• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      碳纖維復(fù)合材料在軌道交通車(chē)輛上的應(yīng)用

      2021-05-26 03:37:02
      科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊 2021年11期
      關(guān)鍵詞:車(chē)體輕量化碳纖維

      唐 波

      (中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司,山東 青島 266111)

      隨著軌道交通車(chē)輛裝備技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,輕量化、節(jié)能環(huán)保已成為軌道交通車(chē)輛發(fā)展的趨勢(shì)。這對(duì)車(chē)輛車(chē)體、轉(zhuǎn)向架、內(nèi)裝等提出更高的要求和目標(biāo)。一般減重設(shè)計(jì)可通過(guò)三個(gè)維度實(shí)現(xiàn):結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、采用先進(jìn)制造工藝和新型輕量化材料[5]。因此,開(kāi)發(fā)一種滿(mǎn)足輕量化需求、機(jī)械性能優(yōu)越、適合批量化生產(chǎn)的材料尤為重要。

      1.碳纖維復(fù)合材料在軌道交通車(chē)輛的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

      碳纖維復(fù)合材料在眾多輕量化材料中具有較高的比強(qiáng)度、比剛性,輕量化效果明顯,在航空航天、軍工產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。比不銹鋼輕50%,比鋁合金輕30%。

      表1 纖維復(fù)合材料與其他材料的性能對(duì)比

      碳纖維復(fù)合材料由纖維和樹(shù)脂共同決定,兩者相互配合、取長(zhǎng)補(bǔ)短、發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)。增強(qiáng)材料的力學(xué)性能(承擔(dān)70-90%載荷),材料的硬度、熱穩(wěn)定性、強(qiáng)度等性能由碳纖維來(lái)分擔(dān)。復(fù)合材料其他性能,如電學(xué)性能由碳纖維來(lái)承擔(dān);樹(shù)脂是粘結(jié)纖維的作用,樹(shù)脂熔融之后把纖維粘合在一起,并將載荷傳給纖維,提供一定的剛性。提高材料沖擊強(qiáng)度,增強(qiáng)復(fù)合材料韌性。保護(hù)纖維不受化學(xué)侵蝕、機(jī)械破壞,影響材料破壞模式。與其他材料相比,碳纖維具有如下特性[1]:比強(qiáng)度、比模量高;密度小,強(qiáng)度高;抗疲勞特性好;抗震性能好;可設(shè)計(jì)性強(qiáng);高溫性能好;成型性好。碳纖維復(fù)合材料的特性說(shuō)明了它在軌道車(chē)輛中具有重要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

      2.碳纖維復(fù)合材料在軌道交通車(chē)輛上的應(yīng)用情況

      目前碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)在軌道車(chē)輛中取得一些應(yīng)用成就。目前為止,比較成功的案例是2000 年法國(guó)的雙層TGV 掛車(chē),以及韓國(guó)的TTX 擺式列車(chē)[10]。TTX 擺式列車(chē)車(chē)體外殼采用碳纖維復(fù)合材料蒙皮和鋁夾芯結(jié)構(gòu)。這樣的設(shè)計(jì)使車(chē)體重量降低了40%[4]。

      目前我國(guó)在軌道車(chē)輛在碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用上也取得了不小的成果。2011 年,研發(fā)的碳纖維復(fù)合材料車(chē)頭罩應(yīng)用于時(shí)速500km/h 高速試驗(yàn)車(chē),抗沖擊性能和力學(xué)性能優(yōu)良。2013 年,研發(fā)城際動(dòng)車(chē)組碳纖維設(shè)備艙裙板,較鋁合金裙板減重大于30%,裝車(chē)試運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)性能優(yōu)異。2015 年,研發(fā)的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組碳纖維復(fù)合材料設(shè)備艙,較鋁合金減重35%,完成各項(xiàng)型式試驗(yàn)及60 萬(wàn)公里運(yùn)營(yíng)考核,最高試驗(yàn)時(shí)速420km/h,分解檢查狀態(tài)良好。

      2015 年9 月,依托科技部“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃《下一代城市軌道交通列車(chē)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制》項(xiàng)目,聯(lián)合實(shí)施基于碳纖維復(fù)合材料的下一代地鐵列車(chē)的車(chē)體、司機(jī)室、設(shè)備艙及轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等關(guān)鍵部件研制。

      司機(jī)室:外罩、內(nèi)裝、臺(tái)柜一體化設(shè)計(jì)、一體化承載,最大限度減少零部件數(shù)量;在保證高強(qiáng)度、高質(zhì)量、高防火性能的同時(shí),實(shí)現(xiàn)減重30%以上。

      車(chē)體:采用分體式模塊化設(shè)計(jì),靈活、高效生產(chǎn)及過(guò)程質(zhì)量控制,較傳統(tǒng)金屬車(chē)體減重30%;側(cè)墻及地板使用碳纖維三明治夾芯結(jié)構(gòu),在實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的隔熱、隔聲性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo);首次實(shí)現(xiàn)高壁厚復(fù)雜截面碳纖維復(fù)合材料超長(zhǎng)型材的自動(dòng)化生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料在地鐵列車(chē)車(chē)體主承載結(jié)構(gòu)的應(yīng)用突破。

      設(shè)備艙:采用模塊化設(shè)計(jì)方法,單件或分模塊拆裝,使用抽拉式底板和折頁(yè)式裙板,便于組裝、維護(hù);碳纖維復(fù)合材料使用比例超90%;邊梁使用高效、可靠的自動(dòng)化拉擠成型技術(shù),纖維含量高,性能優(yōu)異;較傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)減重30%以上。

      轉(zhuǎn)向架構(gòu)架:分體式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);橫梁采用自動(dòng)化濕法纏繞工藝,成型質(zhì)量好、效率高;縱梁采用干纖維自動(dòng)編織技術(shù)預(yù)成型+熱壓罐高溫高壓固化,首次實(shí)現(xiàn)厚壁、空腔、變截面大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化生產(chǎn),效率高、性能好。構(gòu)架總體減重40%以上。

      在下一代地鐵上研發(fā)成果,開(kāi)展時(shí)速600 公里磁浮列車(chē)和高速動(dòng)車(chē)組司機(jī)室、車(chē)體、懸浮架/轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等部件設(shè)計(jì)與成型工藝研究,重點(diǎn)圍繞材料選型、鋪層設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化、工藝制造、檢測(cè)技術(shù)、試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù),突破結(jié)構(gòu)連接、電性能、耐久性等相關(guān)技術(shù)。在現(xiàn)階段及后續(xù)工作中,我們將研制高速磁浮列車(chē)車(chē)體、司機(jī)室和懸浮架一套,較鋁合金減重30%以上,壽命延長(zhǎng)5 年以上,綜合性能滿(mǎn)足高速磁浮列車(chē)強(qiáng)度、撞擊和振動(dòng)等要求;研制高速動(dòng)車(chē)組車(chē)體、轉(zhuǎn)向架各一套;滿(mǎn)足高速動(dòng)車(chē)車(chē)體和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度、撞擊和振動(dòng)等要求;車(chē)體減重20%、構(gòu)架減重40%。

      碳纖維復(fù)合材料內(nèi)飾件的研制。如:碳纖維復(fù)合材料在乘客座椅上的應(yīng)用,重量只有傳統(tǒng)座椅結(jié)構(gòu)的一半左右,但其強(qiáng)度比傳統(tǒng)座椅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高[3]。600 公里磁浮列車(chē)內(nèi)飾板采用了碳纖維復(fù)合材料。主要應(yīng)用于客室頂板、窗口墻板、窗下墻板這三個(gè)主要部位。選用的東麗T700 碳纖維/FR-11 樹(shù)脂預(yù)浸料和PET-100 泡沫形成三明治夾芯結(jié)構(gòu)。有足夠的力學(xué)性能,可以滿(mǎn)足環(huán)保、防火等性能要求,且在軌道交通產(chǎn)品中已經(jīng)有較成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。相信隨著對(duì)碳纖維復(fù)合材料的深入研究,將有更多碳纖維產(chǎn)品在軌道車(chē)輛上的運(yùn)用。

      3.碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式

      復(fù)合材料結(jié)構(gòu)多樣,設(shè)計(jì)、制造工藝異彩紛呈,強(qiáng)調(diào)材料、鋪層、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)與車(chē)體性能的最優(yōu)組合。復(fù)合材料具有很好的可設(shè)計(jì)性,它的性能除了由纖維與基體材料本身性能決定外,還取決于纖維的含量與鋪設(shè)方式等[6]。碳纖維復(fù)合材料的常用的結(jié)構(gòu)形式主要有層合板結(jié)構(gòu)圖1、加筋板結(jié)構(gòu)圖2 和三明治夾芯板結(jié)構(gòu)圖3。

      圖1 層合板結(jié)構(gòu)

      圖2 加筋板結(jié)構(gòu)

      圖3 夾芯板結(jié)構(gòu)

      因?yàn)榭梢钥夸亴臃绞礁淖儗雍习宓膹椥阅A浚瑥?fù)合材料結(jié)構(gòu)中材料本身的E 也為變量。這就增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性,極大地增加了剛度的可設(shè)計(jì)范圍。 當(dāng)結(jié)構(gòu)方案確定之后(板結(jié)構(gòu)、筋板結(jié)構(gòu)、夾芯結(jié)構(gòu)),可通過(guò)調(diào)整鋪層厚度(鋪層數(shù)量)、鋪層角度、鋪層順序、芯材高度、蜂窩孔徑等參數(shù)改變整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度值。

      內(nèi)飾板結(jié)構(gòu)通常為夾芯板結(jié)構(gòu)。因其具有加工簡(jiǎn)便,成本較低,剛度較高。它外部為碳纖維蒙皮,中間夾心可采用PET泡沫、PVC 發(fā)泡材料或者鋁蜂窩材料,蒙皮和夾心以樹(shù)脂膠粘接方式連接。當(dāng)該結(jié)構(gòu)承受彎曲載荷時(shí),其工作原理某種意義上來(lái)說(shuō)類(lèi)似于工字鋼。當(dāng)上下面板之間的距離被進(jìn)一步分開(kāi),結(jié)構(gòu)就能獲得更大比例的剛性[7]。當(dāng)夾芯結(jié)構(gòu)這種較厚結(jié)構(gòu)連接時(shí)需要采用預(yù)埋連接的方式。預(yù)埋件由于接觸面主要是與夾芯結(jié)構(gòu)中的芯材接觸,一般采用發(fā)泡膠與芯材連接,無(wú)論是發(fā)泡膠還是芯材均是整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)需要在設(shè)計(jì)完之后進(jìn)行單獨(dú)的校核。

      4.碳纖維復(fù)合材料成型工藝

      碳纖維復(fù)合材料的成型工藝上,熱壓罐成型、OOA 真空袋壓成型、拉擠成型、三維編織成型、纏繞成型、模壓成型、RTM 成型、HP-RTM 成型、自動(dòng)鋪放技術(shù)等為幾種常規(guī)典型成型工藝。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料車(chē)體可采用目前技術(shù)成熟、低成本的預(yù)浸料/袋壓成型等工藝技術(shù),若是模塊化結(jié)構(gòu),還可將模塊在熱壓罐中進(jìn)行成型[8]。內(nèi)飾件對(duì)內(nèi)外面輪廓要求較高,屬于中小型復(fù)雜制品,要求批量化生產(chǎn),因此模壓成型較適宜。具有生產(chǎn)效率高、制品尺寸準(zhǔn)確、適用于批量生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一次成型等特點(diǎn)[2]。近些年來(lái),國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出了很多新型成型制備工藝,例如自動(dòng)纖維鋪放成型、超聲波快速固結(jié)成型、激光固結(jié)成型、電子束固結(jié)成型、真空輔助成型以及3D 打印成型等工藝技術(shù),這些新型成型工藝具有十分廣闊的應(yīng)用前景[9]。

      5.結(jié)語(yǔ)

      碳纖維復(fù)合材料在軌道車(chē)輛內(nèi)飾板輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用屬于新材料的應(yīng)用范疇,在設(shè)計(jì)時(shí)注意:選擇滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度要求的碳纖維復(fù)合材料形式;選擇高性?xún)r(jià)比的成型工藝方法,提高生產(chǎn)效率。碳纖維復(fù)合材料以其優(yōu)異的綜合性能優(yōu)勢(shì),可解決軌道車(chē)輛面臨的諸多技術(shù)問(wèn)題,經(jīng)長(zhǎng)期科學(xué)探索,必將克服各種困難,實(shí)現(xiàn)更多的工程化應(yīng)用。

      猜你喜歡
      車(chē)體輕量化碳纖維
      汽車(chē)輕量化集成制造專(zhuān)題主編
      一種碳纖維加固用浸漬膠的研究
      上海建材(2019年4期)2019-05-21 03:13:02
      一種輕量化自卸半掛車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
      HP-RTM碳纖維復(fù)合材料中通道加強(qiáng)板研究
      中間相瀝青基碳纖維及其在飛機(jī)上的應(yīng)用
      動(dòng)車(chē)組過(guò)分相的車(chē)體最佳接地技術(shù)分析
      碳纖維增強(qiáng)PBT/ABS—g—MAH復(fù)合材料的力學(xué)性能和流變行為
      瞄準(zhǔn)掛車(chē)輕量化 鑼響掛車(chē)正式掛牌成立
      MIG—V工作站在高速動(dòng)車(chē)鋁合金車(chē)體側(cè)墻焊接中的應(yīng)用
      焊接(2015年1期)2015-07-18 11:07:33
      滲透檢測(cè)在鋁合金車(chē)體中的實(shí)際應(yīng)用
      焊接(2015年1期)2015-07-18 11:07:33
      富顺县| 垣曲县| 东源县| 江源县| 长乐市| 凤城市| 宁强县| 吴桥县| 阿鲁科尔沁旗| 且末县| 布尔津县| 双辽市| 万盛区| 亚东县| 宜阳县| 临海市| 清镇市| 乐安县| 隆化县| 兴隆县| 黄平县| 濉溪县| 满城县| 闽清县| 花垣县| 金山区| 大方县| 康保县| 丹巴县| 利津县| 林甸县| 乃东县| 民县| 渭南市| 久治县| 龙南县| 临泽县| 同江市| 法库县| 新泰市| 昭通市|