Fibră compozită a devenit un material cheie indispensabil în domeniul tranzitului feroviar

În ultimii ani, odată cu dezvoltarea rapidă a industriei transportului feroviar, există din ce în ce mai multe cercetări privind materialele noi pentru vehiculele feroviare, iar proporția noului material este din ce în ce mai mare. Dintre acestea, cercetarea și aplicarea materialelor compozite cu fibre sunt cele mai proeminente. Acest lucru se datorează faptului că materialele compozite din fibre se pot baza pe cerințele de proiectare, prin selectarea diferitelor materiale de matrice și armare, proporții diferite de desfășurare și utilizarea diferitelor procese de formare, care pot fi obținute cu diferite proprietăți cuprinzătoare ale materialelor noi, cum ar fi izolarea termică bună, rezistența la coroziune, rezistența la uzură, modulul specific ridicat, rezistența specifică ridicată și alte proprietăți, această caracteristică nu poate îndeplini un singur material tradițional.

În proiectarea vehiculelor feroviare, materialele compozite au fost utilizate pe scară largă în interiorul vehiculelor, iar echipamentele interne și alte părți ale structurii de încărcare au fost, de asemenea, utilizate într-o anumită măsură. Piesele structurale din materiale compozite au avantajele unei rezistențe ridicate, ușoare și rigiditate ridicată. Procesul de fabricație adoptă de obicei tehnologia de formare aproape finală, care nu necesită prelucrare ulterioară și poate reduce foarte mult costurile de producție. Aplicarea materialelor compozite poate îmbunătăți în mod eficient confortul și siguranța vehiculelor feroviare, poate reduce vibrațiile și zgomotul și poate reduce greutatea corporală. Fibră compozită a devenit un material cheie indispensabil în domeniul tranzitului feroviar.

Modulul specific și rezistența compozitelor din fibră de carbon sunt cele mai mari dintre materialele utilizate în mod obișnuit și au avantaje evidente în ceea ce privește rezistența, rigiditatea și toxicitatea fumului. Noul material FRP are performanțe bune ca ignifug și izolare fonică. Și materialele compozite aramid au ignifuge, rezistență ridicată, rezistență la temperatură ridicată, grad de izolare ridicat, rezistență la umiditate și rezistență la coroziune, proprietăți fizice și chimice stabile. Toate tipurile de materiale compozite au caracteristici diferite și sunt utilizate în diferite părți cheie ale vehiculelor feroviare.

2.1 Proprietăți mecanice bune

Materialul compozit întruchipează performanța cuprinzătoare a materialului matricei și a materialului de armare, cu rezistență ridicată, ușoară, rigiditate mare, reducerea vibrațiilor și a zgomotului, rezistență la oboseală, izolație termică și alte performanțe excelente, pentru designul ușor al vehiculului, îmbunătățirea siguranței iar confortul vehiculului este de mare importanță.

2.2 Îndeplinește cerințele de dezvoltare ușoară ale vehiculelor feroviare

În ultimii ani, viteza de funcționare a vehiculelor de tranzit feroviar este din ce în ce mai mare, ceea ce necesită ca vehiculele feroviare să obțină un design ușor, fără a reduce performanța de siguranță. Materialul compozit este cea mai eficientă schemă pentru vehiculele feroviare.

2.3 Poate reduce costul

Odată cu îmbunătățirea vitezei de operare a tranzitului feroviar, oamenii acordă din ce în ce mai multă atenție costurilor de întreținere și costurilor de operare, acordând în același timp atenție siguranței și confortului vehiculului. Deși investiția inițială în industria de tranzit feroviar este mare, costul total al vehiculelor care utilizează materiale compozite este semnificativ mai mare decât cel al materialelor obișnuite, mai ales că cercetarea și dezvoltarea de noi materiale și procese noi vor necesita investiții uriașe. Cu toate acestea, ciclul de funcționare al tranzitului feroviar este lung. Din perspectiva întregului ciclu de viață al vehiculelor, pe de o parte, vehiculele ușoare pot reduce eficient consumul de energie al vehiculelor și pot reduce costurile de operare. Pe de altă parte, rezistența la vibrații, rezistența la oboseală, rezistența la coroziune, toleranța la deteriorare și absorbția energiei de coliziune a materialelor compozite sunt mai bune decât cea a materialelor metalice obișnuite, astfel încât ciclul de întreținere al vehiculului poate fi extins, iar costul de întreținere poate fi extins. să fie mult redusă. Prin urmare, pe termen lung, materialele compozite pot reduce în mod eficient costul ciclului de viață al vehiculelor.

2.4 Are un design puternic

Modulul specific ridicat și rezistența specifică ridicată sunt cele mai proeminente caracteristici ale materialelor compozite cu fibre, iar proprietățile mecanice pot fi variate într-o gamă largă. Prin urmare, prin selectarea matricei compozite și a armăturii și prin schimbarea procesului de formare a materialelor, pot fi îndeplinite diferite cerințe de proiectare. De exemplu, rezistența la tracțiune a fibrei de sticlă poate ajunge la 3500MPa, iar modulul elastic este de 70GPa. Rezistența la tracțiune a fibrei de carbon cu modul înalt poate ajunge la 3900MPa, iar modulul elastic este de 600GPa. S-a învățat prin experimente că cea mai bună structură de stratificare poate fi găsită în funcție de cerințele de proiectare în procesul de formare a pieselor structurale prin schimbarea materialelor compozite cu proprietăți foarte diferite ale materialelor matricei.

2.5 Fiabilitate și securitate bună

Cei mai importanți factori care afectează siguranța pieselor structurale sunt rezistența la oboseală și sensibilitatea la crestături a materialelor. Anterior, compozitele au fost utilizate pe scară largă în domenii cu stres ridicat, cum ar fi aerospațial, tocmai datorită rezistenței lor excelente la oboseală și sensibilității reduse.

Deși materialele metalice obișnuite au o rezistență statică ridicată, rezistența lor scade semnificativ în condiții severe de vibrații. De exemplu, piesele structurale din material metalic au un gol la un anumit punct. Sub vibrații și impact (sarcină variabilă), defectele se vor răspândi rapid până când părțile structurale sunt deteriorate. Cu toate acestea, diferența dintre rezistența statică și rezistența la vibrații a materialelor compozite este aproape zero. Chiar dacă părțile structurale sunt crestate, stresul din material va fi transferat stratului adiacent și nu va fi distrus din cauza sarcinii variabile pe termen lung. Acesta este unul dintre motivele pentru care piesele compozite au o durată de viață mult mai mare decât piesele metalice.

3.1 Compozite din fibră de carbon

Deși cercetarea și aplicarea materialelor din fibră de carbon au început târziu în China, tehnologia s-a dezvoltat rapid în ultimii ani, în special în domeniul traficului de vehicule. De exemplu, CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. a folosit materiale din fibră de carbon în proiectarea unei cabine de echipamente a unui tren glonț. Rezistența la impact, rezistența la coroziune și proprietățile mecanice ale vehiculului sunt garantate, iar greutatea cabinei echipamentului este cu aproximativ 35% mai mică decât cea a materialului din aliaj de aluminiu.

3.2 Materiale compozite din fibră de sticlă

Cu o reducere excelentă a zgomotului și proprietăți ignifuge, performanța rezistenței mecanice și a raportului de rigiditate este mai remarcabilă. Prin urmare, este adesea folosit în scaunele vehiculelor feroviare, capacul capului cabinei șoferului și alte piese.

3.3 Compozite din fibre de aramid

În comparație cu materialele metalice tradiționale, compozitele aramid au proprietăți excelente, cum ar fi ignifuge, rezistență ridicată, grad ridicat de izolare, rezistență la umiditate și rezistență la coroziune și proprietăți fizice și chimice stabile. Ele sunt utilizate pe deplin în motoare, transformatoare și alte poziții și pot juca un rol bun în reducerea greutății izolației.

Aplicarea materialelor compozite în vehiculele feroviare va fi din ce în ce mai extinsă, în special în structura caroseriei vehiculului are o bună perspectivă de aplicare.