碳纤维增强树脂基复合材料在轨道交通车辆车体中的应用与思考

提出了碳纤维增强复合材料应用于轨道交通车辆车体的技术需求和技术优势。介绍了国内外轨道交通车辆碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)车体的应用现状。对中车长春轨道客车股份有限公司研制的全碳纤维复合材料车体的应用实例和技术特点进行了分析,证实了全碳纤维复合材料车体承载结构应用的可行性。对持续快速发展碳纤维复合材料技术,以及推进轨道交通复合材料车体的应用提出可行性建议。     

碳纤维复合材料轨道车辆电磁兼容设计方法探讨

通过对比碳纤维复合材料与传统金属材料电导率、介电常数及磁导率等电气特性参数的差异,分析碳纤维复合材料替代传统金属材料用于制造轨道车辆车体结构给电磁兼容设计带来的问题。针对轨道车辆整车电磁兼容技术要求,结合典型运营工况,从复合材料建模、整车电磁仿真、车体接地网设计和复合材料电搭接设计等方面,阐述碳纤维复合材料轨道车辆的电磁兼容设计思路和要点,以助于碳纤维复合材料在轨道车辆领域的推广和应用。     

碳纤维增强复合材料在轨道车辆中的应用

轻量化是减少列车运行能耗的一个关键指标,碳纤维增强复合材料(CFRP)是车体轻量设计的优选材料。文章阐述了目前车体轻量化的主要实现途径,轻量化对节能的意义,及国内外CFRP在轨道交通领域的应用情况。CFRP正从非承载结构零件向承载构件、从零部件向大型结构件延伸扩展;其用量正在逐渐提高。但CFRP要想广泛应用于轨道交通,必须在成本上有更大的改进空间,提高设计研发人员复合材料构件的设计和制造经验,从维护到运营成本的整个系统范围内的利益进行评估和平衡。     

碳纤维复合材料车体电搭接设计与工艺验证

针对碳纤维复合材料蒙皮成型装配过程中,屏蔽铜网电连续性问题,提出了蒙皮铺覆铜网搭接、蒙皮拼缝铜网对接和蒙皮铜网-铝合金边梁搭接等3类典型电搭接结构.针对碳纤维车体接地网络组装过程中的电连续问题,提出了不同的接地网络金属汇流排的电搭接结构.接触电阻和屏蔽效能测试结果表明设计的电搭接结构性能良好,满足要求.     

高速铁路电磁屏蔽墙的抗风压流场研究

以应用于京张高铁的电磁屏蔽墙体为研究对象，结合高铁运行环境及运营维护模式，建立气流流经普通墙体和电磁屏蔽墙体的数值模拟模型，对比研究受力情况，验证电磁屏蔽墙体可靠性及减载特性。     

碳纤维复合材料在轨道交通车辆转向架上的应用

分析了现有转向架安全托及安全吊架断裂问题的原因,针对碳纤维复合材料的高强度、高韧性、耐疲劳、耐高温、耐腐蚀、重量轻等优异性能,提出了现役车辆使用碳纤维复合材料安全托的整改方案。以某车型为例,对新型安全托进行冲击和振动疲劳的有限元计算分析,和具体线路的进行往返动应力测试。计算结果和测试结果证明:采用CFRP安全托可以满足运用要求,能缓解并提高安全吊座的使用寿命;而且利用车辆整备时间即可完成整改处理,避免了扣车整改的不利影响。     

机车车辆有关配件制造的新材料、新技术、新工艺(一)

1碳/碳(C/C)复合材料活塞碳/碳(C/C)复合材料(碳纤维增强碳基复合材料)是一种先进的战略材料,不仅广泛应用于航空航天和军工领域,在铸造以及其他交通装备制造中,也在逐步扩大应用。该材料具有很好的理化性能与力学性能。如:热膨胀系数低(1~5×10-6/℃),约为铝合金的1/10;导热率高(150~180W/m.K);密度小(约为1.8g/cm3),是陶瓷的1/2~1/3;摩擦性能好(摩擦因数为0.2~0.3),且具有自润滑作用;热冲击性能好;高温性能优异(3D C/C复合材料在1700℃及惰性环境下的抗弯性能为571.9MPa)。在温度高于3000℃时,C/C复合材料具有比铝合金更高的强度。…     

碳纤维布预施应力抗弯加固混凝土梁静载试验研究

FRP片材抗弯加固既有结构技术已广泛应用于实际工程,但是该技术仍存在许多局限性.对FRP片材预施应力加固既有结构的技术可以改善构件的使用性能,提高加固效率和扩大该技术的适用范围.以4片尺寸为500 mm(高)×300 mm(宽)×6500 mm(长)的矩形截面钢筋混凝土梁为对象,在碳纤维布不同的加固条件下进行了静载试验.试验结果表明:本试验所采用的CFRP片材张拉、锚固工艺可以满足设计要求;预应力CFRP片材加固粱的抗弯性能(包括特征承栽力、抗弯刚度与挠度、裂缝的分布与发展、变形能力)显著优于普通CFRP片材加固梁.该文的理论计算结果与试验数据基本吻合.     

采用CFRP加固受损混凝土圆柱体的试验研究

通过对CFRP(碳纤维布)加固受损混凝土圆柱体与CFRP加固未受损混凝土圆柱体的试验研究,测得CFRP加固后的极限强度和变形值,并与未加固混凝土圆柱体试件的强度和变形值进行了对比分析,并分析了CFRP加固混凝土圆柱体的破坏特征,为实际工程的加固提供了试验依据.     

FRP加固技术研究新进展

纤维增强复合材料(FRP)在加固工程中的应用是土木工程研究热点之一。围绕国内外FRP加固技术的研究现状以及最新进展,从混杂纤维材料(HFRP)加固、FRP加固砌体结构、预应力碳纤维布(CFRP)加固、CFRP与钢板复合加固混凝土结构等技术的研究方面进行综述。试验研究表明:混杂纤维加固柱的承载力和变形能力优于单一纤维加固,且在承载力提高幅度相同的情况下,成本显著低于CFRP加固柱;FRP加固砌体结构可以提高砌体结构的抗震、抗剪和平面外抗弯性能;预应力CFRP加固技术结合了预应力技术和FRP粘贴技术,能明显提高梁的刚度、屈服荷载和极限荷载,其提高程度随预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大。预应力加固的研究主要集中于预应力控制值、端部锚固和预应力损失方面。CFRP与钢板复合加固混凝土结构技术作为一种新型的加固技术,可以直接利用钢材参与受力,钢材形成的骨架在约束混凝土变形的同时,还提高了CFRP的利用效率,从而大幅度提高构件的极限承载力,改善构件的工作性能。     

碳纤维复合材料在轨道车辆应用展望

文章首先介绍碳纤维复合材料在各国轨道交通领域的应用现状,并详细分析碳纤维复合材料在轨道车辆研发、制造、应用方面的关键技术。同时提出碳纤维复合材料在车辆应用的研究方法,并对碳纤维复合材料产业链发展前景进行分析,可为碳纤维复合材料在轨道交通装备制造领域的发展提供借鉴和思考。     

CFRP布修复震损高强混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究CFRP(碳纤维)布修复震损高强混凝土方柱的抗震性能,共进行了4个高强混凝土方柱试件模型的低周反复荷载试验,分别研究横向CFRP布方式加固试件和修复震损试件、横向结合L型CFRP布方式修复震损试件的抗震性能.在试验数据的基础上分析对比了试件的延性性能、承载力、能量耗散、刚度退化以及CFRP应变.研究结果表明:经...     

防干扰电磁屏蔽墙系统在高速铁路中的应用研究

针对京张高铁与北京地球站的电磁兼容问题，结合高铁运行环境，分别从抗风压减载特性和抗干扰能力方面进行分析，研究采用电磁屏蔽墙体方案，总结电磁屏蔽墙体系统在铁路中的适用性，为解决高速铁路电磁兼容问题提供新的解决方案。     

正交异性钢桥面板纵肋?面板疲劳开裂的CFRP加固研究

为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固正交异性钢桥面板纵肋?面板(Rib-to-Deck,RD)构造细节疲劳开裂的可行性,借助ABAQUS建立正交异性钢桥面板多尺度有限元模型,采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)模拟RD构造细节焊趾处表面裂纹,与其他文献的对比验证模拟方法的可靠性;选取RD构造细节横桥向最不利的轮载位置加载,计算并对比CFRP加固RD构造细节前后应力强度因子幅值的变化.研究结果表明:XFEM取15道围道积分数并去除前2道围道积分计算平均值,得到的I型应力强度因子解较准确;CFRP加固能有效降低裂纹尖端应力强度因子幅值,从而降低其疲劳裂纹扩展速率,提高构造细节的疲劳寿命;CFRP作用体现在降低了焊趾处的应力集中和增强了裂开区的连接效应;其加固效果随CFRP层数、纵向长度、宽度的增加而提高,当CFRP纵向长度、宽度大于某一值时,其对加固效果的影响很小.     

正交异性钢桥面板纵肋?面板疲劳开裂的CFRP加固研究

为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固正交异性钢桥面板纵肋?面板(Rib-to-Deck,RD)构造细节疲劳开裂的可行性,借助ABAQUS建立正交异性钢桥面板多尺度有限元模型,采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)模拟RD构造细节焊趾处表面裂纹,与其他文献的对比验证模拟方法的可靠性;选取RD构造细节横桥向最不利的轮载位置加载,计算并对比CFRP加固RD构造细节前后应力强度因子幅值的变化.研究结果表明:XFEM取15道围道积分数并去除前2道围道积分计算平均值,得到的I型应力强度因子解较准确;CFRP加固能有效降低裂纹尖端应力强度因子幅值,从而降低其疲劳裂纹扩展速率,提高构造细节的疲劳寿命;CFRP作用体现在降低了焊趾处的应力集中和增强了裂开区的连接效应;其加固效果随CFRP层数、纵向长度、宽度的增加而提高,当CFRP纵向长度、宽度大于某一值时,其对加固效果的影响很小.     

碳纤维复合材料受电弓杆件设计及工艺分析

铝合金受电弓在疲劳应力和环境应力作用下易出现焊缝开裂的问题,严重威胁列车运行的可靠性和安全性。文章采用碳纤维复合材料制作受电弓杆件,针对碳纤维复合材料的特性和受电弓杆件载荷条件,通过有限元仿真对受电弓杆件结构进行优化,减少受电弓杆件零件数量,提升受电弓杆件机械性能。根据受电弓杆件各部件结构的复杂性差异和受电弓杆件结构特点进行工艺分析,提升碳纤维复合材料受电弓杆件工艺成型效率和成品率。     

C/C复合材料制受电弓滑板的磨损特性评价

C/C复合材料是以提高强度、耐冲击性等为目的的碳纤维强化的碳基体复合材料。文章基于定置磨损试验及现车试验,研究了3种C/C复合材料制受电弓滑板的磨损特性,并考察了降低滑板磨损的对策。     

碳纤维复合材料机车走廊门轻量化设计与研究

文章主要介绍通过采用碳纤维复合材料实现机车走廊门的轻量化设计,简要说明碳纤维复合材料特点,对碳纤维复合材料机车走廊门的结构进行分析,并通过粘接接头计算、强度计算和相关试验验证碳纤维复合材料机车走廊门的可行性。     

碳纤维车头在市域快轨车辆上的应用

以北京某新型市域快轨车辆为依托,对碳纤维复合材料在轨道车辆车头上的应用进行了研究。通过对比碳纤维材料类型、成型工艺、连接方式,阐述了碳纤维车头的设计特点以及头罩产品缺陷控制方法,并对设计完成的头罩产品进行了不同工况的仿真分析。研究结果表明,采用碳纤维复合材料设计制造城轨车辆车头头罩及骨架,方案可行,对于承载较小的车头覆盖件,需采用树脂真空导入成型工艺制备的碳纤维复合材料设计;承载较大的车身结构件则需要采用预浸料真空袋压高温固化成型工艺制备的碳纤维复合材料进行设计。采用碳纤维复合材料设计制造城市轨道车辆车头,可有效减轻车头质量。     

侧贴预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能的试验研究

采用自主研发的碳纤维增强(CFRP)片材锚具及张拉装置,对8根用CFRP板不同形式加固的钢筋混凝土梁模型试件进行抗弯性能试验,研究预应力碳纤维板侧面加固对被加固钢筋混凝土梁的承载能力、使用阶段变形和裂缝的影响,以及被加固钢筋混凝土梁使用阶段碳纤维板的应力分布和延性。试验结果表明:侧贴预应力碳纤维板加固可明显提高受弯构件开裂荷载及屈服荷载,减小构件使用阶段的变形及裂缝;两端可靠锚固能防止剥离破坏,充分利用材料强度,还能同时改善构件的延性性能。