制动闸片作为高速列车机械制动系统中的最关键部件之一,在列车制动时发挥着十分重要的作用。在长期的制动过程中,制动闸片表面会由于受力不均而导致制动摩擦接触界面热分布不均、制动闸片摩擦粒子过度磨损、偏磨等情况,从而导致制动力矩下降,严重影响高速列车的行车安全。此外,持续制动过程中,制动系统的摩擦自激振动会降低制动系统的可靠性并加剧闸片的磨耗,导致闸片摩擦粒子出现掉渣甚至脱落的风险,危及行车安全,而且由摩擦自激振动所引起的制动噪声问题日益突出,给铁路沿线带来环境污染。因此,调控及改善制动闸片的摩擦学行为,对保障高速列车的安全运营有着重要的意义。高速列车制动闸片是由系列摩擦粒子组成的,基于压接工艺及散热等需求,现有绝大多数型号闸片的摩擦粒子中心位置都设计有孔结构。然而,这也不可避免地降低了摩擦粒子与制动盘的接触面积。因此,若能在摩擦粒子的中心孔填充合理的摩擦材料,一方面可以避免摩擦粒子与制动盘接触面积的减少,另一方面通过对比有/无孔及不同填充材料的摩擦粒子的制动摩擦学行为,可以深入探究磨屑在制动界面的流动对磨损特性、热分布特性及振动噪声特性的影响,为基于界面调控的高速列车制动闸片摩擦粒子优化设计提供新方法及理论依据。为此,本研究从高速列车闸片制动摩擦学行为角度出发,采用多种微观分析手段揭示了CRH380A型高速动车组服役中制动闸片摩擦粒子的磨损机理,为基于界面调控的摩擦粒子优化设计提供方向及思路。在此基础上,对摩擦粒子中心孔分别进行倒角以及磁性材料、本体材料、不同组元成分对应材料、合成材料、锰铜阻尼合金材料的压装填充,通过自行研制的高速列车制动性能模拟试验装置,开展低速制动工况下制动摩擦学试验并结合有限元分析,探讨了摩擦粒子填充材料对制动闸片界面磨损特性、界面热分布特性及振动噪声特性的影响及其机理。本研究针对高速列车低速制动工况,主要考虑到高速列车制动时通常采用电空复合制动,制动过程中一般首先通过电制动（主要为再生制动）让列车降到速度小于或等于60 km/h时空气制动才介入,但当列车速度降到5-15 km/h时,由于列车牵引电机低速作用下发电性能有限,电制动会被切断而消失,此时只能依靠基础制动发挥作用,且制动噪声往往在列车运行速度较低时发生。本文开展的主要研究内容及结论如下:（1）选取CRH380A型高速动车组服役中制动闸片作为研究对象,综合利用多种微观分析手段对闸片摩擦粒子的损伤特征进行了表征,揭示了摩擦粒子的损伤机理。利用有限元方法分析了不同制动时刻摩擦粒子的应力分布状态,探讨了制动闸片摩擦粒子的损伤特性与其应力分布状态之间的内在关联。结果表明,CRH380A型高速动车组制动闸片摩擦粒子的主要损伤特征为剥落和裂纹。摩擦粒子材料加工过程中形成的气穴、不同组元存在硬度和耐磨性的差异等是导致其服役过程中发生块状剥落的主要原因,而摩擦粒子具有中心圆孔的结构特点,导致摩擦粒子圆孔周边容易形成应力集中源,从而形成微小裂纹,并沿着不同组元的交界处扩展。结合损伤分析和有限元分析,发现制动闸片切入端的摩擦粒子应力较大可能是导致制动闸片偏磨的主要原因之一,明确了应力集中是导致裂纹在闸片摩擦粒子中心圆孔周边萌生和扩展的主要原因。（2）在自行研制的制动缩比试验台上,对原始具有中心孔结构的摩擦粒子与中心孔倒角、中心孔填充磁性材料的摩擦粒子进行对比试验和分析,探究原始摩擦粒子、中心孔倒角的摩擦粒子、中心孔填充磁性材料的摩擦粒子的界面摩擦学行为,揭示磨屑流动特征对制动摩擦学行为的影响机理。结果表明,摩擦粒子中心孔、中心孔倒角和填充磁性材料的存在均影响了制动界面的磨屑流动特征,导致了摩擦粒子制动摩擦学行为的差异,使得所对应的制动系统表现出不同的摩擦自激振动特性。中心孔倒角摩擦粒子磨损表面中间环带比原始摩擦粒子宽度增大,界面摩擦产生的磨屑更易于进入中心孔,其摩擦磨损特性及摩擦自激振动特性明显优于原始摩擦粒子。中心孔填充磁性材料的摩擦粒子在制动摩擦过程中产生的磨屑会被磁场吸附,导致界面磨屑产生与排出的“动态平衡”被破坏,磨屑参与承载和润滑的现象减弱,摩擦粒子表面微裂纹和剥落坑现象明显加重,摩擦自激振动和噪声强度明显增大且频率成分更为复杂,最终呈现出较为复杂的摩擦学行为。（3）尝试在摩擦粒子中心孔处分别填充粉末冶金、紫铜、石墨、铸铁材料,并进行制动摩擦试验。采用有限元分析方法进行制动系统复特征值和接触应力分析。综合试验及有限元分析结果,探讨摩擦粒子中心孔填充不同成分材料对制动摩擦学行为的影响以及制动界面磨损、热分布及振动噪声之间的关联性。结果表明,原始摩擦粒子中心孔填充不同材料对制动系统的摩擦系数、模态耦合特性及接触应力分布均未产生较大的影响,但对界面磨损行为、表面热分布和系统振动噪声特性产生了明显影响。摩擦粒子中心孔填充粉末冶金后排屑行为下降,磨损行为更为复杂,表面热分布明显变化,所对应的制动系统噪声强度增大;填充紫铜后摩擦粒子表面出现明显材料堆积现象;填充石墨后摩擦粒子表面出现明显热聚集现象;而填充铸铁后界面大尺寸接触平台数量明显降低,界面接触刚度减小,摩擦粒子在磨损行为和表面热分布上都有所改善,且对应的制动噪声强度明显降低。填充材料产生的磨屑及相应的界面磨损行为是影响制动摩擦振动噪声和表面热分布的关键因素,摩擦粒子中心孔填充合理的材料有助于降低制动噪声和改善制动界面磨损行为及表面热分布。（4）在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对填充合成材料和Mn-Cu阻尼合金材料的摩擦粒子进行制动摩擦试验,并与未填充的原始开孔摩擦粒子以及填充粉末冶金的摩擦粒子情况进行对比分析,探索摩擦粒子中心孔填充材料对高速列车闸片制动摩擦学行为的影响。结果表明,摩擦粒子中心孔填充合成材料和Mn-Cu阻尼合金材料之后,磨屑的成分及流动演变规律存在明显差异,磨损表面形貌产生了较大的改变,制动盘和摩擦粒子呈现出明显不同的表面热分布特征。原始开孔摩擦粒子与制动盘摩擦过程产生的振动噪声强度低于填充粉末冶金材料,而填充合成材料摩擦粒子对应的振动噪声强度比以上两者小;填充Mn-Cu阻尼合金材料可以抑制制动系统的振动噪声,其噪声强度相对于填充其它材料的情况是最低的。结合有限元分析结果可以得出填充材料不会明显影响制动系统的模态耦合特性及界面接触应力分布,这也间接表明了填充材料引起的磨屑行为及相应的界面磨损特征变化是影响制动系统振动噪声特性及表面热分布的关键因素。