复合资料与轨迹交通不得不说的二三事

古语云，知史以明鉴，查古以至今。现在飞铁现已提上日程，可是各位看官，对复合资料在轨迹交通上的运用了解多少呢？

在80年代前，复合资料首要用于航天，航空，先进武器系统等军事范畴，跟着轨迹车辆归纳功能的前进，复合资料才在轨迹交通中广泛运用。

首要咱们来看看复合资料的优势

1.质轻强度高

用复合资料做成的构件，质量小、强度高、刚性大，是一种抱负的结构资料。表1是复合资料与金属资料的力学功能比较。可见复合资料比一般的金属资料的比强度、比模量要高出1-5倍。

2.可规划性强

纤维复合资料的最明显特点是高比强度和高比刚度．而且它能够在一个很宽的规模内改动，因而复合资料能够通过资料挑选、结构规划、铺层规划等办法处理各种技能难题。现在运用的纤维从弹性模量为7O GPa、强度为3 500 MPa的玻璃纤维到模量为600 GPa、强度为2 000 MPa的高模量碳纤，其功能规模很宽。依据已知的有关复合规律．通过挑选资料，能够改动其能，因而每个结构件都能够依据要求找到一种最佳的铺层结构。

3.安全性高(高疲劳强度和低缺口敏感度)

其实在复合资料被用于轨迹车辆的结构件之前，就曾被用于制造航天飞机、军用飞机、民用飞机中的结构件，运用于高反应力范畴若有失效，许多是由于动态承载结构件超过了疲劳强度而致使其损坏。金属资料也面对相同的问题。金属资料的振荡强度一般都比其静态强度小得多。而复合资料的这2个数值几乎没有什么区别。承受接连振荡的金属结构件上有了缺口，很快就会导致裂纹扩展并呈现前期损坏，而在复合资料中，力被转移到附近层，因而缺口的影响大大下降。由于复合资料对扩展裂纹的敏感度很低。即便呈现损害，也不致被当即损坏。

4.本钱低

(1)跟着原资料的展开和工艺的前进，复合资料的本钱正在逐步下降：

(2)由于选用模块化规划及全体成型技能，大大下降了结构的复杂性，并削减了出产和总装所需求的作业量，下降了出产本钱：

(3)由于复合资料的耐疲劳、耐腐蚀等特性，下降了维护、修补本钱：

(4)由于减重，前进了运营才能，削减了能耗，寿命周期本钱(LCC)得到了下降。

复合资料的优势满满满，咱们再来看看在高速轨迹交通的运用范畴，现在复合资料首要是用作车内装修、车体设备等非结构零件资料。跟着复合资料技能的前进，近年来也不断的用于车体等结构件上。

1.车厢内饰件

日本新干线的高速列车中，选用GFRP（玻璃纤维增强塑料）复合资料制造车窗内饰、洗漱间、厕所、小便池、集便箱、车头前端盖板，各层客车两端侧顶、兼做空调风道的天花板。餐车空调盖板的天花板等。为了削减受电弓周围的空气动力噪声，车顶设备的受电弓罩也选用的GFRP资料。

E7系：是JR东日本与JR西日本共同具有的新干线列车。JR东日本为E7系，JR西日本为W7系。规划时速为275km/h，运营时速为260km/h，2014年3月15日开端作为浅间号（あさま，Asama）在长野新干线上运转。2015年3月15日，W7系开端于北陆新干线上运转，履行北陆新干线延伸段（长野-金泽段）的运转。

2.车头前端部

GFRP的一个典型运用是制造流线型车头外壳，如“欧洲之星”的车头部分。凭借计算机辅佐规划，能够得到非常准确的形状。意大利ETR500高速列车的车头前突部分选用芳纶纤维增强环氧树脂复合资料。用这种资料模压成型的车头契合空气动力学线型要求。具有优异的抗冲击才能。当列车以300km/h速度行驶时有很好的尺度安稳性。

TGV Eurostar（欧洲之星）：欧洲之星高速列车TGV Eurostar是欧洲首列世界列车。 每一列欧洲之星由20节车厢组成，列车长达400米，全世界这么长的列车仍是真不多见。每一列欧洲之星两端各有一节动车，紧接着动车各有一节餐车和一节二等客车。欧洲之星特别的鼻状车头是依据海底地道的空气动力特性规划，严格说来欧洲之星并非TGV，它其实是法国和英国高速列车技能的杂合混血儿，以便习气不同国家的铁路标准。

3.车体轻量化

车体结构的质量在整车中所占的份额较大，一般在15%-30%，要前进车辆的速度减小车辆的质量，就有必要优先考虑车体结构的轻量化。过去人们习气把铝合金作为车体轻量化的首选资料，可是由于车辆轻量化的要求越来越高，所以人们把目光转向复合资料。

法国国家铁路公司（SNCF）关于未来的TGV高速列车，考虑到迫切需求进一步减小车体质量。双层TGV拖车选用复合资料，并进行线路运转实验，对其耐火性，抗冲击强度等进行了运转测验、证明了用复合资料的制造车体是可行的，其强度比铝制或钢制车体的大。估计用碳纤维复合资料制造的车体质量比铝制车削减25%，一起也证明了复合资料车体在反抗功能，透声功能和绝热功能方面的长处，前进搭车的舒适性。

TGV Duplex：双层TGV，外观改动不大。

4.转向架

转向架由构架，驱动设备，轮轴，弹簧，制动设备及与车体链接的设备构成，是支撑车体的重要部件，是特别重要的高强度部件。由于关系到整个车辆的安全，转向架有必要满意安全，运转舒适以及耐磨和易检修等要求。从环境方面还需求考虑到能耗要低，，质量要小，以及声学功能要好等要求。

德国戴姆勒·奔跑集团的2家企业AEG和MBB与德国联邦铁路（DB）紧密协作，开发世界上第一台纤维复合资料的转向架。复合资料转向架通过静态模拟实验，耐久实验，运转实验以及商业查验，在运营了100多万公里后检测未发现任何损坏，磨损或撕裂。复合资料转向架与现用的转向架比较，质量大大减小，零件数削减，运转功能前进（首要是指舒适度和受力程度）声分散小。下降了检修本钱。

5.轮心

德国正在研讨采勇复合资料制造轮心，能够减小质量2%以上，并具有降噪以及平缓车轮与钢轨间冲击的效果。

看了这么对国外复合资料的运用，再来了解下国内的技能展开吧。

国内的复合资料通过40多年的展开．不管在数量仍是质量上都得到了长足的前进。在轨迹交通范畴的运用也逐年添加现阶段复合资料在客车上的运用有：全体卫生间、机车司机台、内墙板、通风管道等产品。但工艺较为落后。

北京玻璃钢研讨规划院(以下简称“北玻院”)从70年代就开端研讨复合资料在交通运输范畴的运用．在以下资料及成型技能上取得了开展并得到运用。

01阻燃技能

复合资料的阻燃技能首要包含资料技能和成型技能两个方面。依据阻燃等级和运用要求不同．分为结构型阻燃资料和添加型阻燃资料。

(1)结构型阻燃资料

酚醛树脂是典型的结构型阻燃树脂．其阻燃功能非常超卓。在伦敦地铁火灾发生后．酚醛制品是仅有取得伦敦地铁和海峡地道公司同意运用的复合资料．但其工艺性较差。在“八五”期间，北玻院承当了国家“八五”项目“酚醛SMC技能“，对酚醛结构和成型工艺进行了系统研讨，并通过酚醛结构改性处理了酚醛复合资料制性格 能和工艺性问题。

(2)添加型阻燃资料

前期的聚酯复合资料是通过添加卤从来前进焚烧等级的。可是卤化树脂在焚烧时会发生烟雾和毒性很高的气体。烟雾会阻止人们逃生，导致缺氧窒息或中毒而昏倒乃至逝世。20世纪90年代。北玻院通过添加新式阻燃剂和烟雾抑制剂处理了制品阻燃和烟雾问题，并在伊朗地铁支架制品中得到运用。地铁支架到达了德国规划标准。

02外表技能

20世纪90年代以来．北玻院在国家“九五”项目轿车复合资料制品”的支持下对RTM、BMC等复合资料制品的A级外表技能进行了研讨． 取得了较大开展．处理了关键资料和工艺操控技能．现在已运用于车用部件的开发。

03复合资料成型技能

(1) 模压技能

模压技能是将树脂和增强资料或通过预浸处理的增强纤维放人模具，加压成型。该过程需求适宜的工模和模压机。由所以在压力效果下成型，并能准确地控

制树脂／纤维的份额．制品具有尺度精度高、强度大的长处。可用于制造高速列车的座椅构架、挡风板和车门等结构件。

(2)环绕技能

纤维环绕成型是在操控纤维张力和预订线型的条件下，将接连的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液、接连地环绕在相应于制品内腔尺度的芯模或内衬上．然后固化成型的一种工艺办法。这种工艺出产的制品比强度高．可规划性好．适于 安稳的工业化出产。辛德勒车辆公司运用该技能绕制了轻型承载结构车体。

(3)拉挤技能

拉挤工艺将预浸树脂后的纤维拉过加热的金属模具，使之固化成型。其特点是接连成型．效率高；通过更换模具能够制造各种截面的型材。日本选用该工艺出产GFRP曲面板，制造车体。

(4)树脂传递模塑(RTM)技能RTM工艺

将树脂注入封闭模腔，浸渍预铺覆的增 强资料，此后固化成型。其特点是初始出资少、环境污染小、产品尺度安稳性好、双面光亮．能够出产夹心结构的产品，适于中等批量的制品出产典型运用是选用该工艺制造高速车车头部件。

(5)SCRIMP技能

对机车车辆的内部设备、装修资料及辅佐设备用复合资料进行改造；一起进行高功能复合资料车体、转向架等承力结构的研讨开发作业．力争早日使老练的技能投入市场，赶上和超过围际水平：并展开高功能复合资料制造车轮、制动盘等承力结构的深入研讨。

复合资料很多运用于高速列车是高速列车技是展开的必然趋势，CFRP将作为21世纪车辆构架轻量化的首要资料，具有人体亲合性的天然纤维增强复合资料在高速列车上的运用也将越来越受到人们重视。

最后咱们看一些数据，了解下我国轨迹交通的的展开前景。

估计 2018 年动车投标在 400 列左右，同比添加~30%。

1）通过咱们自上而下的整理， 2018年快速铁路网新增路程为 3,430 公里；

2）考虑到快速铁路添加率低于客运量添加率以及与国外高铁动车组密度的差距，咱们保守假定动车组密度在 2017 年的基础上提高 0.1 标列/百公里。

由此得出 2018 年新增动车需求（标列）将在 400 列左右， 2019 年高景气量将连续到达 460 列左右的需求量。估计 2018 年机车投标到达 900 列，同比添加 26%。

2017 年普通铁路仅竣工 756 公里，估计 2018 年和 2019 年竣工路程均在 3,000 公里以上，机车新增需求大幅添加，叠加机车 600 辆以上潜在更新代替量，咱们以为 18 年机车投标有望到达 900 列。

我国轨迹交通是处于飞速展开的年代，不只复合资料的技能运用越来越多，飞铁也提上日程，信任用不了多久，人人都能坐飞铁，千里姻缘，一线（铁）牵。