材料与精益成形研究所
基本情况
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材料与精益成形研究所现有师生30余人，主要研究方向包括： （1）轨道交通关键零部件结构-工艺协同设计； （2）轻量化零部件材料强韧化与表面改性技术； （3）轨道车辆零部件失效分析与预防研究。 研究所共主持国家级、省部级、企业横向委托的科研项目共计200余项，获发明专利20余项，发表科研论文100余篇，培养研究生120余名，实施科技成果转化4项，参与制订铁路行业标准2项。 研究所科技成果转化与运用情况： （1）先后进行了提速客车蠕铁制动盘、高纯净耐热疲劳锻钢制动盘及铝基复合材料制动盘的材料研发、结构设计、成形技术、热容量评估和失效分析研究，开发的新型锻钢轴装制动盘已在CR200J动车组运用，轻量化铝基复合材料制动盘已在地铁车辆上运用； （2）在钢的微合金化、蠕墨铸铁开发、奥贝球铁开发，开发的15号合金钢客车车钩、蠕铁制动盘、奥贝球铁耐磨衬套、DU氟塑衬套材料与技术已在我国轨道车辆得到推广应用； （3）在铝/镁/钛合金表面陶瓷化改性方面，铝合金表面防腐耐磨微弧氧化技术已在我国轨道交通接触网铝合金零部件上得到批量运用，钛合金表面陶瓷化技术在石油钻井技术方面获得了好的应用效果； （4）开发了基于数值模拟技术的结构—工艺—服役行为协同分析仿真方法，建立了三维建模—铸/锻/焊/注塑成形—结构强度分析—流体模拟—裂纹扩展仿真平台，为轨道车辆制动盘、车轮、轴承、齿轮箱体、紧固件、车体等关键零部件的设计、制造与服役失效分析提供了多项技术服务。 研究所拥有的主要仪器设备包括： （1）铝基复合材料制备设备及微弧氧化陶瓷膜制备设备，包括40kg真空搅拌铸造方法铝基复合材料制备设备、T-MAO-B60双极性微弧氧化电源，T-MAO-B20全逆变微弧氧化电源、电解槽、冷却系统； （2）材料组织结构和性能检测分析设备，包括扫描电镜、金相显微镜，显微硬度计、布氏硬度计、红外成像仪、热疲劳试验机、紧固件轴力测试仪、高温摩擦磨损试验机、热处理炉、温度实时监控系统、Chi660A电化学工作站、盐雾腐蚀试验箱、高低温湿热试验箱、涡流测厚仪等设备； （3）与法国ESI集团联合成立了“材料工程仿真计算中心”，构建了软硬件相结合的技术研究平台，包括用于工程设计的Solidworks，有限元分析软件ANSYS、铸造成形软件ProCAST、锻造成形分析软件Qform、焊接成形Sysweld、注塑成型软件Moldflow、流体力学分析的CFD-ACE+软件、疲劳裂纹扩展仿真软件Franc3D等，搭建了多台高性能工作站组成的计算平台。 团队风采
科技成果转化与运用——轨道车辆钢质制动盘
科技成果转化与运用——轨道车辆铝基复合材料制动盘
科技成果转化与运用——接触网铝合金零部件表面防腐技术 |
研究方向
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“材料与精益成形研究所” 依托北京交通大学轨道交通装备可靠性与检测技术教育部工程研究中心，研究轨道车辆零部件质量控制与服役可靠性问题，包括零部件失效分析与预防、高服役可靠性的材料改性与精益成形技术、零部件结构与成形工艺可靠性协同设计与仿真技术。 （1）在轨道车辆零部件服役行为研究方面，主要开展轨道车辆零部件的失效分析、裂纹扩展规律、寿命预测方法等研究，并开展零部件失效预防研究。 （2）在零部件材料改性技术研究方面，主要开展高性能合金钢材料开发，开发铝合金及其复合材料的微弧氧化表面处理技术，镁合金、钛合金的微弧氧化表面处理技术。 （3）在零部件结构工艺协同设计技术研究方面，主要开展金属结构件的铸、锻、焊成型工艺仿真、塑料注塑成型工艺仿真、基于有限元技术的服役零部件的强度和变形分析、零部件结构与工艺协同设计理论及方法。 |
科研成果与荣誉
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一、近年来授权专利 [1] 一种分体轮装制动盘连接方法；ZL 201910667305.0； [2] 一种反重力铸造用吸管；ZL 201810461545.0； [3] 一种铝基复合材料轴装制动盘；ZL 201811031706.9； [4] 一种拼接式防反翘轴装制动盘；ZL 201610051305.4； [5] 一种搅拌法制备颗粒增强铝基复合材料用坩埚；ZL 201620794845.7； [6] 一种孔装配阀金属结构件微弧氧化处理用夹具；ZL 201620074799.3； [7] 一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体；ZL 201610103789.2； [8] 一种轨道车辆轴装制动盘与盘毂的连接；ZL 201510947207.4； [9] 纤维增强铜基复合材料接触线；ZL 201520827778.X； [10] 纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯；ZL 201520830084.1； [11] 一种防反翘结构轨道车辆轴装制动盘；ZL 201520195404.0； [12] 轴装式轨道车辆制动盘；ZL 201420192545.2。 二、近年来成果转化 [1] “轨道车辆钢质制动盘专有技术”作价入股，1250万元； [2] 一种拼接式防反翘轴装制动盘-专利实施许可，30万； [3] 一种轨道车辆轴装制动盘与盘毂的连接-专利实施许可，30万； [4] 一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体-专利转让，505万。 三、获奖 2017年获中国铁道学会科学技术奖三等奖； 2022年获第八届全国铁路青年科技创新奖。 |
代表性科研项目
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近年来主持和参加的部分科研项目如下：： [1] 科技部“科技支撑”：下一代地铁列车关键技术研究及样车制造-轻质低噪铝基复合材料制动盘与制动闸片技术研究，77万； [2] 科技部“973”：基于概率安全的轮轨材料服役性能评价体系研究-车轮损伤容限研究，45万； [3] 科技部“973”：轮轨材料疲劳损伤及失效机理研究，18万； [4] 国家重点研发计划：快捷货车制动盘与匹配闸片服役过程表面特征演变机制研究，30万； [5] 国家自然基金：SiCP/Al复合材料微弧氧化陶瓷膜制备及成膜机理研究， 80万； [6] 国家自然基金：轨道车辆盘形摩擦制动材料表面特征演变及其摩擦匹配性能研究，80万； [7] 国家自然基金：滚动接触载荷下车轮钢超高周疲劳实验研究和寿命预测，25万； [8] 中国铁路总公司：牵引供电系统安全运用技术研究-铝合金接触网零部件防腐技术研究，50万； [9] 中国铁路总公司：CRH2动车组锻钢制动盘疲劳寿命试验研究与评估（续补），62万； [10] 中国铁路总公司：牵引供电前瞻性技术研究-纤维增强铜基复合材料接触网导线开发研究，45万； [11] 基本科研业务费：通风铝合金制动盘摩擦面抗划伤技术与裂纹扩展机理研究，107万； [12] 基本科研业务费：铝基复合材料制动盘质量与服役可靠性基础理论及关键技术研究，50万； [13] 校企合作：铝基复合材料及其制品，400万； [14] 校企合作：铝基复合材料可视化制备技术与制动盘结构工艺协同设计研究， 215万； [15] 校企合作：轨道车辆用钢质制动盘开发及应用研究，200万； [16] 校企合作：真空调压成形技术及其产业化应用，120万； [17] 校企合作：动车组制动盘摩擦面裂纹识别、盘面变形检测技术研究，113万； [18] 校企合作：搅拌摩擦焊接残余应力及缺陷仿真技术研究，77 万； [19] 校企合作：蠕铁制动盘失效行为的组织与性能研究及热机耦合仿真分析，48.5万； [20] 校企合作：联轴节鼓形齿面缺陷面积检测技术研究，83万； [21] 校企合作：注塑模具热疲劳行为及设计方法改进研究，80万； [22] 校企合作：E28轴装制动盘定心环失效分析，63万； [23] 校企合作：新型钢质制动盘开发研制，60万； [24] 校企合作：CRH2A统开裂制动盘检测，19.5万； [25] 校企合作：跨座式单轨列车铸钢制动盘研发，15万； [26] 校企合作：BD640/51分体式轮装制动盘设计开发，27.04万； [27] 校企合作：铝基复合材料制备及成型技术研发，25万； [28] 校企合作：制动盘设计仿真分析及验证，26.5万； [29] 校企合作：200km ~250km/h高速列车锻钢制动盘，80万； [30] 校企合作：车轮应力分析及强度校核，50万； [31] 校企合作：车轮辐板和轮辋位置材料疲劳性能试验研究，40万； [32] 校企合作：车轮辐板和轮辋位置材料疲劳性能试验研究，160万； [33] 校企合作：锚固组件建模及凝固模拟技术研究，40万； [34] 校企合作：三维实体建模与模拟分析研究(续)，30万。 |
代表性论著
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部分代表性论著如下：
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School of Mechanical,Electronic and Control Engineering
