碳纤维复合材料在轨道车辆上的应用
复合材料在轨道交通中的应用
复合材料在轨道交通中的应用1. 复合材料的简介你听说过复合材料吗？它们可是现代科技的“隐形英雄”，在轨道交通领域里发挥着不可小觑的作用。
别看它们名字高大上，其实就是由两种或两种以上的材料混合在一起，形成的新材料。
咱们可以把它们想象成一道“混合大餐”，各种材料像是厨师的秘密调料，把菜肴的味道调到最佳。
这些复合材料不仅强度高，还轻巧耐用，就像你平时看到的那些又轻又硬的运动鞋一样。
2. 复合材料在轨道交通中的作用2.1 提升车辆性能首先，咱们聊聊复合材料在火车上的作用。
以前的火车都是铁的，重得像块大石头，跑起来那叫一个费劲儿。
不过现在，复合材料的出现就像是火车的“减肥药”，让火车变得轻盈了不少。
你可以想象一下，原本笨重的火车变得像羽毛一样轻，这样不仅省了燃料，还让车速提升了不少。
速度快了，大家的出行时间也缩短了，真是一举两得！2.2 提高安全性与舒适性再来说说安全性，复合材料可是安全性的小卫士。
它们的强度和韧性都很不错，即使在碰撞中也能保持车体的完整，像个可靠的保护伞。
比起老旧的铁车体，这些材料能有效减少事故中的伤害。
而且，复合材料还能有效隔音，车厢里的噪音减少了不少，旅途变得安静舒适。
就像家里换了高档的窗户，外面的噪音被隔绝，车内的环境也变得宁静了许多。
3. 复合材料的种类与应用3.1 常见的复合材料复合材料有很多种，咱们常见的有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
碳纤维就像是复合材料中的“明星”，强度高、重量轻，几乎可以说是火车的“超级战衣”。
玻璃纤维则像是复合材料中的“全能型选手”，价格实惠，性能稳定。
每种材料都有它自己的特色，像调料一样，根据需要进行选择，做出最合适的“菜肴”。
3.2 实际应用的场景在实际应用中，复合材料的表现也很亮眼。
比如，地铁车厢的外壳就经常使用复合材料，这样可以降低整车的重量，提高运行效率。
而且，有些高铁列车的内部装饰也用上了复合材料，这样不仅耐用，还能提升车厢的舒适感。
复合材料在铁路车辆上的应用现状和发展趋势
目录摘要 (I)ABSTRACT ............................................... 错误!未定义书签。
第1章前言 (1)1.1复合材料的在世界铁路车辆上的应用 (1)1.2复合材料的优势 (2)1.3铁路车辆复合材料主要种类 (3)第2章复合材料在铁路车辆上的应用 (5)2.1使用复合材料制造铁路车辆车体 (5)2.2使用复合材料模制机头 (6)2.3使用复合材料制造车体内装及设备 (6)2.3.1 车门 (6)2.3.2 车窗及窗玻璃 (6)2.3.3 座椅 (7)2.3.4 客车墙板、顶板、地板 (7)2.3.5 其他设备 (8)2.4复合材料制作转向架 (8)2.5复合材料制作闸瓦 (8)2.6复合材料制作受电弓滑板 (8)2.7复合材料制造齿轮箱 (9)第3章复合材料在铁路车辆上发展趋势 (10)3.1复合材料应用于铁路车辆所面临的问题 (10)3.2复合材料在铁路车辆上应用发展方向 (10)结束语 (12)致谢 (13)参考文献............................................... 错误!未定义书签。
摘要本文介绍了国内外复合材料在铁道车辆上应用情况。
从非承力件到大型结构件均有成功应用，对于提高交通车辆的速度、运载效率和舒适安全性发挥了重要作用，充分说明复合材料在铁道车辆上的应用的广阔前景。
关键词：复合材料应用前景第1章前言复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、金属丝和硬质细粒等。
轨道交通车辆复合材料轻量化技术与应用探究
轨道交通车辆复合材料轻量化技术与应用探究摘要：近年来中国铁路飞速发展，目前高铁轨道主要结构是板式无砟轨道，为提高减震性填充传统材料水泥沥青砂浆。
采用复合材料降低成本的目前的重要课题。
本文研究过程中首先阐述了复合材料技术在轨道交通中的优势，然后分析轨道交通车辆复合材料轻量化技术难点。
关键词：复合材料；轨道交通车辆；轻量化技术轨道交通车辆轻量化，可以降低列车在加速和减速下的运行动力与车辆间冲击，能极大地节省能源，有研究表明轨道车辆减重10%可降低能耗7%。
同时，轨道车辆轻量化设计还可以减小轨道的磨损与变形，降低线路的维护成本;减少对轨道的冲击力，降低车体振动，提高车体运行稳定性和乘坐的舒适性;轻量化设计能够减少列车动能，改善制动性能，提高运行安全性。
传统的结构材料难以满足轨道车辆性能需求，具有轻量化、高强度、高耐候性、可设计性强等优异性能的碳纤维复合材料，能够为解决轨道交通车辆轻量化问题提供可能。
一、复合材料技术在轨道交通中的优势车辆轻量化可节省能耗，减少磨损，增加有效荷载。
车辆的轴向荷载是影响轨道与车辆维护费的关键因素。
车轴通过频率导致类似于道渣流态化的结果。
车辆减轻自重，可有效延缓轨道退化。
噪声是因车轮驶过与钢轨和轨腰接触时，轮心变形引起。
轴重减轻改善了轮轨冲击力度，降低了噪声。
紧急制动时，车辆轻量化减少了紧急制动产生的热量。
列车质量大，制动装置需热量就大。
降低车辆使用成本也追求车辆轻量化。
使用复合材料是制造轨道列车的重要发展方向。
高铁列车具有低能耗，高速安全舒适节能等优点，是我国国民经济的重要组成部分。
近年来铁路系统进行多次大范围提速，但轨道交通总体运载力不能满足人们的需求。
目前我国高铁重要采用无砟轨道结构形势。
加快高速铁路发展的重要途径就是对复合材料的应用。
复合材料是由两种不同化学物理性质的组分制成的材料。
先进复合材料相对质量密度在1.5-2.0之间，非金属基复合材料分为高聚物基与陶瓷基复合材料。
碳纤维复合材料在铁路机车转向架设计中的应用实践
碳纤维复合材料在铁路机车转向架设计中的应用实践摘要：碳纤维复合材料具有密度低、耐腐蚀好的优势，可以广泛地用于航空、航天、轨道交通、汽车等领域。
因此研究碳纤维复合材料，才可以更好地应用。
关键词：碳纤维；复合材料；铁路机车；转向架设计；实践随着铁路交通的快速发展，许多国家非常重视高速铁路建设，并将其列入到主要运输途径，基于这种实际情况对机车速度、安全性、舒适性提出了更高要求。
为了能够满足机车运行的实际要求，采用质量轻、性能好的复合材料是未来发展的必然趋势。
转向架不仅能够支撑机车，还可以承受车辆载荷，是机车平稳运行的重要部件，因此对进行轻量化设计已经成为必然的发展趋势。
1碳纤维复合材料的基本情况分析1.1优点转向架是车辆的重要承重部件，对机车的安全、平稳性产生了重要影响，所以转向架质量对车辆减重具有重要影响。
传统金属材料具有很好的强度，但是减重空间比较小，无法实现轻量化目标。
而碳纤维复合材料具有很好的减重效果，而且性价比较高，具有很高的可靠性，因此这种材料在飞机上的应用比较广泛，同时积累了丰富的制造经验，技术相对比较成熟。
1.2特点铁路建设是较大的工程，且具高成本、消耗大特点，因此大量使用碳纤维复合材料，不仅降低了地铁自重，也很大程度降低了能耗。
新一代的机车使用了先进的碳纤维复合材料来制造转向架，不仅减少了维修和保养频次，也降低了损耗和成本。
在实际使用中碳纤维复合材料具有质量轻、强度大等特点，是一种比较理想的材料。
同时还具有抗疲劳损伤性强、抗冲击性好、承载性能持久、耐腐蚀性强等特点。
1.3在各领域中的应用情况分析第一，在航空航天领域中应用。
该材料在航空和航天领域中，已经有了比较成熟的经验，选取这种材料进行结构设计，为其他领域应用提供了借鉴。
从国防军工领域的实际应用情况分析，这种材料是航空航天生产制造的主要原材料，在飞机的主、次承载结构件和特殊位置比较常用。
第二，在建筑工程领域中应用。
在建筑领域中具有较好的应用价值，比如桥梁、高层等建筑中。
复合材料在高铁上的应用
复合材料在高铁上的应用高铁的出现，是现代交通运输发展的一个重要里程碑。
高速、高效、安全是其最大的优点，其速度比普通铁路更快，在运输效率和经济效益两个方面都得到了大幅提升。
作为高铁重要的一部分，复合材料的应用逐渐得到了发展。
复合材料是由两种或两种以上材料组成的材料，通常是对一种材料的强度和刚度进行补充，弥补其缺陷。
它们由于优异的力学性能、轻质化、高强度、耐腐蚀、设计性强等特点，已经广泛应用于民用领域、军事领域和工业领域。
在高铁中，复合材料的应用主要集中在以下三个方面：1. 基础材料高铁复合材料的基础材料主要有碳纤维、玻璃纤维、有机合成材料和陶瓷。
其中，碳纤维是高强度、轻质化的材料，广泛应用于高速列车的车体和结构件制造。
由于碳纤维强度高、刚度优异，可以有效解决铁路车辆在运行过程中面临的振动问题，从而提高了高铁的稳定性和安全性。
另外，高分子材料还具有良好的耐久性和水密性，可以在更宽的温度范围内工作。
因此，在高铁上，复合材料和有机合成材料的使用比例越来越高，例如用于高铁内部的制动系统和隔音垫。
2. 车体结构复合材料在高铁车体结构的应用是为了降低高铁的质量和提高车体的强度，通过减少车身的重量，使高铁在高速运行时更加稳定，缩短滞缓时间，同时也节省了能源。
复合材料的强度、刚度和韧性优异，可以满足高铁强度、抗震等方面的要求。
其另一个优点是它能够形成复杂的几何形状，因此在高铁车身的设计中，可以实现更完美的形状和更好的舒适性。
3. 内装饰在高铁的内部，复合材料的应用还可以提高旅客的舒适度。
例如，复合材料可以制造高铁座椅和桌子的表面，如玻璃纤维增强的聚酯树脂；可以用于制作卫生间和厕所的板材和隔板等内装饰。
同时，复合材料制品具有更长的使用寿命，可以减少对环境的压力。
总之，复合材料在高铁的应用，不仅能够提高高铁的质量和强度，同时还有助于提高舒适度和节省能源。
因此，复合材料在高铁的蓬勃发展将会进入一个全新的时代。
基于预浸料挖补修理法的轨道车辆用CFRP_结构修复研究
研究与开发合成纤维工业,2023,46(4):31CHINA㊀SYNTHETIC㊀FIBER㊀INDUSTRY㊀㊀收稿日期:2023-03-01;修改稿收到日期:2023-07-10㊂作者简介:户迎灿(1980 ),男,教授级高级工程师,主要从事轨道车辆用碳纤维复合材料研究㊂E-mail:huyingcan @㊂㊀∗通信联系人㊂E-mail:1363415806@㊂基于预浸料挖补修理法的轨道车辆用CFRP 结构修复研究户迎灿1,张联合1,曾㊀宇1,李励宸2,靳㊀凯2∗(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛266000;2.中国海洋大学,山东青岛266000)摘㊀要:采用碳纤维预浸料结合损伤挖补修理法修复轨道车辆用碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板,研究了打磨斜度㊁打磨阶梯数㊁修复补片结构等参数对修复件压缩性能的影响,并利用数字图像相关测试系统探究了修复件的断裂特性㊂结果表明:各因素对CFRP 层合板修复件压缩强度的影响大小依次为补片结构㊁打磨阶梯数㊁打磨斜度,各因素对CFRP 层合板修复件刚度的影响大小依次为补片结构㊁打磨阶梯数㊁打磨斜度;当打磨斜度为1 5,打磨阶梯为4阶梯㊁补片结构为[+45/-45]8s 时,CFRP 层合板的修补效果较好;在CFRP 层合板修复过程中需避免使用0阶梯+编织补片的组合进行修复,同时应避免打磨斜度过大,使修补区过于接近补板边缘,造成修补效果不理想㊂关键词:碳纤维增强复合材料㊀预浸料㊀挖补修理法㊀修复㊀压缩性能中图分类号:TQ342+.74㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1001-0041(2023)04-0031-05㊀㊀近年来,随着轨道交通行业的快速发展,轨道交通工具的轻量化成为其发展方向之一[1]㊂碳纤维增强复合材料(CFRP)作为一种优良的轻量化材料,因具有高的比强度和比刚度㊁优良的耐腐蚀性㊁非常好的抗疲劳性,被广泛应用于轨道交通领域,如轨道车辆的箱体㊁驾驶室㊁设备舱等[2-3]㊂随着CFRP 的快速发展,CFRP 结构件修补问题也随之而来,对CFRP 结构件的损伤部位进行去损及修复对其使用安全至关重要[4]㊂当前70%以上的CFRP 结构件的修复是通过机械加工去除损伤部位后,再用预浸料铺贴去损部位固化修复[5]㊂传统的CFRP 的去损方式包括铣削加工㊁钻削加工和砂轮加工,但这3种方式的切削量均较大,且在高速下易产生大量的摩擦热,导致CFRP 表面热损伤[6]㊂与传统的机床加工相比,机器人打磨CFRP 则具有更高的灵活性和可控性,通过调整机器人的抓握姿势㊁磨削头位置和压力,可以优化CFRP 的磨削效率㊂常见的CFRP 结构件的修补方法有湿法修补㊁预固化修补和预浸料修补[7-8],其中预浸料修补具有修复时间短㊁效率高等优点㊂M.ASHRAFI 等[9]使用电流通过嵌入黏合层中的编织石墨-环氧树脂预浸料产生的热量来进行固化修复,提高了预浸料固化时的温度均匀性㊂ D.HOSKINS 等[10]采用超声波振动取代传统真空袋法用于碳纤维-环氧树脂预浸料的固化,结果表明超声波固化的CFRP 的层间剪切强度与真空袋法相当,但是超声波固化容易引起CFRP 分层范围扩大,形成潜在损伤㊂LI G Q 等[11]对层压梁试样进行低速冲击预损伤,然后使用紫外线固化树脂修复受损试样,结果表明紫外线固化树脂是一种快速㊁坚固㊁耐用㊁经济㊁有效的修复低速冲击损伤复合材料层压板的方法㊂张宁等[12]针对传统补片固化工艺成本高㊁能耗大及成型时间长等问题,利用碳纳米管薄膜作为加热元件与复合材料预浸料补片进行集成,通过电加热固化达到修补损伤结构的目的,但是在电加热预浸料的过程中,由于电流直接通入使得碳纤维周围局部温度过高使得基体容易发生热损伤㊂陈浩等[13]通过对光固化复合材料预浸料补片相关特性进行开发性㊁对比性试验,优化了补片的设计制备工艺,提高了补片的强度和寿命,缩短了补片的光固化时间,但是光固化效率较慢,不适合大批量修复㊂作者基于碳纤维预浸料和挖补修理法修复受损地铁壁板的CFRP 层合板,研究了打磨斜度㊁打磨阶梯数㊁修复补片结构等参数对修复件压缩性能的影响,并利用数字图像相关(DIC)测试系统探索了修复件的断裂特性,以期为地铁等轨道交通用复合材料损伤修复技术研究提供一定的指导和借鉴㊂1㊀实验1.1㊀主要原料编织带阻燃预浸料:牌号ACTECH1201FR/ CW380TW-3,厚度0.25mm,中航复合材料有限责任公司产;单向带阻燃预浸料:牌号ACTECH 1201FR/T700,厚度0.25mm,中航复合材料有限责任公司产;胶膜:牌号ACTECH1201R220,厚度0.18mm,单位面积质量(220ʃ24)g/m2,中航复合材料有限责任公司产;CFRP层合板:铺贴结构为平纹编织,厚度为4mm,预损伤深度为2mm,直径为10mm的圆柱形缺陷,中车青岛四方机车车辆公司提供㊂编织带阻燃预浸料和单向带阻燃预浸料的性能见表1㊂表1㊀编织带和单向带阻燃预浸料的性能参数Tab.1㊀Performance parameters of flame retardantprepreg for woven and unidirectional tapes项目参数编织带阻燃预浸料单向带阻燃预浸料树脂质量分数/%40ʃ340ʃ3纤维面密度/(g㊃m-2)380ʃ20190ʃ50ʎ拉伸强度/MPa1025217090ʎ拉伸强度/MPa9210ʎ压缩强度/MPa842132090ʎ压缩强度/MPa821弯曲强度/MPa10501551层间剪切强度/MPa5080玻璃化转变温度/ħ143143阻燃等级HL2HL2 1.2㊀主要仪器与设备FANUC/M20iD工业机器人㊁磨削高速主轴电机㊁金刚石磨头:日本FANUC株式会社制; ACR MiniPRO热补仪:美国briskheat公司制;Q-400DIC应变测量仪:德国丹迪公司制;C52.105微机控制电子试验机:新三思(上海)企业发展有限公司制㊂1.3㊀实验过程按图1所示打磨结构及表2所设计的正交实验,首先采用机器人夹取金刚石磨头对CFRP层合板损伤部分进行打磨去损,然后按照打磨后各阶梯的半径剪出同样尺寸的预浸料补片,先在阶梯的最下层铺贴一层胶膜,然后按照表2补片结构所对应的铺贴顺序进行预浸料的铺贴,并在最外层多铺贴一层预浸料以强化固化后的强度㊂固化时,采用真空袋对层合板进行包装,在真空状态下,使预浸料补片以2ħ/min的速率加热至120ħ,然后在120ħ状态下保温30min,随后在空气中冷却至70ħ后结束固化㊂未受损的CFRP层合板标记为0#0试样,预损伤深度为2mm 的CFRP层合板标记为0#1试样㊂图1㊀打磨结构示意Fig.1㊀Schematic of grinding structure表2㊀正交实验设计Tab.2㊀Orthogonal experimental design试样打磨斜度打磨阶梯数补片结构1#1 50[0/90]8s2#1 52编织3#1 54[+45/-45]8s 4#1 100编织5#1 102[+45/-45]8s 6#1 104[0/90]8s7#1 150[+45/-45]8s 8#1 152[0/90]8s9#1 154编织1.4㊀分析与测试压缩性能:采用微机控制电子试验机,按ASTM D7137/D7137M 12[14]对CFRP层合板修复件试样进行测试,得到试样的载荷-位移曲线,然后按式(1)计算试样的最大压缩强度(P),按式(2)计算试样的压缩强度恢复率(P h),按式(3)计算试样的刚度(K),按式(4)计算试样的刚度恢复率(K h)㊂P=F/S(1)P h=P/P yˑ100%(2)K=F/δ(3)K h=K/K yˑ100%(4)式中:F为最大压缩力,S为压缩方向截面积,δ为形变大小,P y为未受损CFRP层合板的压缩强度,K y为未受损CFRP层合板的刚度㊂裂纹DIC图像:采用DIC测试系统从两个角度对修复件进行拍照,其中一个镜头正对准修复件的正中心,另一个镜头偏离一定角度,获得修复23㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年第46卷件压缩断裂前0.08s 的图像,然后通过捕捉图像像素点的位移量来判断材料受压而产生形变的区域,利用相关计算获取相关区域的变形信息㊂2㊀结果与讨论2.1㊀CFRP 层合板修复件的压缩性能不同修复条件下CFRP 层合板修复件的载荷-位移曲线如图2所示㊂图2㊀CFRP 层合板修复件的载荷-位移曲线Fig.2㊀Load-displacement curves of CFRP laminates repair parts1 0#0试样;2 0#1试样;3 1#试样;4 2#试样;5 3#试样;6 4#试样;7 5#试样;8 6#试样;9 7#试样;10 8#试样;11 9#试样㊀㊀从图2a 可以看出:打磨斜度为1 5时,3#试样的压缩性能与0#0试样接近,其原因是3#试样压缩截面上胶膜尺寸小,因此受压时补片结构承受的力较大,而胶膜承受的力较小;相较于1#㊁2#试样,3#试样压缩性能更好,其原因是3#试样受力沿着45ʎ方向发散,而补片结构为[90/0]8s 和编织方式只有受力方向与纤维方向一致时才能承力㊂从图2b 可以看出,打磨斜度为1 10时,4#㊁5#㊁6#试样的压缩性能均低于0#0试样,相比4#㊁6#试样,5#试样压缩性能较好㊂从图2c 可以看出,打磨斜度为1 15时,7#㊁8#㊁9#试样的压缩性能均低于0#0试样,相比7#㊁9#试样,8#试样的压缩性能较好,并且发生了二次断裂,其原因是补片周围第一次断裂后,应力没有及时的释放出去,而迅速的集中在了母材上部,导致二次断裂㊂2.2㊀影响CFRP 层合板修复件压缩性能的因素从表3可以看出,3#试样的压缩性能最好,P h达到98.6%,故对于4mm 厚CFRP 层合板,采用打磨斜度为1 5,打磨阶梯数为4,补片结构为[+45/-45]8s 的工艺进行修复效果最佳㊂表3㊀正交实验结果Tab.3㊀Orthogonal experimental results试样P /MPa P h /%K /(N㊃mm -1)K h /%00#265.85636701#187.570.54042971.71#215.581.03977970.62#210.379.14916387.23#262.098.656525100.04#193.872.94786684.95#238.589.75392095.76#202.576.24945987.77#188.871.04781584.88#227.585.64940287.69#197.874.54833685.8k 1229.3199.4215.2Pk 2211.6225.4200.6k 3204.7220.8229.8极差24.626.029.2k 1484894515346213Kk 2504155082852753k 3485175144048461极差192662876540㊀㊀各因素对P 的影响大小依次为补片结构㊁打磨阶梯数㊁打磨斜度;对于补片结构,最优结构为[+45/-45]8s ,其次为[0/90]8s ,编织效果最差,其原因是[+45/-45]8s 在竖直方向上能够承受的力最大,[0/90]8s 次之,编织结构因铺贴后层间连接33第4期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀户迎灿等.基于预浸料挖补修理法的轨道车辆用CFRP 结构修复研究较差,影响最终承力性能,效果最差;对于打磨阶梯数,2阶梯最优,但与4阶梯差别不大,0阶梯与2阶梯㊁4阶梯差距较大,原因是0阶梯的连接面积最小,所能承受和发散的力较小,一般阶梯数越多,完整纤维越多,连接面积越大,所能承受的力也越大;对于打磨斜度,1 5的斜度修复性能最佳,其次为1 10,而1 15的斜度修复性能最差,其原因是当打磨斜度为1 15时,修补区过于接近母材边缘,并且所能承受压力的完整纤维较少,故对性能有所影响㊂各因素对K的影响大小依次为补片结构㊁打磨阶梯数㊁打磨斜度;对于补片结构,最优结构为[+45/-45]8s,其次为编织结构,最差为[90/0]8s,其原因是K是抵抗弹性变形的能力,沿纤维方向上的K较大,垂直纤维方向上的K就较小,由于补片结构为[+45/-45]8s时,纤维各方向均能承受力,所以弹性变形量小,而[90/0]8s和编织结构竖直方向上的纤维较少,所以K较小;对于打磨阶梯数,4阶梯最优,但与2阶梯差别不大,0阶梯与2阶梯㊁4阶梯差距较大,原因是0阶梯打磨时,抛去损伤部位竖直方向上的完整纤维最少,所以K最小;对于打磨斜度,1 10的斜度稍优于1 5与1 15,1 5与1 15差别不大,原因是打磨斜度为1 15时,修补区过于接近母材边缘,并且所能承受压力的完整纤维较少,而打磨斜度为1 5时,铺贴难度大,容易造成性能下降㊂2.3㊀CFRP层合板修复件的压缩断裂特性CFRP层合板修复件的照片如图3所示㊂图3㊀CFRP层合板修复件的照片Fig.3㊀Photos of CFRP laminates repair parts ㊀㊀从图3可以看出,4#试样修复后出现脱落现象,裂纹总体上为横向裂纹,且出现在补片周围,其原因是0阶梯打磨扩大了4#试样的损伤面积,承力主要由胶膜承担,并且使用编织结构补片造成连接力不够,最终导致补片脱落,所以在CFRP 层合板修复中需避免使用0阶梯+编织补片的组合进行修复㊂㊀㊀从图4可以看出,在断裂前一刻,CFRP层合板补片周围均产生较大应变,1#㊁2#㊁3#试样最大变形区间在2%~8%,4#㊁5#㊁6#试样最大变形区间在8%~12%,7#㊁8#㊁9#试样最大变形区间在6%~ 11%㊂这是因为1#㊁2#㊁3#试样的打磨斜度为1 5,补片结构尺寸较小,胶膜承受的力较小,所以变形区间较小;4#㊁5#㊁6#试样的打磨斜度为1 10,补片结构尺寸适中,胶膜承受的力较大,所以变形区间较大;7#㊁8#㊁9#试样的打磨斜度为1 15,补片结构尺寸最大,胶膜承受的力最大,但是胶膜的强度较低,所以导致变形时断裂反而缩小了变形区间,此外由于打磨斜度为1 15时,修补结构过于靠近板材边缘,导致圆形应变区不完整㊂图4㊀CFRP层合板修复件断裂过程的DIC图像Fig.4㊀DIC images of fracture process of CFRP laminates repair parts ㊀㊀以8#试样为例,其裂纹扩展过程如图5所示㊂图5㊀8#试样裂纹扩展过程示意Fig.5㊀Schematic of crack propagation process of sample8#43㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年第46卷㊀㊀从图5可以看出,压缩过程中,CFRP 层合板修复件裂纹出现的过程极快,从完整试样到产生最初的裂纹仅需要0.04s,之后在较短时间内迅速扩展成为较长裂纹,因为一旦产生了裂纹,应力就会集中在裂纹尖端,促进裂纹快速延伸㊂3㊀结论a.采用预浸料法修复4mm 轨道车辆用CFRP 层合板时,较佳的工艺为打磨斜度1 5,打磨阶梯数4阶,补片结构[+45/-45]8s ㊂b.各因素对P 的影响大小依次为补片结构㊁打磨阶梯数㊁打磨斜度,各因素对K 的影响大小依次为补片结构㊁打磨阶梯数㊁打磨斜度㊂补片结构为[+45/-45]8s 时修补性能最好;打磨阶梯数为2阶梯时修补性能最好但与4阶梯差别不大;打磨斜度为1 5时修补性能最好㊂c.CFRP 层合板修复件压缩过程中,裂纹能在极短时间内出现,并在较短时间内迅速扩展;裂纹总体上为横向裂纹,且易出现在补片周围㊂d.在CFRP 层合板修复过程中,应避免使用0阶梯+编织补片的组合进行修复,同时应避免修补时斜度过大,使修补区过于接近补板边缘,造成修补效果不理想㊂参㊀考㊀文㊀献[1]㊀梁凤飞,金迪,何勇.复合材料结构修理研究[J].中国胶黏剂,2019,28(5):57-61.[2]㊀彭鹤轩.碳纤维复合材料的应用和展望[J].现代盐化工,2018,45(5):24-25.[3]㊀耿甦,崔旭.复合材料修理技术研究[J].沈阳航空工业学院学报,2005(4):43-46.[4]㊀王露晨.复合材料层合板修理评估方法研究[D].南京:南京航空航天大学,2020.[5]㊀赵渠森.预浸料技术及其设备[J].玻璃钢/复合材料,1994(1):31-36.[6]㊀KODAMA H,OKAZAKI S,JIANG Y F,et al.Thermal influ-ence on surface layer of carbon fiber reinforced plastic (CFRP)in grinding [J].Precision Engineering,2020,65:53-63.[7]㊀TIE Y,HOU Y L,LI C,et al.Optimization for maximizingthe impact-resistance of patch repaired CFRP laminates using asurrogate-based model [J].International Journal of MechanicalSciences,2020,172:105407.[8]㊀罗伟豪.碳纤维复合材料修复补强技术研究[D].长沙:湖南大学,2020.[9]㊀ASHRAFI M,SMITH B P,DEVASIA S,et al.Embedded re-sistive heating in composite scarf repairs[J].Journal of Com-posite Materials,2017,51(18):2575-2583.[10]HOSKINS D,PALARDY G.High-speed consolidation and re-pair of carbon fiber /epoxy laminates through ultrasonic vibra-tions:A feasibility study[J].Journal of Composite Materials,2020,54(20):2707-2721.[11]LI G Q,POURMOHAMADIAN N,CYGAN A,et al.Fast re-pair of laminated beams using UV curing composites [J ].Composite Structures,2003,60(1):73-81.[12]张宁,严刚.碳纳米管薄膜电加热固化复合材料胶接修补金属结构研究[J].复合材料科学与工程,2021,328(5):49-54.[13]陈浩,洪杰,于焕义,等.光固化复合材料预浸料补片的研制与应用[J].中国胶黏剂,2007(12):31-35.[14]American Society for Testing and Materials.Standard test meth-od for compressive residual strength properties of damaged poly-mer matrix composite plates:ASTM D7137/D7137M-17[S].Philadelphia:ASTM,2012:1-16.Repair of CFRP structure for rail vehicles based on prepregpatching repair methodHU Yingcan 1,ZHANG Lianhe 1,ZENG Yu 1,LI Lichen 2,JIN Kai 2(1.CRRC Qingdao Sifang Co.,Ltd.,Qingdao 266000;2.Ocean University of China ,Qingdao 266000)Abstract :The carbon fiber prepreg combined with patching repair method was used to repair carbon fiber reinforced plastic(CFRP)composite Laminates for rail vehicles.The effects of grinding slope,grinding steps,repair patch structure and other pa-rameters on the compression properties of the repair parts were studied.And the fracture characteristics of the repaired parts were explored using a digital image related testing system.The results showed that the factors that affected the compressive strength of CFRP laminates repair parts were in descending order of patch structure,grinding steps and grinding slope while the factors thataffected the stiffness of CFRP laminates repair parts were also in descending order of patch structure grinding steps and grinding slope;the repair effect of CFRP laminates was fairly good when the grinding slope was 1 5,the grinding steps were 4steps and the patch structure was [+45/-45]8s ;and a combination of 0step and woven patches for repair should be avoided during the re-pair process of CFRP laminates,and the excessive grinding slope should be also aboided,which might cause the repair area to betoo close to the edge of the repair plate and result in unsatisfactory repair results.Key words :carbon fiber reinforced composites;prepreg;patching repair method;repair;compression performance53第4期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀户迎灿等.基于预浸料挖补修理法的轨道车辆用CFRP 结构修复研究。
碳纤维三维织物复合材料轨道车辆关键承力构件制备技术及应用-概述说明以及解释
碳纤维三维织物复合材料轨道车辆关键承力构件制备技术及应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆领域具有广阔的应用前景。
它是一种新型的轻质高强材料，具有良好的力学性能和耐久性。
本文旨在介绍碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆关键承力构件制备技术及应用方面的研究进展。
随着城市化进程的加速和人们对交通工具舒适性和安全性要求的提高，轨道交通成为了一种重要的交通方式。
轨道车辆的关键承力构件承担着车辆重量和荷载传递的重要作用，因此对于这些构件的材料选择和制备技术有着严格的要求。
在过去的几十年中，传统的金属材料一直是轨道车辆关键承力构件的首选材料。
然而，随着科技的进步，碳纤维三维织物复合材料因其优异的性能和重量比而逐渐受到关注。
碳纤维三维织物复合材料由高强度的碳纤维和环氧树脂等聚合物基体组成，具有高强度、高刚度、低密度和耐腐蚀等特点。
制备碳纤维三维织物复合材料的关键技术包括纤维预浸料制备、三维织物成型、压力固化和后续处理等环节。
这些技术的发展和应用使得碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆领域具备了广泛的应用前景。
本文将重点介绍碳纤维三维织物的特点、碳纤维三维织物复合材料的制备技术以及轨道车辆关键承力构件的设计与应用。
同时，还将对制备技术的优势与挑战进行分析，并对轨道车辆关键承力构件的性能进行评估。
最后，将展望碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆领域的应用前景。
通过本文的研究，相信碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆领域将发挥巨大的作用，推动轨道交通的发展，提高交通运输的安全性和效率。
1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
具体结构如下：1. 引言部分介绍了碳纤维三维织物复合材料轨道车辆关键承力构件制备技术及应用的背景和意义。
其中，1.1 概述部分对整个文章的主题进行了概括，简要介绍了碳纤维三维织物复合材料以及其在轨道车辆领域的应用。
1.2 文章结构部分（本段）则详细说明了整篇文章的结构框架。
高分子材料在轨道交通中的应用
高分子材料在轨道交通中的应用
高分子材料在轨道交通中有广泛的应用，以下是一些主要的应用领域：
1. 轨道垫板：高分子材料如橡胶垫板可以用于减少轨道与车轮之间的噪音和振动，提高乘坐舒适度。
2. 轨道绝缘材料：高分子材料如聚乙烯、聚氯乙烯等可以用于制造轨道绝缘材料，保证轨道电路的正常运行。
3. 车内装饰材料：高分子材料如塑料、橡胶等可以用于制造车内装饰材料，如座椅、地板、天花板等，具有轻便、耐用、易清洁等优点。
4. 车身材料：高分子材料如碳纤维复合材料可以用于制造高速列车的车身材料，具有轻量化、高强度、耐腐蚀等优点。
5. 刹车片：高分子材料如石棉刹车片可以用于制造轨道交通车辆的刹车片，具有良好的制动性能和耐磨性能。
6. 电缆材料：高分子材料如聚乙烯、聚氯乙烯等可以用于制造轨道交通车辆的电缆材料，具有良好的绝缘性能和耐腐蚀性能。
高分子材料在轨道交通中具有广泛的应用，可以提高轨道交通的安全性、舒适性和经济性。
复合材料在轨道交通转向架中的应用
复合材料在轨道交通转向架中的应用摘要：复合材料作为人工制造的新型材料具有比其他单一金属更为优秀的物理特性和化学特点。
其在稳定性、耐磨性、耐腐蚀性、耐疲劳性等多个方面都具有良好的表现，如果将其应用于轨道交通中，将拥有很大的市场。
本文将从轨道交通转向架设计方向，结合复合材料的特性以及力学、材料学等多个角度，以及国内外在此方面的研究现状，对复合材料在轨道交通转向架中应用的可行性以及存在的相关问题进行分析，并提出相关建议。
关键词：复合材料；转向架；轨道交通引言：转向架是轨道交通车辆中支撑车体并传递牵引力和制动力的核心部件，其相关性能直接影响到车辆的运行、动力和安全。
如果想要提高轨道车辆性能，那么就要提升列车的牵引功率以及轻量化，因此对转向架的改造是研发的重要方向。
新型复合材料可以有效满足轻量化的条件，所以将复合材料用于轨道交通转向架中是提升车辆轻量化的有效途径。
一．复合材料在转向架中的应用研究进展在转向架发展过程中，最先采用复合材料进行制造的是德国。
通过采用玻璃纤维复合材料，实现轻量化目标，减少车辆重量，提高车辆运能的同时，保证安全稳定性。
但是由于成本价格问题，该项技术在当时没有得到大力发展。
之后英国推出新一代玻璃纤维增强复合材料转向架，并经过了一系列的测试，确认该转向架的性能满足当前机械制造的稳定性和可靠性，是合格的转向架制造方案。
在亚洲，最先使用复合材料制造转向架的是日本，在2013年设计了碳纤维复合材料转向架，不仅减轻了重量，还增加了转向架的使用寿命。
韩国设计研究了玻璃纤维增强复合材料转向架，增强了构架的耐疲劳性和安全性，降低了失效概率。
我国在北京大学得姚凯团队设计了应用于磁悬浮列车的转向架复合材料，有效减轻了车体重量，增强了转向架强度。
复合材料在转向架上的应用至今已经有30余年，但是目前仍旧没有大规模的投入批量生产和使用，在验证过程中也是仅仅采用了仿真模拟或者实验室试验的方式，如果想要将复合材料在轨道交通转向架中大规模使用，还需要开展进一步的理论研究和大量试验。
碳纤维复合材料在汽车上的应用
碳纤维复合材料在汽车上的应用
1. 碳纤维复合材料在汽车上的应用
碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics），通常
称为碳纤维增强塑料（Carbon Fiber Reinforced Polymer），是一种复合材料，由碳纤维和塑料树脂组成，两者的结合可以增加材料的强度和刚度。
碳纤维复合材料具有比金属更强的强度，更低的密度和低的热膨胀系数，因此成为汽车生产和制造过程中的理想材料。
碳纤维复合材料在汽车上的应用主要是替换金属件，减轻车辆的总重量，提高汽车性能和能源效率。
此外，由于碳纤维复合材料的耐热性和耐冲击性较高，因此在汽车结构和悬挂部件上的应用越来越广泛。
碳纤维复合材料用于汽车上的应用包括：
（1）悬挂部件：碳纤维复合材料在悬挂部件上的应用，可以替
换传统的金属部件，使汽车总重量及外观重量大幅度减少，同时还提高了汽车的行驶稳定性和可靠性；
（2）汽车车身：碳纤维复合材料可以用于汽车车身，可以替换
传统的金属部件，减轻汽车重量，同时还改善了汽车质量，提高汽车的节油效率；
（3）车内座椅：碳纤维复合材料可以用于车内座椅，具有较强
的强度及刚度，可以对抗较大的冲击力，改善乘客的安全保护，同时减少质量。
总的来说，碳纤维复合材料的应用可以使汽车总重量大幅度减少，
提高汽车性能和能源效率，改善汽车质量，具有重要的社会意义。
先进复合材料在轨道交通领域的应用
先进复合材料在轨道交通领域的应用作者：童喆益施静赵鑫来源：《科技创新与应用》2019年第17期摘; 要：先进复合材料具备比强度高、比模量高的特点，是产品实现轻量化的一种非常重要的途径;同时，复合材料可以通过采用不同的组合方式，实现不同的功能特性，亦可实现结构-功能一体化，是轨道交通领域新材料发展方向的重要组成部分。
关键词：碳纤维;复合材料;轨道交通中图分类号：U270.2 文献标志码：A; ; ; ; ;文章编号：2095-2945（2019）17-0166-02Abstract： Advanced composite materials have the characteristics of high specific strength and high specific modulus， which is a very important way to lighten the weight of products. At the same time， composite materials can achieve different functional properties by using different combination methods. It can also realize the integration of structure and function， which is an important part of the development direction of new materials in the field of rail transit.Keywords： carbon fiber; composite materials; rail transit随着时代的发展，材料加工工艺和使用环境也在不断发生变化，复合材料本身从最早的草和泥的结合逐步发展到钢筋混凝土的结合，并在20世纪70年代正式迈入先进复合材料时代，碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）逐渐被人们熟知。
新材料在轨道交通车辆内饰中的应用
新材料在轨道交通车辆内饰中的应用摘要：轨道交通工具的舒适性要求乘坐的舒适性和人性化的车内设计，以及乘坐的精神体验。
本文论述了几种新型材料在轨道交通车辆内部装饰中的应用，为轨道交通车辆内部装饰材料的选择和应用提供参考，以提升轨道交通的舒适性。
关键词：新材料；轨道交通；车辆内饰；应用1前言为了同时满足人民群众乘坐铁路车辆的舒适性和精神文明的要求，在对铁路车辆室内进行设计的过程中，设计师不仅要确保车辆行驶乘坐舒适，而且应该注意室内设计的人文内涵。
因此，在轨道交通车辆内饰设计的过程中，设计者应该考虑的是设计技术、文化内涵和审美问题，以及群众的实际需求等因素影响，必须协调它们之间的各种关系，加强人性的铁路车辆室内设计的总目标，不断促进交通运输业的可持续发展。
2轨道交通车辆内饰材料的发展概况长期以来，胶合板占据了我国轨道交通工具内部材料的主要使用度，适用于铁路客车的地板、顶板、隔墙、侧墙板等。
胶合板内饰简单、密实，表面可进行塑料、贴膜等装饰处理。
针对轨道交通车辆运行速度和设备技术，现代车内饰从最初的设计到目前增加了重量轻和吸声降噪要求，为了确保轨道交通客运车辆界面美观、舒适，最初只使用胶合板材料为内部配件，而且在设计和表面处理和性能已经无法满足现代车内饰的发展的要求，因此，大量的替代新轻型材料应运而生。
目前，轨道交通车辆内部装修所用的新材料主要包括轻金属材料、高分子材料、复合材料和蜂窝材料。
3轨道车辆内饰新材料分析3.1轻金属材料轻金属材料主要包括铝合金和镁合金，在轨道交通工具中具有广阔的应用前景。
铝合金由于其密度小、强度高、耐腐蚀性好，已在汽车、船舶、航空、航天等领域得到广泛应用。
在轨道交通车辆内饰结构中，铝板是最常见的材料，成型容易，可以进行喷涂、贴膜以及阳极氧化等形式的表面处理。
为营造美观、舒适的车辆乘坐环境非常有帮助。
近年来，镁合金等国外材料已被用于制造内部骨架。
质量仅为铝合金的66%，轻量化的效果更明显。
2024年轨道交通复合材料市场发展现状
2024年轨道交通复合材料市场发展现状引言轨道交通作为现代城市交通系统的重要组成部分，其复合材料的应用已经成为一种趋势。
本文将对轨道交通复合材料市场的发展现状进行探讨和分析。
复合材料在轨道交通领域的应用复合材料在轨道交通中的应用范围广泛，主要包括车体、轨道、动力系统等方面。
车体复合材料在轨道交通车体中的应用主要体现在结构强度、重量和耐久性方面的优势。
传统的铁路车体多采用钢材，而复合材料车体由于其优异的特性，如高强度、抗疲劳和抗腐蚀等，成为一个更为可行的选择。
此外，复合材料车体的质量轻，可以降低能耗并提高运行效率。
轨道复合材料在轨道建设中的应用包括轨道板、轨道床等方面。
复合材料轨道板具有重量轻、耐用、抗氧化和耐腐蚀等特点，能够提高轨道的运行稳定性和耐久性。
复合材料轨道床则具有良好的隔音和减振效果，能够降低列车噪音和车体振动，提供更好的乘坐体验。
动力系统复合材料在轨道交通动力系统中的应用主要表现在牵引电缆和电缆槽等方面。
复合材料具有优良的电绝缘性能和耐候性，能够提供良好的电力传输和保护效果。
此外，复合材料电缆槽的使用可以降低维护成本和提高系统效率。
轨道交通复合材料市场的发展现状轨道交通复合材料市场在过去几年内取得了快速发展，呈现出以下几个主要特点：市场规模持续扩大随着城市化进程的推进和交通需求的增长，轨道交通的发展态势良好，从而推动了复合材料市场的快速增长。
预计未来几年，轨道交通复合材料市场将继续保持稳定增长。
创新技术不断涌现在轨道交通复合材料市场中，创新技术的不断涌现推动了市场的发展。
例如，碳纤维复合材料的广泛应用使得车体更加轻量化和节能化。
此外，纳米技术的引入使得复合材料具有更好的性能和可靠性。
市场竞争加剧随着市场的发展，轨道交通复合材料市场的竞争也日益激烈。
越来越多的企业进军该领域，推出了各种创新产品和解决方案。
这也促使企业不断提升产品质量和技术水平，以获取更大的市场份额。
未来趋势展望随着我国轨道交通的不断发展和复合材料技术的不断进步，轨道交通复合材料市场的前景非常广阔。
碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用
碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用摘要：近些年，随着国内轨道交通行业的快速发展，轨道车辆轻量化的要求越来越高，碳纤维复合材料成为轨道交通行业下一步的重点研发方向。
本文研究过程中首先阐述了碳纤维复合材料的技术优势，然后分析了碳纤维复合材料在轨道交通上的应用，最后探讨了碳纤维复合材料在轨道交通领域应用面临的问题与挑战。
关键词：轨道交通领域；碳纤维复合料；轻量化近些年，随着轨道交通行业的迅速发展，轨道交通车辆的更新换代越来越快，人们对轨道交通车辆的综合要求也逐渐提高。
同时，轨道交通运营商对轨道交通车辆也提出了更高的要求，即更低的能耗水平、更快的运行速度、更高的运载能力、更强的防护能力、更长的寿命周期以及便捷的维护保养等。
而乘客对轨道交通车辆的要求则主要是良好的环境界面、舒适的乘坐感受和环保的制作过程等。
因此，未来轨道交通装备将向轻量化、绿色、安全和高效方向发展。
一、碳纤维复合材料在轨道交通上的应用优势长期以来，轨道交通基础设施在我国的经济发展和社会建设中贡献了巨大的力量。
同时轨道交通基础设施也是我国交通运输体系的重要构成，与我国的长期发展息息相关。
碳纤维复合材料是根据人们的使用需要和相关设备的应用需要人为创造的材料，一般由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料构成碳纤维复合材料在轨道交通上的合理应用，能够有效地改善轨道交通的运行效果以及轨道交通运输体系的完善性，满足我国轨道交通基础设施的建设需求。
列车在轨道交通基础设施中占据着不可忽视的重要位置，而列车的制造效果则直接影响着列车的运行效果，碳纤维复合材料是将不同性质的原材料进行合理组合经过工艺处理后形成的人造新材料，其在列车制造上的应用，不仅能够有效地满足列车所需原材料的质量要求，还打破了传统列车制造材料的应用限制，保证了列车的运行安全。
此外，碳纤维复合材料在列车制造上的应用还能够有效的降低列车运行过程中与运输轨道接触所产生的噪音，显著强化了乘客的体验感和舒适感。
碳纤维材料在高速列车结构中的应用
碳纤维材料在高速列车结构中的应用近年来，碳纤维材料因其高强度、高刚度、轻质化等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。
随着人们对高速列车的需求不断增长，碳纤维材料也开始进入高速列车结构领域，成为高速列车轻量化、高速化的重要手段。
本文将探讨碳纤维材料在高速列车结构中的应用。
一、轻质化是高速列车的趋势目前，世界各国正在积极发展高速列车技术，以提高交通效率、缩小区域差距、促进经济发展。
高速列车由于具有速度快、载客量大、能耗低等特点，在公共交通领域占据重要地位。
然而，高速列车在运行过程中，需要承受大的惯性力，产生大量的振动和噪声，不仅损害乘客身体健康，也加速列车结构的疲劳破坏。
因此，设计高速列车结构时需要综合考虑质量、刚度、强度等多方面因素，同时要保证安全性、可靠性、舒适性等基本要求。
在高速列车轻质化问题上，碳纤维材料因其自身的轻质化和高强度、高刚度等特点受到业界的广泛关注。
由于碳纤维具有优异的力学性能，能承受高强度、高温、大变形等极端工况，因此可大量减轻高速列车结构质量，降低其运行成本，提高经济效益。
同时，碳纤维材料的低密度和高弹性模量，可减小高速列车的质量和振动，降低噪声和震动对乘客的影响，从而提高乘车舒适度。
二、碳纤维材料在高速列车车体结构中的应用高速列车车体结构是高速列车重要的组成部分，其设计和制造是保障高速列车安全性的关键。
传统的高速列车车体结构一般由钢材、铝合金等金属材料构成，这些材料虽然具有较高的强度和刚度，但质量较大，容易发生疲劳裂纹和振动等问题，加上制造、维修难度大，运行成本高，不利于实现高速列车的轻量化和高速化目标。
与传统材料相比，碳纤维材料具有轻质化、高强度、高刚度等优点，在高速列车车体结构中有着广泛的应用前景。
目前，碳纤维材料在高速列车车体中的应用主要包括以下几个方面。
1. 碳纤维增强复合材料（CFRP）在车体制造中的应用碳纤维增强复合材料是一种由碳纤维和树脂基体制成的复合材料。
复合材料在轨道交通中的应用
复合材料在轨道交通中的应用一、复合材料在轨道交通中的应用随着科技的不断发展，复合材料在各个领域的应用越来越广泛。
在轨道交通领域，复合材料的应用也取得了显著的成果。
本文将从以下几个方面探讨复合材料在轨道交通中的应用：1. 复合材料的优越性；2. 复合材料在轨道交通部件制造中的应用；3. 复合材料在轨道交通车辆制造中的应用；4. 复合材料在轨道交通线路建设中的应用。
二、复合材料的优越性复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法复合而成的新型材料。
与传统的金属材料相比，复合材料具有以下优越性：1. 轻质化：复合材料的密度通常比金属低，可以减轻构件的重量，降低能耗。
2. 高强度和高刚度：复合材料具有较高的抗拉强度、抗压强度和刚度，有助于提高构件的承载能力和使用寿命。
3. 良好的耐腐蚀性和耐磨性：复合材料具有良好的耐腐蚀性能，可以抵抗各种化学介质的侵蚀；由于其表面光滑，磨损较小，有利于提高使用寿命。
4. 可设计性强：复合材料可以通过改变纤维种类、含量、排列方式等参数，实现对构件性能的定制化设计。
三、复合材料在轨道交通部件制造中的应用1. 轮轴：复合材料在轨道交通车辆的轮轴制造中具有广泛的应用前景。
通过采用不同的纤维材料和工艺，可以实现轮轴的轻量化、高强度和高刚度。
复合材料轮轴还可以提高列车运行速度和稳定性。
2. 制动系统：复合材料在轨道交通车辆制动系统中的应用主要体现在制动盘和制动片上。
高性能的制动盘和制动片可以提高制动效率，降低能耗，保障行车安全。
3. 车体结构：复合材料在轨道交通车辆车体结构制造中具有很大的潜力。
通过优化纤维材料和工艺，可以实现车体的轻量化、高强度和高刚度，提高车辆的安全性和舒适性。
四、复合材料在轨道交通车辆制造中的应用1. 轨道车辆外壳：高性能的复合材料轨道车辆外壳可以有效降低车辆的重量，提高能源利用率。
良好的气动性能和保温性能有助于改善乘客的乘车环境。
2. 座椅和内部装饰：采用复合材料制作的座椅和内部装饰件具有轻质化、高强度和高耐磨性等优点，有利于提高乘客的舒适度和使用寿命。
纤维复合材料在轨道交通中的应用概况
纤维复合材料在轨道交通中的应用概况作者：江洪，张晓丹，刘义鹤来源：《新材料产业》 2017年第2期■ 文/ 江洪张晓丹刘义鹤中国科学院武汉文献情报中心纤维复合材料具有高比强度与刚度、隔热、耐疲劳、阻燃、耐腐蚀、可设计性强等优点，应用于轨道交通是其未来的发展趋势之一，而且随着技术的发展在轨道交通方面的用量将持续上升。
从20世纪60年代起，英国、日本、德国将纤维复合材料应用于列车的结构与非结构件上。
例如车头前端采用芳纶纤维增强环氧树脂及玻璃钢等。
西欧制造铁道车辆用的复合材料及树脂材料占比如表1所示。
一、碳钎维材料碳纤维是由有机纤维如粘胶纤维、聚丙烯腈纤维或沥青基纤维在保护气氛下热处理碳化成为含碳量90%～100%的纤维。
碳纤维复合材料根据基体的不同可以分为以下几类：碳/碳（C / C）复合材料、碳纤维增强树脂基复合材料、碳纤维增强金属基复合材料（CFRM）、碳纤维增强橡胶复合材料、碳纤维增强陶瓷复合材料等。
碳纤维复合材料的比模量与比强度是目前常用材料中最高的，其密度仅为1.5 ～2g/cm3，为钢的1/4，铝合金的1/2。
相比玻璃钢材料，碳纤维复合材料的应用能使质量降低1/5以上，并且在强度、刚度及烟毒性方面都有着显著优势。
国内碳纤维材料虽然相较欧美起步较晚，但发展迅速。
目前碳纤维增强复合材料在轨道交通领域的使用主要还是在一些零部件，如车体外壳、车头罩、部分高速列车受电弓导流罩、城轨车辆司机室头罩、导流罩及司机台、裙板等。
1. 车体外壳2000年，法国国营铁路公司采用碳纤维增强复合材料（C F R P）材料研发出双层高速列车（T G V）挂车，以及韩国铁道科学研究院于2010年着手研制的运营速度为180km/h的倾斜摆式列车，车体均采用碳纤维三明治复合材料构件铝蜂窝夹芯结构，在复合层中嵌入不锈钢骨架以改善车体的结构刚度，经大型热压罐整体成型得到复合车体。
通过此工艺，车体总质量降低了40%，各项性能指标均完全达到设计要求，列车成功投入商业化运营。
碳纤维复合材料在汽车领域中的应用
碳纤维复合材料在汽车领域中的应用在现代社会中，汽车已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
随着科技的不断发展和变革，汽车的制造材料也不断更新换代，其中碳纤维复合材料应用已然成为了趋势。
今天，我们就讲解一下碳纤维复合材料在汽车领域中的应用。
一、碳纤维复合材料基础介绍碳纤维是一种由炭素构成的纤维束，由于碳的物理化学性质优异，使得碳纤维具有非常好的强度和刚度。
将其与树脂等材料复合而成的碳纤维复合材料因其轻质、高强度和优质的性能而被广泛应用于各个领域。
二、碳纤维复合材料在汽车领域的应用①机车构件材料在汽车制造中，碳纤维复合材料得到广泛应用，其中车轮、车门、座椅等机构构件材料等制品大量使用碳纤维复合材料。
②汽车外饰件随着消费者品位的提高，车辆外观的重要性日益凸显。
碳纤维复合材料相对于传统的材料，更加轻薄，更易于塑型，同时外观也更加漂亮，亮丽的外观也是碳纤维复合材料在汽车制造领域日益广泛应用的原因。
③引擎舱材料汽车引擎舱内饰件的材料对整个汽车的品质以及高速行驶中的稳定性影响巨大，碳纤维复合材料在该领域的应用更加明显。
由于碳纤维复合材料具有更好的耐高温性能，可以作为的机车制造引擎上的重要组成部分，应用效果显著。
④汽车底盘材料随着城市中的交通越来越拥堵，路况越来越恶劣，汽车走在路面上需要承受更大的冲击压力。
碳纤维复合材料深受汽车制造厂家的青睐，研发出了吸音隔热、吸能减振等功能的碳纤维复合材料汽车底盘，为汽车制造提供更加坚实、稳定的基础材料。
总结：碳纤维复合材料在汽车制造中的应用已经不断迈进了新的阶段。
作为一种轻质、高强的优质材料，碳纤维复合材料的出现已经代表汽车制造进入了新的时代。
未来，随着技术的不断发展，碳纤维复合材料应用在汽车制造中的地位还将继续提升。
城市轨道交通车辆构造-车体
城市轨道交通车辆构造-车体引言城市轨道交通是现代城市公共交通系统的重要组成部分，其中车体是车辆的重要组成部分之一。
本文将介绍城市轨道交通车辆构造中车体的相关内容，包括车体的结构、材料、设计要求等方面的内容。
1. 车体结构城市轨道交通车辆的车体结构一般包括车顶、车侧、车底、车端四个部分。
下面将对这四个部分进行详细介绍。
1.1 车顶城市轨道交通车体的车顶主要用于安装车辆的控制系统、通风系统等设备，保证车内的正常运行和乘客的舒适度。
车顶一般采用铝合金或碳纤维等轻质材料制作，以减轻整个车体的重量。
1.2 车侧车体的车侧是车辆的外壳部分，起到保护乘客和车辆内部设备的作用。
车侧一般由钢板制成，并在表面进行防腐处理和喷涂防尘漆。
车侧上还设有车门，方便乘客上下车。
1.3 车底车体的车底是支撑整个车体的基础部分，一般由钢材制成，并设置有悬挂装置和缓冲装置，以减少车辆在运行过程中的震动和噪音。
车底还安装有电动机和传动装置等重要组件。
1.4 车端车体的车端是车辆的前后部分，连接车厢和司机室。
车端一般采用钢材制作，并加强结构以保证载客安全。
车端还设有防撞装置和部分车辆控制设备。
2. 车体材料城市轨道交通车体的材料选择对车辆的性能和耐用性有重要影响。
以下是常用的车体材料：2.1 钢材钢材是城市轨道交通车体最常用的材料之一。
它具有强度高、抗震性好、成本低等优点，能够满足车体的强度和刚度要求。
但钢材的重量较大，需要进行防腐处理来延长使用寿命。
2.2 铝合金铝合金是一种轻质高强度的材料，被广泛应用于城市轨道交通车体的制造中。
它具有重量轻、抗腐蚀性好等优点，可以有效减轻整个车体的重量，并提高车辆的运行效率。
2.3 碳纤维复合材料碳纤维复合材料是一种高强度、轻质的材料，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能。
它被广泛应用于高速列车等特殊领域，可以显著提高车体的强度和刚度，同时减轻车体的重量。
3. 车体设计要求城市轨道交通车辆的车体设计要满足以下几个方面的要求：3.1 强度和稳定性车体需要具备足够的强度和稳定性，能够承受列车在运行过程中的惯性力和外部碰撞等作用，保证乘客和车辆的安全。
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碳纤维复合材料在轨道车辆上的应用
摘要：碳纤维复合材料是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量新型纤维材料。
本文重点分析了碳纤维复合材料在轨道车辆上的应用。
关键词：碳纤维复合材料；轨道车辆；应用
随着纳米技术的发展，碳纤维作为一种新材料被发现，随后碳纤维复合材料在军事和工业领域得到了广泛应用，由于该材料具有强度高、重量轻、抗变形、耐腐蚀等优点，以及易于曲面成型的特点，该材料先在军事领域应用于战斗机尾翼、无人机螺旋叶片等重要部位。
随着供应市场的扩大和成本的降低，碳纤维复合材料在轨道车辆上的应用逐渐增多。
一、碳纤维复合材料优势
1、密度小。
碳纤维复合材料密度一般低于2g/cm3，低于一般金属材料的密度。
采用碳纤维复合材料制造车辆零部件，能有效减轻车体重量，降低能耗。
2、良好的抗疲劳性能。
碳纤维复合材料是一种连续的纤维网络结构，裂纹不易在材料中扩散，提高了列车的安全性能。
碳纤维复合材料还具有抗冲击性及高阻尼特性，可降低振动和车体噪声。
3、耐腐蚀性好。
大多数纤维增强复合材料产品具有良好的耐腐蚀性，能很好地解决金属等材料在室外恶劣环境中的腐蚀问题，从而延长车辆使用寿命，降低维修成本。
4、热稳定性。
碳纤维复合材料热膨胀系数小，稳定性好；导热系数小，仅为钢的1/100～1/200，是一种优良的隔热材料。
二、碳纤维复合材料在轨道车辆应用现状
我国对碳纤维复合材料车辆研究起步较晚，但仍取得了一些成果。
2018年9月，中车长春轨道客车有限公司研发的碳纤维复合材料轻轨“光谷量子号”首次
亮相长春轨道交通展览会。
目前，它已在武汉轻轨线上运营，这也是国际首列商
业运营的全碳纤维车体列车。
同年，中车集团发布了由碳纤维复合材料制成的地
铁列车CETROVO，车体、转向架、司机室、设备舱大量采用碳纤维复合材料，使
司机室和设备舱重量减轻30%以上，整车重量减轻13%。
2020年6月，中车青岛
四方机车车辆有限公司研制的600km/h磁悬浮列车成功试跑，大量的碳纤维复合
材料被用于车体主结构、悬浮架、车辆内饰等零部件。
除在整车级别应用研究外，现有车型还通过改造设计取代了新的碳纤维材料
结构。
例如，复兴号的设备舱正在试验碳纤维复合材料的新结构和新工艺；京雄
高铁列车司机室也在进行碳纤维一体化设计。
三、碳纤维复合材料在轨道车辆上的应用
1、在车辆前端车罩上的应用。
传统的机车前端车罩由玻璃钢树脂制成，平
均厚度约为8mm，碳纤维复合材料由碳纤维预浸料及环氧树脂制成，层板厚度仅
为2mm，为提高材料的保温与隔音性能，将在材料内部附加2mm的泡沫，其强度
高于传统材料，但其质量仅为传统材料的2/3，对降低机车运行能耗有一定作用。
由于机车需常年运行，所以车辆的使用寿命往往较高。
在正常情况下，应连续使
用30年以上，这对材料的耐气候性及耐腐蚀性提出了更高要求。
碳纤维复合材
料具有很强的耐腐蚀性，其化学成分稳定，在酸碱环境中，仍能连续工作很长时间，并保持优良性能。
另外，由于碳纤维材料硬度、轻度高，在机车高速运行时，高速气流不会对料体产生影响。
2、在车体上的应用。
目前，碳纤维复合材料在车体上的应用主要集中在车
辆的上部结构，传统车顶由大截面冷弯型钢制成，以满足车顶刚度要求。
在车辆
顶部空间，经常布置许多设备，如空调和大型蓄电池等，若其刚度不够，不仅会
产生振动，而且容易发生结构性损伤，对行车安全有很大影响。
另外，车顶材料
对耐腐蚀性也有很高要求，车顶经常与雨水接触，雨水通常具有高度腐蚀性，一
旦材料耐腐蚀性差，极易导致材料结构穿孔，这不仅会影响车辆密闭性，还会导
致雨水漏入车厢。
可采用多个截面相同的碳纤维工字形材料制成的纵向梁进行承载，为了有效提高各截面连接处强度，可在截面连接处布置一些横向纤维。
车顶
性能与传统材料车顶可基本一致，但其刚度远高于传统材料车顶，使车顶在行驶
过程中更加稳定，其重量约为传统车顶重量的一半，可有效减轻整个机车的重量，降低机车运行能耗。
为了测试车顶刚度，进行了挂负载试验，结果表明，在车顶
4t负载作用下，车顶挠度仅为2mm左右，表明材料完全满足刚度要求。
此外，由
于碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性，在长时间雨淋中仍能保持原有材料性能，有效提高车辆使用可靠性。
3、隔音上的应用。
过去，岩棉及玻璃丝棉主要用于轨道车辆的隔音降噪，
它们的重量往往很大，材料的环保性不是很好，不具备回收利用价值。
在对车辆
性能、节能环保要求不断提高的背景下，越来越多的轨道车辆选择使用碳纤维丝
棉作为车辆隔音降噪的替代品，在相同的隔声降噪水平下，其重量仅为玻璃丝棉
的2/3左右。
此外，该材料在耐高温方面也有很大优势，能在车辆防火方面发挥
很大作用。
4、在轨道车辆各室的应用。
随着碳纤维复合材料价格的不断下跌，它已被
应用于客室墙板及乘客座椅。
传统的客室墙板由4mm玻璃钢板制成，为了有效提
高墙板刚度，墙板的龙骨一般采用铝合金加固材料，这大幅增加了墙板重量，在
一些高速列车上已显得非常不合适。
碳纤维墙板由3mm厚的碳纤维复合板制成，
由于其强度能满足使用要求，可避免使用铝合金加强龙骨，结构简单，制造工艺
大幅简化，整体墙板质量显著降低，表面比传统墙板光滑美观，为客户提供更好
的乘车体验。
在传统的乘客座椅中，整体结构通常由塑料制成，并使用大量的钢
制零件来提高座椅的强度，不仅重量大，而且座椅刚性差，严重影响乘坐稳定性，容易损坏。
碳纤维复合材料在乘客座椅中的应用主要是作为座椅的机构部分，其
平均厚度仅为3mm，重量仅为传统座椅结构的一半左右，但其强度高于传统座椅
结构，并能保证乘客乘坐的稳定性。
5、在车内受力件上的应用。
在轨道车辆的内部空间中，会有许多受力件，
如门窗把手、写字板支架、门把手、滑动门导轨等。
过去，这些受力件大多由金
属制成，质量往往很大，并在使用过程中，会慢慢发生腐蚀，从而影响其使用寿
命主美观。
碳纤维复合材料可代替传统的金属材料制成各种类型的受力件，它们
的内部可是中空，这样这些受力件的重量将在更大程度上减轻，并且由于其强度
高于金属，因此不会影响这些受力件的使用性能。
由于其较强的耐腐蚀性，在长
期使用后能保持良好的外观，并有效提高这些受力件的使用寿命及美观性。
许多碳纤维合成材料制作完成后，其表面会形成独特的花纹，具有很强的美观性，这种材料可替代乘坐室内某些部位的装饰材料，既能达到美观功能，又能降低整车质量。
随着碳纤维合成材料制造技术的进步，它已应用于机械零件制造领域，虽然其韧性不如钢材，但其强度及耐磨性优于钢材，可用于某些受力稳定处，既能满足使用性能要求，又能减轻整体重量。
该技术可应用于车辆机械部件的制造，既能保证使用性能，又能降低机械整体质量，从而有效提高机车承载能力。
四、展望
随着轨道车辆轻量化和低碳环保要求的提高，碳纤维复合材料将越来越多地应用于轨道交通车辆。
然而，碳纤维复合材料在我国轨道车辆上的应用还处于起步阶段。
鉴于我国碳纤维的发展，可从以下方面进行研究：①开展碳纤维复合材料的基本性能研究，充分发挥材料优势，解决应用局限性。
②在材料选择方面，考虑复合材料的混杂使用方式，如玻璃纤维和碳纤维等在设计中的混合使用，以充分发挥材料性能和价格优势，综合考虑减重及降本。
③结构优化和一体化设计思想，包括结合成型工艺综合考虑设计方案。
④加强产学研结合，充分发挥各自优势，尽快形成具有自主知识产权的产品。
参考文献：
[1]魏阜伦.碳纤维复合材料在轨道车辆应用展望[J].现代城市轨道交
通,2021(02).
[2]王媛媛.碳纤维复合材料在轨道车辆上的应用浅析[J].现代制造技术与装备，2019(07).
[3]李占一.碳纤维复合材料在轨道车辆上的应用[J].科技创新导
报,2018(20).。