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。     

中车长客研制出世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体

正中车长春轨道客车股份有限公司日前研制出具有完全自主知识产权的世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体。该车体减重35%、实现了节能减排降耗,提高了安全性、舒适性和使用寿命等,更重要的是探索了全部应用国内生产的碳纤维复合材料在轨道交通大批量工业化生产应用的方向和实施路径。     

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。     

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。     

碳纤维复合材料车轮罩在低地板轻轨车上的应用

文章简要介绍低地板轻轨车车体结构,分析车轮罩功能及应用的环境要求,阐述了碳纤维复合材料车轮罩尺寸设计及与车体连接方式设计的要点,并提出碳纤维复合材料在铁道车辆上的应用前景。     

轨道车辆碳纤维复合材料电磁屏蔽性能研究

介绍了碳纤维复合材料(CFRP)的主要特性,阐述了电磁屏蔽原理,通过铝、铝合金、碳钢与碳纤维复合材料的电磁屏蔽对比试验,总结了CFRP作为车体材料时在电磁设计方面应该注意的关键问题,分析了碳纤维复合材料从10×10~3～40×10~9Hz频率范围内的电磁屏蔽特性,结合电磁衰减特性曲线对碳纤维复合材料的实际应用提出了建议。     

降低复合材料滑板成本及明确其极限厚度

用碳纤维增强碳基体材料的C/C复合材料制成的受电弓滑板,具有高韧性、高润滑性能、耐磨性也优异。不过,由于使用许多碳纤维,有待解决比传统型滑板成本高的问题。文中介绍了通过重新评审碳纤维的含量等力求降低C/C复合材料制滑板的制作成本,同时,对滑板使用的极限厚度进行了研究,结果表明用开发的低成本C/C复合材料滑板到达剩余厚度4 mm时,相比在剩余厚度9 mm就要更换的现用M40A滑板的使用成本降低50%。     

碳纤维车体阻抗特性分析及升降弓过电压研究

为了评估碳纤维动车组车体由于导电性弱于传统铝合金车体而引起的的车体过电压危害,分析并测试了碳纤维材料的阻抗特性,然后基于某公司改进设计的半碳纤维半铝合金车体结构,建立了动车组浪涌过电压电路模型,通过仿真分析升降弓瞬间司机室车体浪涌过电压的传输特性,得到升弓最大车体过电压为2.4kV,对车载电子设备造成安全隐患,并提出利...     

轻量化复合材料车体设计与分析

介绍了轻量化复合材料车体的总体结构,对车体钢骨架静强度、车顶板与地板强度及其粘接结构强度进行了校核。经验证,轻量化复合材料车体性能满足相关标准的要求,且比相同规格铝合金车体减重达20%左右。指出了该类型车体的应用价值及前景。     

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.     

中速磁浮列车复合材料车体设计验证

中速磁浮列车采用PMI夹层复合材料轻量化车体,文章介绍了车体的结构和材料性能特点,通过计算机仿真分析了车体结构强度、疲劳、模态和屈曲性能,并依据复合材料试验标准进行了材料性能检测.结果 表明,该轻量化车体的结构强度、疲劳性能和稳定性均满足设计要求.     

基于复合材料应用和结构优化的车体轻量化关键技术

车体轻量化设计是实现高速动车组高水平轻量化的必然选择。通过对高速动车组车体质量占比、车体组成结构质量占比情况进行分析，明确了车体轻量化设计的必要性。对比6000系与7000系铝合金车体牵引梁的结构性能发现，7000系铝合金牵引梁在结构安全系数提升的情况下，牵引梁壁厚减少2.0～4.0 mm，质量减轻约7.5%。对比复合材料与传统金属材料的性能差异，系统介绍复合材料在高速动车组的应用情况、“积木式”试验验证及无损检测方法等，并阐述了复合材料面临的结构强度和适应性问题。以某型动车组车体为例进行结构优化设计，在满足车体结构静强度、疲劳强度、模态等性能要求的前提下，车体结构质量由10.35 t降至8.88 t，质量减轻约14.2%；并采用新技术实现车窗、座椅、电器柜、空调系统等车上设备设施的轻量化。     

中速磁浮列车轻量化车体夹层复合材料研究

文章针对某中速磁浮列车车体轻量化需求,研究了一种PET泡沫/铝合金夹层复合材料,基于材料参数、结构参数与夹层复合材料性能的关系,进行了材料选型、结构设计和胶黏剂选择。性能测试结果证明,该夹层复合材料综合性能均符合中速磁浮列车车体复合材料的技术要求。     

碳纤维复合材料轨道车辆电气柜体研制

碳纤维增强复合材料具有高比强度、高比刚度和结构可设计性等优点,已成为轻量化工程应用的首选材料.以铝合金电气柜体为原型,设计了碳纤维复合材料电气柜体,进行了静强度计算和模态对比分析,并通过了冲击振动和防护等级试验验证.有限元分析和试验验证结果表明,碳纤维复合材料电气柜体能满足轨道车辆的运行要求,具有良好的轻量化效果,为今...     

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。     

不同填料对导电水泥基复合材料物理性能影响的研究

本文对掺加碳纤维、石墨和钢纤维等不同填料的水泥基复合材料进行了研究，得到了具有不同填料的复合材料，其电阻率及抗压强度随填料掺量的变化规律，并确定了碳纤维为制备导电水泥基复合材料的理想填料。     

轨道车辆车体夹芯复合材料及应用

基于轨道车辆车体夹芯复合材料应用,通过对泡沫芯材基本力学性能和防火性能研究,开展车体夹芯结构芯材选型。研究表明,采用PMI泡沫/铝蒙皮夹芯结构车体部件组装成整车车体后,相比铝合金车体减重24%~28%;与纤维树脂蒙皮夹芯复合材料相比,铝蒙皮夹芯结构复合材料车体在成本、效率、安全性、成熟度等方面有较大优势。     

轨道交通整体承载式铝合金车辆车体挠度的预制方法及试验研究

简述了轨道交通整体承载式铝合金车辆车体挠度试验原理,以及车体挠度预制试验方法。对车体挠度预制试验和垂向加载试验结果进行了分析。结果表明,车辆整备和超员加载试验后车体垂向位移为9.95～11.14 mm,车体剩余挠度为2.80～5.05 mm。由此证明,车体挠度预制可以有效抵抗垂向载荷产生的位移,使车辆运行过程中不会发生下凹变形。     

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。     

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。