概述 铁路所使用的摩擦材料如受电弓滑板和车轮踏面制动器，大多都由复合材料制成。而复合材料的宏观性能在很大程度上取决于其几何微观结构，如尺寸、形状和成分的分布。传统的铁路材料倾向于通过试错进行试验开发。为更有效地改进和开发材料，可通过数值仿真研究材料微观结构与宏观性能间的关系。 本项目利用 X 射线计算机断层扫描技术开发了一种基于图像的浸金属碳微观模型，通过均质化方法评估其杨氏模量、热导率和电阻率，计算分析应力、温度和电流密度的分布。 图像处理 本研究所用受电弓滑板的材料为浸金属碳（PC78A），由多孔碳与铜浸渍制成，认为几乎是各向同性。 表1：PC78A 的材料性能和各成分的体积分数 使用 Bruker SkyScan 2211 CT 扫描设备获取 PC78A 的微观结构，导入Simpleware 软件进行图像处理。为缩短图像处理时间，先将像素间距从 1 μm 调整为 3 μm，采用中值滤波器去除脉冲噪声。 图1：CT 扫描获得的图像数据 裁剪边长为 600 μm 的立方体（模型 600）作为感兴趣区域，基于灰度值将图像分割为铜、碳和空隙。考虑到后续产生网格单元的数量和计算资源，将空隙区域体素小于 10 和铜中体素小于 50 的部分重新划分为碳的区域。按照不同位置将模型 600 分为 8 个边长为 300 μm 的立方体（模型 300①-⑧）。在 Simpleware FE 模块为所有模型 300 生成高质量的网格模型。 图2：模型 600 中不同模型 300 的位置关系 图3：图像分割结果和生成的网格模型 将模型 600 与模型 […]