高铁列车涂层的抗冲蚀破坏机制研究

曾明亮1，2，高方圆,1，刘仁,1，李光,1，夏原１ （１．中国科学院力学研究所宽域飞行工程科学与应用中心； ２．中国科学院大学工程科学学院）

摘要:针对动车组表面涂层在运行过程中受到微细粒子高速冲蚀磨损的问题，采用有限元数值模拟及冲蚀磨损试验系统研究了微细粒子速度、入射角度、粒子尺寸等对涂层冲蚀磨损率的影响规律，分析了聚氨酯涂层的抗冲蚀破坏机制，主要表现为低角度冲蚀时的微切削及高角度冲蚀时的脆性破碎机制。研究结果表明，涂层的冲蚀磨损率随粒子速度呈现幂增长，冲蚀磨损率在粒子速度从70m/s变为80m/s时增幅达87%；涂层在一定程度上呈现韧性材料冲蚀磨损特性，冲蚀磨损率在入射角15°时达到峰值0.94mm3/g；在不同粒径粒子垂直入射情形下，涂层均表现出脆性材料的破碎脱落冲蚀磨损机制。模拟计算的仿真结果与试验验证误差仅为7%，表明该模型建立与计算方法具有较高的有效性，可用于简化或替代试验手段，为风沙环境下涂层结构的优化提供依据。

关键词:固体粒子冲蚀； 冲蚀磨损率； 有限元计算； 冲蚀试验； 冲蚀形貌