The results of this study can provide guidance for the selection of surface treatment technology for the performance improvement of localization high-speed railway catenary cantilever components, the reliability design for anti-very-high cycle fatigue and the formulation of operation and maintenance strategies.
近年来,随着我国高铁开通里程和运营时间的增加以及运行速度的提高,作为动车组动力来源的接触网系统中的腕臂铝合金构件出现破坏的现象时有发生。这主要由于我国引进的高铁接触腕臂系统制造技术来自国外的不同国家,加之我国地域广阔、自然环境多样造成接触网工况十分复杂,这些使基于原型技术的国产化铝合金构件不能满足高速铁路安全运行要求。因此,开发符合我国国情的高性能和高可靠性的高速接触网腕臂铝合金构件已成为国家需求。本研究通过开展国产高速接触网腕臂铝合金超高周疲劳破坏过程和破坏机理研究,高速接触网腕臂铝合金喷丸-微弧氧化复合处理工艺优化研究,表面处理对接触网腕臂铝合金表面性能影响及微弧氧化涂层形成机理研究,喷丸-微弧氧化复合处理接触网腕臂铝合金超高周疲劳性能、破坏行为和寿命预测研究以及腐蚀环境对接触网腕臂铝合金疲劳性能影响研究,阐明了喷丸-微弧氧化复合处理对高速接触网腕臂铝合金表面性能的影响机制,建立了喷丸-微弧氧化复合处理工艺与表面性能的相关关系,确定与高速接触网腕臂铝合金抗超高周疲劳相匹配的复合处理工艺参数,指导了高速接触网腕臂铝合金抗超高周疲劳的表面处理工艺开发;明确了喷丸-微弧氧化复合处理高速接触网腕臂铝合金的超高周疲劳破坏特性,积累超高周疲劳数据,为建立高速接触网腕臂铝合金超高周疲劳数据库提供基础资料,也为其抗疲劳可靠性设计提供了依据;明晰了高速接触网腕臂铝合金超高周疲劳裂纹萌生和扩展过程,并建立了喷丸-微弧氧化复合处理高速接触网腕臂铝合金超高周疲劳寿命预测方法,为高速接触网腕臂铝合金构件的寿命预测和剩余寿命评估提供理论依据;此外,还明确了腐蚀环境下接触网腕臂铝合金腐蚀疲劳性能和腐蚀疲劳破坏机制,为进一步开发高速接触网腕臂铝合金抗腐蚀-疲劳表面处理工艺奠定基础。
微粒子喷丸-微弧氧化复合处理高速接触网腕臂铝合金超高周疲劳破坏机理及寿命预测
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    张继旺
  • 依托单位:
高速动车组合金车轴钢微粒子喷丸强化机理及超高周疲劳性能研究
  • 批准号:
    51675445
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    张继旺
  • 依托单位:
机械结构用高强度等温淬火球墨铸铁超高周疲劳行为及破坏机理研究
  • 批准号:
    51305363
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    张继旺
  • 依托单位:
国内基金
海外基金