制动盘是陆路高速运载工具基础制动系统的核心元件。高速列车制动盘服役过程中产生的摩擦损耗、疲劳裂纹等损伤失效大大降低了制动系统的制动可靠性,影响列车运营安全。因此,进一步提高制动盘的耐磨性和稳定性势在必行。采用超声滚压工艺强化制动盘摩擦表面,实现表面力学性能改性,对于提高制动盘服役寿命具有重要意义。论文采用仿真与试验相结合的方法开展相关研究,具体工作及成果如下:(1)利用非线性动力学软件ANSYS/LS-DYNA,建立制动盘超声滚压宏观简化有限元模型,研究静压力、冲击次数对制动盘强化效果的影响;研究与分析等效应力场在冲击区域的分布以及表层塑性变形剧烈程度;研究与分析残余压应力在制动盘深度方向的分布规律,并与试验值相对比,验证了宏观模拟的有效性;研究与分析制动盘表面轮廓的演变以及冲击凹坑深度与静压力和冲击次数的关系规律;为得到制动盘表面硬度和耐磨性的影响因素,研究与分析等效应变表征制动盘加工硬化效果。(2)利用DEFORM-3D软件的MICROSTRUCTURE模块,研究与分析制动盘表层材料在超声滚压过程中的微观组织形貌演变过程;研究与分析位错密度、晶界及晶粒度的变化对制动盘材料微观组织结构的影响;研究与分析晶粒细化程度沿制动盘深度方向的分布规律,并与试验表层微观组织分布相对比,验证了微观模拟的有效性。微观组织模拟分析能较好的阐释了制动盘试样的宏观变形规律与超声滚压晶粒细化机制。(3)采用豪克能超声强化设备,设计制动盘超声滚压强化试验方案,利用多种表面性能测量设备,研究对比制动盘超声滚压前后的强化效果;研究与分析静压力、滚压次数和横向进给量参数对表面粗糙度、表面残余压应力以及表面硬度的影响规律;利用扫描电子显微镜,研究与分析制动盘表面形变层的微观组织形貌演变规律;并以细化层厚度为指标,观察了静压力、滚压次数对制动盘表层在深度方向上微观组织形貌的影响,从微观角度研究了制动盘超声滚压强化机理。论文仿真与试验均从宏观分析到微观组织形貌分析的研究思路。结果表明,超声滚压工艺能够达到现役高速列车制动盘材料所需的改性强化效果,进而提高了制动盘材料的综合机械性能,延长了制动盘服役寿命,增加了制动安全性。