Fiberkomposit har blivit ett oumbärligt nyckelmaterial inom järnvägstransitområdet

Under de senaste åren, med den snabba utvecklingen av järnvägstransportindustrin, finns det mer och mer forskning om nya material för järnvägsfordon, och andelen av det nya materialet blir större och större. Bland dem är forskningen och tillämpningen av fiberkompositmaterial de mest framträdande. Detta beror på att fiberkompositmaterial kan baseras på designkraven, genom val av olika matris- och förstärkningsmaterial, olika proportioner av utbyggnaden och användningen av olika formningsprocesser, som kan erhållas med olika omfattande egenskaper hos nya material, såsom bra värmeisolering, korrosionsbeständighet, slitstyrka, hög specifik modul, hög specifik hållfasthet och andra egenskaper, denna egenskap kan inte uppfylla det traditionella enskilda materialet.

Vid konstruktionen av rälsfordon har kompositmaterial använts i stor utsträckning i fordons interiör, och även intern utrustning och andra delar av laststrukturen har använts i viss utsträckning. De strukturella delarna av kompositmaterial har fördelarna med hög hållfasthet, lätt vikt och hög styvhet. Tillverkningsprocessen antar vanligtvis den nästan slutgiltiga formningstekniken, som inte behöver ytterligare bearbetning och avsevärt kan minska tillverkningskostnaderna. Användningen av kompositmaterial kan också effektivt förbättra komforten och säkerheten för järnvägsfordon, minska vibrationer och buller och minska kroppsvikten. Fiberkomposit har blivit ett oumbärligt nyckelmaterial inom järnvägstransitområdet.

Den specifika modulen och styrkan hos kolfiberkompositer är den högsta bland de vanligaste materialen, och de har uppenbara fördelar i styrka, styvhet och röktoxicitet. Det nya FRP-materialet har bra prestanda som flamskyddsmedel och ljudisolering. Och aramidkompositmaterial har flamskydd, hög hållfasthet, hög temperaturbeständighet, hög isoleringsgrad, fuktbeständighet och korrosionsbeständighet, stabila fysikaliska och kemiska egenskaper. Alla typer av kompositmaterial har olika egenskaper och används i olika nyckeldelar av järnvägsfordon.

2.1 Goda mekaniska egenskaper

Kompositmaterialet förkroppsligar den omfattande prestandan hos matrismaterialet och förstärkningsmaterialet, med hög hållfasthet, lätt, stor styvhet, vibrations- och bullerreducering, utmattningsbeständighet, värmeisolering och andra utmärkta prestanda, för fordonets lätta design, förbättrar säkerheten och fordonets komfort är av stor betydelse.

2.2 Uppfylla de lätta utvecklingskraven för järnvägsfordon

Under de senaste åren har trafikhastigheten för järnvägsfordon blivit högre och högre, vilket kräver att järnvägsfordonen uppnår lättviktsdesign utan att minska säkerhetsprestandan. Kompositmaterialet är det mest effektiva systemet för järnvägsfordon.

2.3 Kan minska kostnaderna

Med förbättringen av hastigheten för järnvägstransitering ägnar människor mer och mer uppmärksamhet åt underhållskostnader och driftskostnader samtidigt som de uppmärksammar fordonssäkerhet och komfort. Även om den initiala investeringen i järnvägstransitindustrin är stor, är den totala kostnaden för fordon som använder kompositmaterial betydligt högre än för vanliga material, särskilt eftersom forskning och utveckling av nya material och nya processer kommer att kräva enorma investeringar. Driftcykeln för järnvägstransitering är dock lång. Från perspektivet av fordonens hela livscykel, å ena sidan, kan lätta fordon effektivt minska fordonens energiförbrukning och minska driftskostnaderna. Å andra sidan är vibrationsmotståndet, utmattningsbeständigheten, korrosionsbeständigheten, skadetoleransen och kollisionsenergiabsorptionen hos kompositmaterial bättre än för vanliga metallmaterial, så fordonets underhållscykel kan förlängas och underhållskostnaden kan reduceras kraftigt. Därför kan kompositmaterial i det långa loppet effektivt minska livscykelkostnaden för fordon.

2.4 Har stark designbarhet

Hög specifik modul och hög specifik hållfasthet är de mest framträdande egenskaperna hos fiberkompositmaterial, och de mekaniska egenskaperna kan varieras inom ett brett spektrum. Därför kan olika designkrav uppfyllas genom val av kompositmatris och förstärkning och genom att ändra formningsprocessen för material. Till exempel kan draghållfastheten hos glasfiber nå 3500 MPa och elasticitetsmodulen är 70GPa. Draghållfastheten hos kolfiber med hög modul kan nå 3900MPa och elasticitetsmodulen är 600GPa. Genom experiment har man lärt sig att den bästa skiktningsstrukturen kan hittas enligt designkraven i formningsprocessen av strukturella delar genom att förändra kompositmaterialen med mycket olika egenskaper hos matrismaterial.

2.5 God tillförlitlighet och säkerhet

De viktigaste faktorerna som påverkar säkerheten hos konstruktionsdelar är utmattningsmotstånd och hackkänslighet hos materialen. Tidigare har kompositer använts i stor utsträckning inom områden med hög belastning som flyg, just på grund av deras utmärkta utmattningsmotstånd och låga känslighet.

Även om vanliga metallmaterial har hög statisk hållfasthet, minskar deras styrka avsevärt under svåra vibrationsförhållanden. Till exempel har strukturdelar av metallmaterial ett gap vid en viss punkt. Vid vibrationer och stötar (variabel belastning) kommer defekterna snabbt att spridas tills konstruktionsdelarna skadas. Skillnaden mellan statisk styrka och vibrationsstyrka hos kompositmaterial är dock nästan noll. Även om konstruktionsdelarna är skårade kommer spänningen i materialet att överföras till det intilliggande skiktet och kommer inte att förstöras på grund av långvarig variabel belastning. Detta är en av anledningarna till att kompositdelar har mycket längre livslängd än metalldelar.

3.1 Kolfiberkompositer

Även om forskningen och tillämpningen av kolfibermaterial startade sent i Kina, har tekniken utvecklats snabbt de senaste åren, särskilt inom fordonstrafik. Till exempel använde CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. kolfibermaterial vid utformningen av en utrustningshytt för ett kultåg. Fordonets slaghållfasthet, korrosionsbeständighet och mekaniska egenskaper är garanterade, och utrustningshyttens vikt är cirka 35 procent lägre än för aluminiumlegeringsmaterial.

3.2 Glasfiberkompositmaterial

Med utmärkt ljudreducering och flamskyddsegenskaper är den mekaniska styrkan och styvhetsförhållandet mer enastående. Därför används den ofta i sätena på järnvägsfordon, huvudskyddet på förarhytten och andra delar.

3.3 Aramidfiberkompositer

Jämfört med traditionella metallmaterial har aramidkompositer utmärkta egenskaper såsom flamskyddsmedel, hög hållfasthet, hög isoleringsgrad, fuktbeständighet och korrosionsbeständighet samt stabila fysikaliska och kemiska egenskaper. De används fullt ut i motorer, transformatorer och andra positioner och kan spela en bra roll i isoleringsviktsminskningen.

Tillämpningen av kompositmaterial i järnvägsfordon kommer att bli mer och mer omfattande, särskilt i fordonets karossstruktur har goda möjligheter till tillämpning.