本文以城轨列车SiCp/A356复合材料(简称复合材料)制动盘为工程背景,基于有限元软件ANSYS仿真技术,分析了铝基复合材料制动盘在服役过程中的热应力特性,研究了铝基复合材料在特定工况条件下热疲劳裂纹萌生与扩展机制,对比分析了不同颗粒含量与不同颗粒分布对复合材料热疲劳裂纹萌生与扩展的影响。ANSYS制动热分析表明,城轨列车铝基复合材料制动盘在不同工况下摩擦面具有不同的温度分布范围,在连续两次紧急制动工况下复合材料的最高温升为276℃左右,在全程往返制动工况下复合材料承受最高温度为343℃。复合材料热疲劳试验研究表明,不同循环温度下,热疲劳裂纹扩展均受到材料内在孔洞和微裂纹连通效应的显著影响,但呈现出不同的扩展规律。在循环温度低于250℃时,复合材料裂纹扩展主要以颗粒断裂以及少量的基体撕裂为主,颗粒脱离导致的孔洞和微裂纹较少,热疲劳裂纹扩展表现出明显的“平台状”缓慢扩展与“台阶状”突变的扩展特征,扩展速率较低,宽度较小;在循环温度高于250℃后,复合材料裂纹扩展以颗粒脱落以及大幅度基体撕裂为主,材料内部的孔洞和微裂纹缺陷明显增多,热疲劳裂纹扩展的“台阶状”突变变得更为明显,扩展速率较高,宽度较大。随着增强相SiC颗粒含量的增多,复合材料裂纹整体扩展速率呈增大趋势,同时SiC颗粒对热疲劳裂纹扩展的阻碍作用也逐渐明显。增强相颗粒均匀分布时,材料内部热应力分布较为均匀;一旦增强相SiC颗粒出现团聚,颗粒团聚处将出现明显的热应力集中现象,引起局部的微损伤,从而为热疲劳裂纹的萌生、扩展提供源头与路径。本文的研究工作具有明确的工程应用背景,研究成果不仅丰富了颗粒增强铝基复合材料热疲劳裂纹的扩展理论,还为复合材料设计和质量控制提供了科学依据,也为铝合金制动盘的工程应用和服役安全性提供技术支撑。