激光表面点阵改性材料摩擦磨损的控制机理

当前限制我国铁路货运重载列车发展的瓶颈是粘着牵引力不足。轮轨表面的形貌及表层材料力学性能控制着摩擦磨损行为及列车粘着牵引力的大小，利用激光表面离散点阵改性处理控制轮轨表层材料形貌、微结构及力学性能，增加轮轨粘着牵引，是新近提出的一项新概念技术。本项目以发展这一新概念技术为背景，从实验、理论分析与数值仿真相结合的角度，系统研究激光表面离散点阵改性轮轨材料的滚动摩擦磨损行为及其与激光点阵改性工艺参数的关联规律，揭示离散点阵改性表层材料摩擦磨损的控制机制，为探索改善重载列车粘着牵引提供有价值的线索。激光表面离散点阵改性材料是一种典型的细观非均质多相材料，其弹塑性滚动接触摩擦磨损行为的研究是当前表面工艺力学及固体材料力学领域的前沿问题之一。因此，本项目的研究具有重要的应用与理论价值。

针对轮轨粘着牵引力不足这个限制我国铁路货运重载列车发展的瓶颈，本项目以“轮轨激光表面点阵改性增粘”这一新概念技术为背景，从实验、理论分析与数值仿真相结合的角度，研究了激光表面离散点阵改性的形貌控制机理和微区力学性能、激光表面改性点阵的应力场分析、弹塑性滚动接触蠕滑率-力关系、表面形貌对混合润滑条件下粘着系数的影响机理。得到了激光表面点阵改性的微区力学性能、摩擦学性能、残余应力场的变化规律，建立了弹塑性滚动接触蠕滑率-力模型，阐明了表面形貌在混合润滑条件下对粘着系数的影响规律，为轮轨激光表面点阵改性增粘技术提供了参考依据。