碳纤维复合材料在高速列车头罩上的应用研究

根据高速列车头罩的外部形状、内部连接要求和受载条件,对碳纤维复合材料车头罩的结构进行设计。并且根据IEC 61373-1999《铁道车辆设备冲击和振动试验标准》和GB/T 3317—2006《电力机车通用技术条件》的相关规定,确定了冲击工况、气动静载荷工况以及端部排障压缩工况,进行静力学计算分析。分析结果表明,高速列车碳纤维复合材料车头罩满足以上标准的要求。采用真空导入工艺试制车头罩样件,并对其进行137 k N端部排障压缩试验,试验结果表明,该结构的力学性能符合要求。     

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。     

受电弓滑板用三维网状铜-碳复合材料的研究

利用碳纤维布和铜粉、钛粉、石墨粉等为原料,采用热压成型、烧结等工艺制备三维网状铜-碳复合受电弓滑板。研究受电弓滑板的物理力学性能,利用扫描电镜(SEM)对复合材料的内部结构进行观察,并与当前正在使用的受电弓滑板的性能进行对比。结果表明:铜和碳纤维在空间互成三维网状结构,铜质量分数为40%的复合材料具有较小的电阻率和较好的力学性能。     

碳纤维复合材料夹芯结构模拟驾驶舱的应用研究

介绍采用碳纤维复合材料结构的模拟驾驶舱设计和仿真分析,证明碳纤维复合材料夹芯结构舱体完全满足设计应用要求;该结构的材料体系满足冲击、隔声、隔热和阻燃要求;用液态成型工艺制备的碳纤维夹芯复合材料舱体较全碳钢车体减重效果明显。     

非对称碳—玻璃混合纤维复合材料地铁司机室头罩设计

发挥复合材料结构性能可设计性优势,采用碳—玻璃混合纤维复合材料设计了一种地铁车辆司机室头罩新型结构。该司机室头罩主承力结构部分由自承载复合材料泡沫夹芯结构构成,夹芯结构的上面板为玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂基复合材料,下面板为碳纤维和玻璃纤维混合复合材料,为非对称复合材料结构设计。设计表明,该头罩在满足司机室强度设计要求的前提下,显著地减轻了司机室的结构质量。     

地铁车辆司机室碳纤维复合材料头罩的分步优化设计

以某款地铁车辆司机室头罩结构为研究对象,通过自由尺寸优化、尺寸优化以及铺层顺序优化,结合制造约束和工程经验,对碳纤维内外面板的铺层方向、厚度及顺序进行优化,得到最终设计方案。仿真结果表明,在满足强度、刚度和稳定性要求下,优化得到的复合材料司机室头罩相比优化前质量下降27%,比原玻璃纤维材质头罩质量下降37%,达到了较理想的轻量化效果。     

印度新德里RMGL车辆头罩设计

头罩是地铁车辆内装部件最重要的组成部分之一,在美观、强度方面要求很高。文章简要介绍了常见头罩的材料性能、检验标准及头罩成型工艺,着重分析了印度新德里古尔冈RMGL车辆头罩设计的特点,具有一定的现实指导意义。     

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。     

高速列车用浮动式制动闸片的研制

利用粉末冶金方法制备了高速列车用铜基闸片材料,通过优化既有制动闸片结构,研制出浮动式结构制动闸片,并测试了其物理力学性能和摩擦磨损性能,研究结果表明:该浮动式制动闸片结构可靠,摩擦性能稳定,磨耗量小,可满足350 km/h及以上高速列车的制动要求。     

高速动车组头罩端盖用GFRP碰撞特性研究

针对动车组头罩端盖强度既应该满足日常运行要求,又要保证在碰撞事故发生时不妨碍相邻两车端部车钩有效连挂,即要求端盖用GFRP材料在一定撞击条件下可以发生穿透损伤。利用大质量低速冲击试验,探究纤维含量、纤维长短、铺层方向对复合材料层合板的抗冲击性能影响,基于被动安全防护角度提出动车组头罩端盖结构破损性能评价方法。研究结果表明:编织纤维层合板受冲击作用产生的破损形貌可以满足头罩端盖要求。利用编织纤维材料试制动车组端盖样件并进行大质量冲击试验,发现其在冲击过程中呈现大小可容车钩穿过的破损形貌,碎屑尺寸细小不影响车钩连挂。     

高速列车风挡用多元纳米复合材料的研究

以三元乙丙橡胶(EPDM)和有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料为基础,复配笼形八乙烯基硅倍半氧烷(POSS)、氢氧化铝(Al(OH)3)、可膨胀石墨(EG)制备多元纳米复合材料,测试了材料的燃烧性能和力学性能。测试结果表明,与纯纳米复合材料(EPDM/OMMT)相比,添加了POSS, EG和Al(OH)3的多元纳米复合材料的成炭效果和燃烧性能均有所提升;但多元纳米复合材料力学强度有所降低。采用多元纳米复合材料(EPDM/OMMT/EG或EPDM/OMMT/Al(OH)3)开发高速列车内外风挡用橡胶材料,其性能可满足风挡的阻燃功能及使用要求,并在强度、低温性能和阻燃性能等方面比国外样品更优,在多种型号的高速列车风挡上实现了工程化应用。     

高速列车粉末冶金制动闸片的研制

针对我国高速列车对制动闸片材料的性能要求,采用粉末冶金加压烧结工艺制备了高速列车用制动闸片。通过对材料的组合和工艺参数的试验研究,制备了6种体系的铜基摩擦材料,对其进行力学性能及1:1摩擦制动性能试验,从中获得一种铜基粉末冶金摩擦材料。研究表明:该种制动闸片的材料具有较高的抗压强度、高而稳定的摩擦因数、低的磨损和良好的制动性能,能满足300 km/h高速列车的制动要求。     

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。     

CRH_2型动车转向架车轴评估

为实现我国高速铁路用客车车轴的国产化,对引进CRH2动车组200km/h用拖车轴进行了评估分析,测试了其化学成分,硬度,拉伸性能、冲击性能和残余应力,观察了低倍和微观组织。结果表明该轴的基体材料为普通中碳钢,组织为铁素体+索氏体+屈氏体,力学性能符合标准要求。在车轴关键部位表面进行了中高频感应处理,实现了表面强化,能满足高速列车车轴抗疲劳性能的要求。这种高速列车车轴制造的技术路线特点在于利用表面处理工艺技术提升了价廉的普通碳素钢性能;由此也带来一些工艺较为复杂、设备投资大等一些问题。我国尚未采用此种工艺路线进行高铁客车车轴的研发。     

高速动车组碳纤维复合材料应用研究

通过对高速列车发展现状和技术特点分析,结合纤维复合材料性能优势和产业现状调研,揭示了结构与材料多元化的发展必要性,指出纤维复合材料是实现列车各性能平衡发展的有效途径。详细介绍了国内外高速动车组复合材料应用情况,展示了中车四方股份一体化设计理念下的纤维复合材料构件应用实例,展望高速动车组复合材料发展方向,提出加快国内碳纤维复合材料在轨道交通中应用的可行性建议,以期提高国际竞争力,提升行业话语权。     

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.     

列车钢质锻造制动盘研究进展

钢质锻造制动盘具有优良的力学性能、疲劳性能、耐热裂性能及摩擦性能,研究高速列车钢质锻造制动盘,对于提高我国高速列车制动技术,掌握自主知识产权意义重大.介绍了高速列车钢质锻造制动盘的分类与性能要求,阐述了日本、法国和中国高速列车钢质锻造制动盘的研究历程,并就国内外研制的高速列车钢质锻造制动盘的材质、结构和性能特点进行论述.     

碳纤维布与钢板粘结拉伸承载力计算

为分析碳纤维布与钢板复合加固方法中的碳纤维布与钢板的协调性,进行5组碳纤维布和钢板粘结复合材料试件的单轴拉伸试验,研究碳纤维布与钢板粘结复合材料的破坏特征、受力性能和破坏机理。试验结果表明:复合材料的破坏形式为碳纤维布被拉断或碳纤维布与钢板发生剥离破坏;与对比钢板相比,复合材料的极限承载力提高显著,屈服后的刚度提高也较大,而屈服荷载提高较少;随着碳纤维布层数的增加,复合材料的极限承载力增长较快。在试验研究的基础上,提出复合材料屈服荷载和极限承载力的计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好,标准差和变异系数均小于0.035,可供工程参考应用。     

振动法在试件成型中的应用分析

为了研究成型方式对试件物理力学性能的影响,以水泥稳定碎石和沥青混合料为依托,采用静压与振动法对水泥稳定碎石材料进行试件成型,并测试水泥稳定碎石试件的最佳含水量、最大干密度和无侧限抗压强度指标,同时采用马歇尔击实法和振动法对沥青混合料进行试件成型,并测定其密度、稳定度、沥青饱和度、劈裂强度等主要性能指标。通过对比分析可知,振动法更加符合施工现场的条件限定及要求,而且无论是对于水泥稳定基层材料还是在沥青混合料其成型后的试件性能都具有一定的优越性。     

城轨车辆司机室复合材料裙板防火性能研究

文章以轻量化城轨车辆为研究对象，选取了3种不同成分组成的司机室复合材料裙板，依据EN 45545-2:2020标准进行火焰蔓延、热释放速率、烟密度和毒性试验，结果表明：玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料裙板和碳纤维/玻璃纤维层间混杂增强丙烯酸酯基复合材料裙板均无法完全满足EN 45545-2:2020 HL2级要求，碳纤维/玻璃纤维层间混杂增强聚碳酸酯基复合材料裙板可满足EN 45545-2:2020 HL2和HL3级要求，碳纤维和玻璃纤维混杂聚碳酸酯基复合结构可满足复合材料裙板的较高防火性能要求，并可兼顾轻量化和成本需求。