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碳纤维复合材料在高速列车上应用
中国玻璃纤维复合材料信息网 (cnbxfc.net) 发布日期: 2018-04-14  阅读: 1640  字体:  双击鼠标滚屏
       随着碳纤维复合材料在高速列车上的应用越来越广泛,行业研发力度也相应越来越大,前景非常广阔。那么碳纤维复合材料在高速列车上应用有哪些,哪些国家走在了前面,一起来了解一下。
 
  先来了解一下碳纤维复合材料的基础知识。
 
  C/C复合材料的制备大致可分为:预制件成形、致密化和石墨化三个工艺过程。预制件成形包括原材料和成形工艺的选取。增强组份按纤维的长度可分为,长纤维和短纤维;按纤维的来源不同,分为PAN系和沥青系。常见的毛坯成形工艺有:热模压法、超高温模压法、二维碳布增强法、针刺毡法、细编穿刺法和三维四向编织法等。为了降低C/C复合材料的制作成本,使其在高速列车上得到应用,一般选用短切碳纤维作为增强组份,并采用模压法进行毛坯成形。C/C复合材料的致密化方法有两种,一是用化学气相沉积法(CVD)获得热解碳,二是用浸渍碳化法获得玻璃碳或沥青碳。
 
  其次了解一下碳纤维复合材料在高速列车上应用。
 
  应用研究方面,日本、韩国、欧洲走在了世界前面。日本在CFRP车体研制方面进行了循序渐进的探索,成绩显着。1999年研制的E4司机室,采用环氧树脂/CFRP,减重30%,具有优异的抗冲击、耐腐蚀等特点。1989年日本研制了侧梁为层压结构、横梁为缠绕成型结构的CFRP构架,自重0.5t,较钢制构架减重70%,适用时速160km/h。
 
  2014年,川崎研制出采用CFRP侧梁的柔性构架,较传统构架减重40%。利用CFRP高强度、高模量的优点,改进一、二系悬挂定位结构,提高了运行平稳性,减少轮重减载率(1/2),实现材料结构一体化技术提升,在TTCI进行超过4500公里的线路运行测试,运行速度150km/h,效果良好。
 
  韩国在复合材料的轨道列车应用方面业绩突出,KTX-Ⅱ列车内装大量采用复合材料;时速200公里的TTX车体采用复合材料,相比铝合金车体减重达40% ,已于2010年投入运营 。
 
  我国起步较晚,发展迅速,主要应用于次承载的头罩、设备舱和低速车体等。从材料、工艺、结构设计、标准及验证各环节进行大量尝试,积累了丰富的经验,为在高铁领域的应用打下了坚实基础。
 
  欧洲复合材料技术基础雄厚,在轨道车辆上应用广泛,从非承载的内饰件到头罩吸能元件、过渡车钩、受电弓、车辆制动盘等重要零部件,到司机室、车体、转向架等大型部件均有不同程度的尝试。
 
  转向架:德国、法国、英国等国都进行了复合材料结构尝试,采用材料结构一体化理念,充分利用复合材料的材料性能优势。雷丁大学 复合材料转向架计算分析强度试验。20世纪80年代,德国研制出型号HLD-E的世界上台FRP构架,设计速度200km/h,由2根侧梁和2根横梁组成双H形构架,通过了静态模拟、耐久和运行试验,运营100多万公里无损坏。
 
  2012年,雷丁大学研制的复合材料转向架, 构架结构为上、下两构架型式,各包括两侧梁和一横梁,各构架分别采用整体成型。
 
  为了终实现高速列车主要承载部件CFRP的工程化应用,需要将高速列车特有的边界条件和复合材料的性能优势与设计、工艺特点进行有机融合,寻找优的服役性能和经济平衡点。为此,在研发上需要重点关注以下问题:一是基于一体化理念的积木式设计方法;二是复合材料选型和结构设计关键技术;三是复合材料成型、组装、涂装、修复及回收;四是复合材料零部件试验及验证技术;五是复合材料检查、在线监测与寿命评估技术;六是复合材料产业化和成本控制策略。
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信息来源:复材网
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