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基本信息鲁连涛研究员

博士生导师

博士学科：载运工具运用工程

硕士学科：载运工具运用工程

工作单位：牵引动力国家重点实验室

联系方式通信地址：610031 成都市二环路北一段111号

电子邮箱：luliantao@home.swjtu.edu.cn

办公电话：**

办公地点：西南交通大学牵引动力国家重点实验室321房间

个人简历1985年 9月-1989年 7月 西南交通大学土木系工民建专业学习，获学士学位；

1989年 8月-1996年12月 北京铁路局勘测设计院工作，结构工程师；

1997年 1月-1998年 3月 获日本文部省国费奖学金资助，日本富山大学工学部 研究生预科（学习日本语）；

1998年 4月-2000年 3月 获日本文部省国费奖学金资助，日本富山大学机械工程专业学习，获工学硕士学位；2000年 4月-2003年 3月 获日本文部省国费奖学金资助，日本富山大学系统科学专业学习，获工学博士学位；2003年 4月至2003年9月 日本富山大学工学部外国人研究员（博士后）；

2003年11月至2006年6月 牵引动力国家重点实验室工作，任副教授；

2006年 7月至目前牵引动力国家重点实验室工作，任研究员；

2008年 被聘为博士生导师；

2009年8月1日至2009年10月28日 日本富山大学合作研究（文部省资助）

学会活动中国材料研究学会疲劳分会第四届理事会理事（2011年-2015年）
研究方向：机械材料(结构)损伤、疲劳与断裂、摩擦与磨损目前开展以下六方面的研究

(1)金属材料超长寿命疲劳研究

机械结构主要由钢铁等金属材料制造，金属材料在长期交变载荷作用下将发生疲劳失效。按照设计要求，高速铁路车辆、海洋结构、桥梁、发动机零部件和高速轴承等都要满足承受10的9次方以上周次的疲劳载荷不能发生破坏。以往材料科学家认为，钢铁材料存在疲劳极限（往往出现在10的7次方周次以前），在低于疲劳极限的载荷作用下，材料永远不发生破坏，故实验只做到10的7次方周次。但是最近十几年来却发现，高强度钢、表面处理的合金钢、铸铁、部分钛合金、铝合金和镁合金等，在10的7次方周次后仍然发生疲劳破坏，其疲劳裂纹起始于材料次表面或内部缺陷，其疲劳强度低于传统的疲劳极限。由于超长寿命疲劳破坏的出现，国际上把发生在10的6次方周次以前受表面裂纹萌生机制控制的疲劳，叫做Mega-fatigue，把发生在10的6次方周次以后受内部裂纹萌生机制控制的疲劳，叫做Giga-fatigue。Giga-fatigue破坏的发生说明以传统的疲劳极限作为基准的疲劳设计和以10的7次方周次试验获得的S-N曲线为基准的寿命评估方法已经不适合由高强度钢、表面处理的合金钢、铸铁、部分钛合金、铝合金和镁合金等具有内部缺陷材料制造的超长寿命结构和设备的安全使用要求。发展材料内部微小裂纹的无损检测方法、针对内部裂纹萌生机制下的新的疲劳断裂试验测试方法、设计理论和寿命评估方法，是疲劳研究急需解决的课题。实验研究中的难点为：内部裂纹无法直接观察测试。

(2)变幅载荷下焊接结构疲劳寿命评估方法研究

目前变幅载荷下的焊接结构疲劳寿命评估是基于等幅载荷的S-N曲线，运用线性累积损伤法则（Miner法则）进行的。由于这种方法是经验的、没有物理依据且不能考虑载荷顺序对疲劳损伤的影响，因此，该方法评估的疲劳寿命与疲劳试验获得的寿命相差几倍甚至十几倍。多年来，变幅载荷下如何有效的评估结构疲劳寿命，一直是疲劳研究面临的难题。结构的疲劳寿命是由裂纹萌生和裂纹扩展寿命组成的。对于焊接结构，由于先天存在焊接缺陷（焊趾处微裂纹等），其疲劳寿命主要由裂纹扩展寿命控制。研究裂纹扩展寿命首先要研究裂纹开口、闭口行为，这是研究裂纹扩展的物理依据。裂纹完全张开时对应的有效应力强度因子范围ΔKeff(=Kmax-Kop)是裂纹扩展的驱动力。但是，单纯以解析方法求出ΔKeff很困难，大部分通过试验对其测量。目前，普遍采用的是柔度法，这些柔度测量法的共同特点是以柔度轨迹(载荷P-应变ε)的线性区段确定开口载荷的，它往往因人工误差以及测量方法的差别导致结果相差很大。实际上，重复循环加载下因裂纹尖端位错的发生，P-ε轨迹不可能有线性区段。这些测量方法忽略了裂纹尖端因塑性变形带给柔度曲线变化的物理意义，难以体现变幅载荷下的裂纹延迟或加速效应，从而需要新的柔度测量方法，以准确捕捉裂纹的开、闭口行为。研究裂尖塑性变形对柔度曲线的影响，可准确测得裂纹的开、闭口行为，获得裂纹前端的柔度曲线，再采用最小二乘拟合和坐标变换得到迟滞回线，对迟滞回线进行一次和二乘微分确定裂纹开口载荷PRL，得到基于新参量的裂纹扩展速率公式等是本课题研究的基础问题。以前述试验研究为基础，通过仿真方法，获得变幅载荷下，每一次载荷作用下的裂纹前端的柔度曲线，建立基于新参量的变幅载荷裂纹扩展速率公式是本项目研究的最终目标。

(3)压装结构的微动疲劳研究

轴承、齿轮、帐套以及铁道车轮与轴的连接采用压装结构。在旋转弯曲应力作用下，车轴在压装面的两端将发生微动疲劳，微动疲劳损伤是压装结构不可避免的损伤。与常规的疲劳损伤研究相比，研究这种损伤的难点在于：（1）疲劳过程中，伴随者微动磨损的作用，微动磨损引起裂纹萌生，微动磨损区域的材料表面形貌不断的变化，导致压装部位的应力状态不断的改变。（2）20毫米直径以下的小试样的压装过盈量很小（20微米左右），压装轴试样不易加工；压装部位的损伤（裂纹）无法直接观察；压装部位的微动滑移幅值较小，无法测试；实验研究困难重重。因此，对于压装轴，有限元仿真研究成为主要手段。压装轴微动疲劳的研究是疲劳研究中尚未解决的难题。把握其裂纹萌生寿命和裂纹扩展特性、提出抗疲劳措施等，可为铁路车轴等压装构件的探伤周期的延长提供科学依据，从而节约车轴等压装构件的维护费用，也可为将来制定压装轴的疲劳设计标准奠定基础。

(4)轮轨材料滚动磨损与滚动接触疲劳性能的研究

磨损与滚动接触疲劳是铁路轮轨的主要损伤形式。从材料学的角度研究滚动接触磨损的主要目的是提出合理的轮轨材料匹配方法，从而实现轮轨材料的科学选材；从材料学的角度研究滚动接触疲劳的主要目的是掌握材料缺陷（夹杂物、白层等）引起疲劳裂纹扩展的断裂力学条件；当裂纹扩展发生后，提出裂纹扩展速率公式及滚动接触疲劳寿命预测方法，为轮轨材料开发、轮轨打磨、安全维护提供科学依据。滚动接触状态下，压剪型裂纹扩展的测试方法是研究中的难点。

(5)结构振动疲劳问题研究

航空航天设备、车辆结构等均是在振动载荷环境下工作的，然而由于振动疲劳本身存在的复杂性，目前在试验和理论方面对振动疲劳的认识尚不完全清楚。因此，对振动疲劳失效机理和寿命预测方法进行系统深入的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。振动疲劳研究主要关注四个方面，（1）振动疲劳影响因素（频率、阻尼和模态）；（2）振动疲劳分析（振动疲劳特性曲线测试、动应力、动应力强度因计算、损伤准则）；（3）振动疲劳设计（结构动力学建模、结构动响应分析、结构振动控制）；（4）振动疲劳诊断（损伤识别、损伤定位、损伤估算、剩余寿命预测）。

(6)基于微粒子喷丸处理的表面改性技术研究

微粒子喷丸处理是一种根据用途选用适宜材料的40-200微米直径的微粒子与压缩性气体混合后以100-150m/sec速度喷射到金属成品表面以改良表面品质的技术。该方法对加工物的最表层反复进行急加热及降温处理，在喷射过程中被喷物品表面产生的温度高于材料相变温度可以起到表面热加工处理的效果。与冷加工喷丸（如：激光喷丸、高压水射流喷丸、超声喷丸）工艺相比，该工艺能够大幅度地提高构件表面光洁度，同时可在加工物表层形成富有韧性的微细组织，甚至可以使表面组织纳米化。另一方面，在进行高硬度化处理强化表层的同时，使表层变成具有凹陷均一的状态以增强摩擦磨损性能。该技术是一种低成本的表面改性热处理工艺，可广泛应用于机械零件、切削工具、磨具等等领域。


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科学研究负责的在研项目:

国家自然科学基金面上项目，高速列车轮轴压装部位微动疲劳损伤行为及寿命预测方法研究，（**）2014.01-2017.12

参加的在研项目:

(1) 2011年度教育部“****和创新团队发展计划”高速轮轨系统理论及技术（IRT1178），2012.1-2014.12.

(2) 国家自然科学基金委员会—铁道部高速铁路基础研究联合基金，高速列车轮轨接触与粘着行为和磨耗机理研究（U**），2012.1-2015.12。

其它在研研究:

微粒子喷丸对钢筋切割机刀具的表面改性研究

微粒子喷丸对发动机铝合金活塞裙部耐磨性及滑动性能的改善研究

振动引起的螺栓松动机理及基于微粒子喷丸的防松措施研究

高速列车车体下部悬吊部件振动模态和强度的相关性研究

专用实验设备:

(1)四轴拉-压疲劳试验机，1台，日本制，80Hz，液压加载，用于超长寿命疲劳试验研究

(2)悬臂梁型4轴旋转弯曲疲劳试验机，2台.日本制，50Hz，秤砣加载，用于超长寿命疲劳试验研究

(3)PQ-6型四点弯曲加载旋转弯曲疲劳试验机，5台，国产，50Hz，秤砣加载，用于常规旋转弯曲疲劳实验及压装轴微动疲劳实验研究

(4)超声疲劳试验机，1台，日本制，20kHz，超声共振加载，用于超长寿命疲劳试验研究

(5)滚动接触材料磨损试验机，1台，国产，200-400转/min，10%滑差率，秤砣加载，可完成国标要求的滚动接触磨损试验

(6)滚动接触材料疲劳试验机，200-3000转/min.0-20%滑差率液压加载，可完成国标要求的滚动接触疲劳试验

(7)1:3高速滚动接触轮轨疲劳试验机，1台，国产，200-2000转/min，任意滑差率，液压加载，可完成高速轮轨接触损伤模拟实验

(8)滚动加载钢轨疲劳试验机，1台，国产，电液伺服控制加载，用于钢轨焊接接头疲劳强度研究

(9)微粒子高速冲击材料表面改性处理系统，可用于提高机械零部件、切削工具及磨具等表面抗磨损、抗疲劳性能，也可用于提高摩擦副的滑动性

(其它)线切割机床1台；金相试样切割机2台；金相研抛机1台；金相显微镜1台，维氏硬度计1台；洛氏硬度计1台；金相镶嵌机1台；超声波清洗仪1台

共用实验设备:

RUMUL高频疲劳试验机1台，瑞士产，30-250Hz，250kN

拉扭疲劳试验机，1台，瑞士产，电液伺服控制，500kN

共用观察测试设备:

SEM;EPMA;XPS(轨道交通实验室)


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论文成果（近5年发表的论文）2014年

(1)Dongfang Zeng, Liantao Lu, Zhengyang Li, et al. Influence of laser dispersed treatment on rolling contact wear and fatigue behavior of railway wheel steel [J]. Mater Design, 2014, 54: 137-43.（SCI/EI检索）

2013年

(2)Jiwang Zhang，L.T. Lu, Pingbo Wu，Jijun Ma，Guiguo Wang，Weihua Zhang. Inclusion size evaluation and fatigue strength analysis of 35CrMo alloy railway axle steel，Science & Engineering A，2013,562: 211-217.（SCI/EI检索）

(3)曾东方, 鲁连涛, 李正阳等. 激光离散处理车轮钢–钢轨钢摩擦副的摩擦学性能研究[J]. 摩擦学学报, 2013, 33(6). EI检索）

(4)曾东方, 鲁连涛, 张远彬等. 高速轮轨材料匹配的滚动接触磨损性能[J]. 机械工程学报, 2013,13(49): 183-189.（EI检索）

(5)张远彬, 鲁连涛, 张继旺, 邬平波, 马纪军, 王贵国. 压装轴微动疲劳主裂纹萌生位置的分析，机械工程学报，2013,49（10）：90-96（EI检索）

2012年

(6)曾东方, 鲁连涛, 张远彬等. 合金含量对高速车轮材料滚动接触磨损性能的影响 [J]. 摩擦学学报, 2012, 32(6): 599-605.（EI检索）

(7)曾东方, 鲁连涛, 张继旺等. 等温淬火球墨铸铁的滚动接触磨损性能研究 [J]. 摩擦学学报, 2012, 32(2): 171-175. （EI检索）

2011年

(8)J.W. Zhang, L.T. Lu, K. Shiozawa, W.N.Zhou, W.H. Zhang. Effects of nitrocarburzing on fatigue property of medium carbon steel in very high cycle regime. Materials Science and Engineering A, 2011, 528: 7060-7067.（SCI/EI检索）

(9)J.W. Zhang, L.T. Lu, K. Shiozawa, X.L.Shen, H.F.Yi, W.H. Zhang. Analysis on fatigue property of microshot peened railway axle steel. Materials Science and Engineering A, 2011, 528: 1615-1622.（SCI/EI检索）

(10)J.W. Zhang, L.T. Lu, K. W.N. Zhou, X.L.Shen, H.F.Yi, W.H. Zhang. Effect of nitrocarburizing and post-oxidation on fatigue behavior of 35CrMo alloy steel in very high cycle fatigue regime. International Journal of Fatigue, 2011, 33: 880-886.（SCI/EI检索）

(11)Yuuji Shimatani, Kazuaki Shiozawa, Takehiro Nakada, Takashi Yoshimoto, Liantao Lu. The effect of the residual stresses generated by surface finishing methods on the very high cycle fatigue behavior of matrix HSS. International Journal of Fatigue, 2011, 33: 122-131. SCI/EI检索）

(12)Jiwang Zhang, Liantao Lu, Guodong Cui, Xunliang Shen, Hongfei Yi, Weihua Zhang. Effect of gas oxynitrocarburizing on the properties of medium carbon railway axle steel. Surface Engineering, 2011, 27: 498-503.（SCI/EI检索）

(13)鲁连涛,张继旺, 崔国栋,沈训梁,张卫华.气体渗氮对中碳车轴钢超长寿命疲劳性能的影响.北京科技大学学报，2011, 33(6): 709-714.（EI检索）

2010年

(14)Jiwang ZHANG, Liantao LU, Guodong CUI , Xunliang SHEN, Hongfei YI, Weihua ZHANG. Effect of process temperature on the microstructure and properties of gas oxynitrocarburized 35CrMo alloy steel. Materials & Design, 2010, 31: 2654-2658.（SCI/EI检索）

(15)J.W. Zhang, L.T. Lu, K. Shiozawa, G.D. Cui, W.H. Zhang. Fatigue properties of oxynitrocarburized medium carbon railway axle steel in very high cycle regime. International Journal of Fatigue, 2010, 32: 1805-1811.（SCI/EI检索）

(16)张继旺, 鲁连涛, 张艳斌, 张卫华. 疲劳极限的小样本评估方法. 哈尔滨工程大学学报，2010, 31(3)：336-339.（EI检索）

(17)沈训梁，鲁连涛，姜洪峰，张继旺，衣鸿飞. 车轴钢小试样及实物车轴中夹杂物尺寸对疲劳强度影响的差异分析. 机械工程学报, 2010,46(16): 48-52.（EI检索）

2009年

(18)张继旺，鲁连涛，沈训梁，衣鸿飞，张卫华.基于塑性应变的变幅应力疲劳损伤评估方法. 金属学报, 2009, 45(12) : 1461-1465.（SCI/EI检索）

(19)张继旺，鲁连涛，张卫华. 微粒子喷丸中碳钢疲劳性能分析. 金属学报,2009, 45 (11): 1378-1383.（SCI/EI检索）

(20)鲁连涛，李伟，张继旺，盐泽和章，张卫华. GCr15钢旋转弯曲超长寿命疲劳性能分析. 金属学报，2009, 45(1): 73-78.（SCI/EI检索）

(21)Lu, L. T., Zhang, J. W., Shiozawa, K. Influence of inclusion size on S-N curve characteristics of high-strength steels in the giga-cycle fatigue regime. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2009, 32: 647-655.（SCI/EI检索）

(22)K. Shiozawa, T. Hasegawa, Y. Kashiwagi, L. Lu. Very high cycle fatigue properties of bearing steel under axial loading condition. International Journal of Fatigue, 2009, 31: 880-888.（SCI/EI检索）

(23)鲁连涛，张继旺，张艳斌，植柏宇, 张卫华. LZ50车轴钢超长寿命旋转弯曲疲劳性能. 铁道学报，2009，31(5): 37-41.（EI检索）





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荣誉奖励(1)获2004年日本材料学会论文奖：トポグラフィ破面解析による高強度鋼の内部疲労き裂発生、進展、機構に関する研究；获奖人：盐泽和章，森井右一，西野精一，鲁连涛。

(2)获2006年度高等学校科学技术奖（自然科学一等奖）：超长寿命疲劳问题研究，获奖单位：四川大学，沈阳金属所，西南交大；获奖人：王清远,李守新,杨振国,鲁连涛,王弘,高庆。

(3)获2010年、2011年和2013年 机械工程学报 优秀审稿专家称号；

(4)获2012年度校优秀博士学位论文（作者：张继旺）指导奖


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科研团队(1)张继旺，男，1983年生，副研究员，金属材料超长寿命疲劳研究

(2)曾东方，男，1985年生，博士2年研究生，轮轨材料磨损及接触疲劳研究

(3)张远彬，男，1989年生，硕士3年研究生，轮轴压装部位微动磨损研究

(4)刘文，男，1990年生，硕士3年研究生，基于断裂力学的不锈钢环焊接头的疲劳寿命预测方法研究

(5)张明远，男，1990年生，硕士2年研究生，振动环境下螺栓结构的松弛机理及防松措施研究

(6)张宁，男，1991年生，硕士1年研究生，发动机活塞减摩及滑动性改善研究

(7)宋青鹏，男，1991年生，硕士1年研究生，等温淬火球墨铸铁的超长寿命疲劳性能研究


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课程教学目前没有教学任务


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招生信息(1)材料科学与工程专业

(2)机械工程专业

(3)力学专业


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Basic InformationProf. Lu *

Organization: State Key Laboratory of Traction Power Contact Address:State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China E-mail: luliantao@home.swjtu.edu.cn Office Tel :** Office Location: State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University
Resume Zhang *,. Research (1) Computer Application Technology. (2)



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