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世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体在中车长客研制成功

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  1月9日,世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体,近日在中车集团长春轨道客车股份有限公司研制成功。这是中国在轨道交通领域实现的重大突破。

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  世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体,具有完全自主知识产权。不仅实现了车体减重、节能减排降耗、提高安全性、舒适性和使用寿命等,更探索了碳纤维复合材料在轨道交通大批量工业化生产应用的方向和实施路径。


  该车体采用薄壁筒形整体承载结构,突出特点是车体的轻量化。长客生产的全复合材料地铁车体充分发挥了碳纤维复合材料的特点,用更轻的材料完成与金属材料同等的结构设计,整车较同类地铁金属车体减重约35%,提高了车体运载能力、降低了能源消耗、降低了全寿命周期成本、减少了线路损害。


  该车还突破了多项技术难点。包括整体承载地铁车辆复合材料车体设计分析技术、车体连接技术、复合材料低成本及大尺寸制件的成型制造技术及复合材料车体静强度试验技术。进行了10余种材料性能测试,6000多个元件、典型件、组合件、全尺寸试验件等积木式设计验证试验。经反复优化论证,解决了复合材料应用于轨道车辆承载结构面临的难点,车体性能优异,能满足极限恶劣工况和环境下的使用要求。车体长19000mm,宽2800mm,车体顶面距轨面高度为3478mm。


  该车还具有安全性高,使用寿命长的特点。由于复合材料优异的抗疲劳、耐酸碱腐蚀性和耐紫外老化性能,加之车体采用先进的“静力覆盖疲劳”和“损伤无扩展”设计理念,车体结构具有不低于30年的使用寿命,相比金属车体,大大减少对疲劳裂纹与腐蚀退化的检测和修理成本,使车体结构具有更高的安全性、可靠性和维修经济性。


  同时该车乘坐舒适度好。车体使用的复合材料隔热性能很强,能与防寒材相媲美。用全复合材料车体装配的车辆,隔热性能是用金属车体装配车辆的1.5倍以上,能保证车体内部始终保持舒适温度;复合材料车体的隔声性能和减振性能同样优于金属车体,仅车体本身就达到车辆隔声要求的70%以上,车体振动的固有频率较同类金属车体提高18%以上,能够有效防止车身和转向架之间的共振,大大降低列车运行过程中产生的内部噪声和振动,有效提高乘坐的舒适性。


  该车还具备了尺寸精度高,外观质量好的特点。设计人员利用复合材料可设计性强、可一体化成型的特点,制造的全复合材料车体,最大限度实现了部件整合、零件整合,通过模具一体成型。车体各模块之间采用机械连接,消除了传统金属车体因焊接变形导致的尺寸偏差和形位偏差,提高了车体尺寸精度和外观质量。


  目前,新材料特别是碳纤维材料在轨道交通行业很少应用,更缺乏各类标准。全碳纤维复合材料地铁车体的研制,结合了国际航空领域在碳纤维上的应用经验和标准,创造性地探索出碳纤维在轨道交通行业应用的材料标准、设计准则、工艺指南、质检标准、试验判定和维护策略等,为国内建立完整的轨道行业标准打下基础。


  中车长客始终致力于前沿技术的研究,这次全碳纤维复合材料车体的研发全部应用国内生产的碳纤维复合材料,具有全部自主知识产权,也为后续大批量生产应用和可持续开发提供了有力保障。碳纤维作为国家战略新兴材料,一直以来轨道交通行业的研究主要应用在非主承力的小部件试制上。本次研发的大尺寸承载结构全碳纤维复合材料车体,国际未有先例。将推动碳纤维复合材料在轨道交通的批量工业化生产,也拓展了碳纤维复合材料产业的应用市场,促进了碳纤维复合材料产业链的完善和发展。


2018年1月11日 16:31
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