De siste årene, med den raske utviklingen av jernbanetransportindustrien, er det mer og mer forskning på nye materialer for jernbanekjøretøyer, og andelen av det nye materialet blir større og større. Blant dem er forskning og anvendelse av fiberkomposittmaterialer de mest fremtredende. Dette er fordi fiberkomposittmaterialer kan baseres på designkravene, gjennom valg av forskjellige matrise- og forsterkningsmaterialer, forskjellige proporsjoner av utplasseringen og bruken av forskjellige formingsprosesser, som kan oppnås med forskjellige omfattende egenskaper til nye materialer, slik som god varmeisolasjon, korrosjonsmotstand, slitestyrke, høy spesifikk modul, høy spesifikk styrke og andre egenskaper, er denne egenskapen ikke i stand til å møte det tradisjonelle enkeltmaterialet.
Ved utforming av jernbanekjøretøyer har komposittmaterialer vært mye brukt i interiøret i kjøretøy, og innvendig utstyr og andre deler av laststrukturen har også blitt brukt til en viss grad. De strukturelle delene laget av komposittmaterialer har fordelene med høy styrke, lett vekt og høy stivhet. Produksjonsprosessen tar vanligvis i bruk den nesten endelige formingsteknologien, som ikke trenger ytterligere behandling og kan redusere produksjonskostnadene betydelig. Anvendelsen av komposittmaterialer kan også effektivt forbedre komforten og sikkerheten til jernbanekjøretøyer, redusere vibrasjoner og støy og redusere kroppsvekten. Fiberkompositt har blitt et uunnværlig nøkkelmateriale innen jernbanetransport.
1
Egenskaper til fiberkomposittmaterialer
Den spesifikke modulen og styrken til karbonfiberkompositter er den høyeste blant ofte brukte materialer, og de har åpenbare fordeler i styrke, stivhet og røyktoksisitet. Det nye FRP-materialet har god ytelse som flammehemmende og lydisolerende. Og aramidkomposittmaterialer har flammehemmende, høy styrke, høy temperaturbestandighet, høy isolasjonsgrad, fuktmotstand og korrosjonsbestandighet, stabile fysiske og kjemiske egenskaper. Alle typer komposittmaterialer har forskjellige egenskaper og brukes i forskjellige nøkkeldeler av jernbanekjøretøyer.
2
Applikasjonsfordelanalyse av komposittmaterialer i jernbanekjøretøyer
2.1 Gode mekaniske egenskaper
Komposittmaterialet legemliggjør den omfattende ytelsen til matrisematerialet og forsterkningsmaterialet, med høy styrke, lett, stor stivhet, vibrasjons- og støyreduksjon, tretthetsmotstand, varmeisolasjon og annen utmerket ytelse, for kjøretøyets lette design, forbedrer sikkerheten og kjøretøyets komfort er av stor betydning.
2.2 Oppfylle lettvektsutviklingskravene til jernbanekjøretøyer
De siste årene har driftshastigheten til jernbanetransportkjøretøyer blitt høyere og høyere, noe som krever at jernbanekjøretøyene oppnår lettvektsdesign uten å redusere sikkerhetsytelsen. Komposittmaterialet er det mest effektive opplegget for jernbanekjøretøyer.
2.3 Kan redusere kostnadene
Med forbedringen av jernbanetransporthastigheten, betaler folk mer og mer oppmerksomhet til vedlikeholdskostnader og driftskostnader, mens de tar hensyn til kjøretøyets sikkerhet og komfort. Selv om den første investeringen i jernbanetransportindustrien er stor, er den totale kostnaden for kjøretøy som bruker komposittmaterialer betydelig høyere enn for vanlige materialer, spesielt siden forskning og utvikling av nye materialer og nye prosesser vil kreve enorme investeringer. Driftssyklusen for jernbanetransport er imidlertid lang. Fra perspektivet til hele livssyklusen til kjøretøy, på den ene siden, kan lette kjøretøy effektivt redusere energiforbruket til kjøretøy og redusere driftskostnadene. På den annen side er vibrasjonsmotstanden, tretthetsmotstanden, korrosjonsmotstanden, skadetoleranse og kollisjonsenergiabsorpsjon av komposittmaterialer bedre enn for vanlige metallmaterialer, slik at vedlikeholdssyklusen til kjøretøyet kan forlenges, og vedlikeholdskostnadene kan bli sterkt redusert. Derfor kan komposittmaterialer i det lange løp effektivt redusere livssykluskostnadene til kjøretøy.
2.4 Har sterk designbarhet
Høy spesifikk modul og høy spesifikk styrke er de mest fremtredende egenskapene til fiberkomposittmaterialer, og de mekaniske egenskapene kan varieres i et bredt spekter. Derfor, gjennom valg av komposittmatrise og forsterkning og endring av formingsprosessen av materialer, kan ulike designkrav oppfylles. For eksempel kan strekkfastheten til glassfiber nå 3500 MPa og elastisitetsmodulen er 70GPa. Strekkstyrken til karbonfiber med høy modul kan nå 3900MPa og elastisitetsmodulen er 600GPa. Det har blitt lært gjennom eksperimenter at den beste lagdelingsstrukturen kan bli funnet i henhold til designkravene i formingsprosessen av strukturelle deler ved å endre komposittmaterialene med svært forskjellige egenskaper til matrisematerialer.
2.5 God pålitelighet og sikkerhet
De viktigste faktorene som påvirker sikkerheten til konstruksjonsdeler er tretthetsmotstanden og hakkfølsomheten til materialene. Tidligere har kompositter blitt mye brukt i felt med høy belastning som romfart, nettopp på grunn av deres utmerkede tretthetsmotstand og lave følsomhet.
Selv om vanlige metallmaterialer har høy statisk styrke, reduseres styrken deres betydelig under alvorlige vibrasjonsforhold. For eksempel har strukturelle deler av metallmateriale et gap på et visst punkt. Ved vibrasjon og slag (variabel belastning) vil defektene raskt spre seg inntil konstruksjonsdelene er skadet. Imidlertid er forskjellen mellom statisk styrke og vibrasjonsstyrke for komposittmaterialer nesten null. Selv om konstruksjonsdelene er hakk, vil spenningen i materialet overføres til det tilstøtende laget og vil ikke bli ødelagt på grunn av langvarig variabel belastning. Dette er en av grunnene til at komposittdeler har mye lengre levetid enn metalldeler.
3
Påføring av fiberkompositt i jernbanekjøretøy
3.1 Karbonfiberkompositter
Selv om forskning og anvendelse av karbonfibermaterialer startet sent i Kina, har teknologien utviklet seg raskt de siste årene, spesielt innen kjøretøytrafikk. For eksempel brukte CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. karbonfibermaterialer i utformingen av en utstyrskabin til et kuletog. Kjøretøyets støtmotstand, korrosjonsmotstand og mekaniske egenskaper er garantert, og vekten på utstyrskabinen er omtrent 35 prosent lavere enn vekten til aluminiumslegeringsmateriale.
3.2 Glassfiberkomposittmaterialer
Med utmerket støyreduksjon og flammehemmende egenskaper er ytelsen til mekanisk styrke og stivhetsforhold mer enestående. Derfor brukes den ofte i setene til jernbanekjøretøyer, hodedekselet til førerhuset og andre deler.
3.3 Aramidfiberkompositter
Sammenlignet med tradisjonelle metallmaterialer har aramidkompositter utmerkede egenskaper som flammehemmende, høy styrke, høy isolasjonsgrad, fuktmotstand og korrosjonsbestandighet, og stabile fysiske og kjemiske egenskaper. De brukes fullt ut i motorer, transformatorer og andre posisjoner, og kan spille en god rolle i isolasjonsvektreduksjon.
4
Slutt
Anvendelsen av komposittmaterialer i jernbanekjøretøyer vil bli mer og mer omfattende, spesielt i kjøretøyets karosseristruktur har gode søknadsmuligheter.
