2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  纖維預(yù)浸料在高速列車上的推廣及應(yīng)用</p><p>  [摘 要] 隨著速度等級的不斷提升,高速動車組在車輛運(yùn)行過程中會出現(xiàn)車體局部振顫、車內(nèi)噪聲偏大等問題,這無疑對車體及車內(nèi)裝飾件的選材和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了更高的要求。纖維預(yù)浸料作為車內(nèi)裝飾件的一種新型輕量化內(nèi)飾材料,在航天、豪華游輪等領(lǐng)域已經(jīng)得到成熟應(yīng)用;目前,在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用較少,且原材料主要依靠進(jìn)口。近年來隨著國產(chǎn)纖維技術(shù)的成熟應(yīng)用及市

2、場化發(fā)展,國產(chǎn)纖維復(fù)合材料在高速軌道列車輕量化、降低成本方面的應(yīng)用也必將更為廣泛。文章從復(fù)合材料的選取、產(chǎn)品制作、與原有鋁制復(fù)合結(jié)構(gòu)工藝差異性等做對比,重點(diǎn)闡述纖維預(yù)浸料的復(fù)合以及復(fù)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化相結(jié)合來加以分析和推介,并提出合理化建議。 </p><p>  [關(guān)鍵詞] 新型內(nèi)飾材料;輕量化;高速動車組;復(fù)合結(jié)構(gòu);推廣與應(yīng)用 </p><p>  [作者簡介] 孫明道,南車青島四方機(jī)車車輛股

3、份有限公司,山東 青島,266111;林松,南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司,山東 青島,266111 </p><p>  [中圖分類號] U270.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723(2013)01-0027-0004 </p><p>  隨著車輛運(yùn)營速度等級的不斷提升,車輛減重已經(jīng)迫在眉睫,車輛輕量化作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一個重要組成部分,其重要性已經(jīng)引起越來越多

4、的關(guān)注。輕量化設(shè)計及制造是高速軌道交通發(fā)展的一個重要方向,其必要性在于: </p><p>  輕量化能減輕軌道載荷,減小鋼軌磨耗和軌道變形,可顯著降低線路建設(shè)費(fèi)用和鐵路的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用;輕量化對降低動力耗能成本費(fèi)用有較大影響,降低了地基振動,提高了減噪性能;輕量化有利于提高舒適度,提高車輛的行走性能,特別是減輕簧下質(zhì)量,能抑制車輛高速運(yùn)行時輪軌沖擊載荷的增大。 </p><p>  一、纖

5、維預(yù)浸料的性能特點(diǎn)及發(fā)展趨勢 </p><p> ?。ㄒ唬├w維預(yù)浸料的性能及特點(diǎn) </p><p>  1. 纖維預(yù)浸料的分類 </p><p>  按物理狀態(tài)分類,分單向預(yù)浸料、單向織物預(yù)浸料、織物預(yù)浸料;按樹脂基體不同,分熱固性樹脂預(yù)浸料和熱塑性樹脂預(yù)浸料;按增強(qiáng)材料不同,分碳纖維( 織物) 預(yù)浸料、玻璃纖維( 織物) 預(yù)浸料、芳綸( 織物) 預(yù)浸料;按纖維長度

6、不同,分短纖維( 4176mm 以下) 預(yù)浸料、長纖維( 1217mm) 預(yù)浸料和連續(xù)纖維預(yù)浸料;按固化溫度不同, 分中溫固化( 120 ℃) 預(yù)浸料、高溫固化( 180 ℃) 預(yù)浸料以及固化溫度超過200 ℃ 的預(yù)浸料等。 </p><p>  2. 纖維預(yù)浸復(fù)合材料的構(gòu)成 </p><p>  纖維預(yù)浸復(fù)合材料是由基體材料、夾芯材料和纖維增強(qiáng)體復(fù)合而成,是本世紀(jì)發(fā)展最迅速的新材料之一。

7、其中,基體材料的主要作用是支撐增強(qiáng)材料,對增強(qiáng)材料起保護(hù)作用,其分為熱固性樹脂和熱塑性樹脂;夾芯材料主要指結(jié)構(gòu)泡沫、紙/鋁蜂窩、聚合物材料等;纖維增強(qiáng)體主要起承載作用,主要品種有碳纖維、芳綸、硼纖維、碳化硅纖維和玻璃纖維等。 </p><p>  3. 纖維預(yù)浸料的性能及特點(diǎn) </p><p>  纖維預(yù)浸復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、剛性大的特點(diǎn),在航天、航空、交通運(yùn)輸、基礎(chǔ)建設(shè)中發(fā)揮了巨

8、大的作用,成為這些領(lǐng)域產(chǎn)品性能提高和升級換代的關(guān)鍵材料,是高速列車輕量化的理想材料。 </p><p> ?。ǘ╊A(yù)浸料相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢分析 </p><p>  目前,纖維預(yù)浸料復(fù)合材料在高速軌道列車的車體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較少,且纖維預(yù)浸料及其復(fù)合材料主要依靠進(jìn)口。 </p><p>  在國外,纖維預(yù)浸復(fù)合材料已在軌道交通中廣泛應(yīng)用。法國國營鐵路公司(SNCF)對于未

9、來的TGV 高速列車,考慮到迫切需要進(jìn)一步減輕車體重量,認(rèn)為只能采用碳纖維復(fù)合材料的雙層TGV 掛車,并進(jìn)行線路運(yùn)行試驗(yàn),對其耐火性、抗沖擊強(qiáng)度等進(jìn)行運(yùn)行測試。纖維預(yù)浸復(fù)合材料在高速軌道交通領(lǐng)域主要應(yīng)用于車體內(nèi)部裝飾、車內(nèi)設(shè)備等非結(jié)構(gòu)零件材料,同時也將逐步向車體等結(jié)構(gòu)件延伸、擴(kuò)大。 </p><p>  二、纖維預(yù)浸復(fù)合結(jié)構(gòu)與鋁制復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能差異 </p><p>  判斷一種材料的性能

10、優(yōu)劣,不僅體現(xiàn)在自身的高性能參數(shù),而且主要體現(xiàn)在其復(fù)合成品后的各項性能參數(shù)與現(xiàn)有的產(chǎn)品相比明顯高得多。以車內(nèi)裝飾件的端部間壁為例,對纖維預(yù)浸復(fù)合結(jié)構(gòu)與鋁制復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下對比。 </p><p> ?。ㄒ唬├w維預(yù)浸復(fù)合結(jié)構(gòu)及復(fù)合材料的試制 </p><p>  1. 纖維預(yù)浸材料的保存與使用 </p><p>  纖維預(yù)浸材料的保存與使用對環(huán)境要求高。預(yù)浸料保存需在

11、-18℃左右,保存的時間為6個月左右,而在室溫(15~25℃)下就開始軟化。為此,下料過程中需在冷庫的周邊完成,操作完成后及時將余料放進(jìn)冷庫待用。 </p><p>  2. 纖維預(yù)浸料的復(fù)合結(jié)構(gòu)樣式 </p><p>  高速動車組現(xiàn)有間壁絕大部分為鋁制復(fù)合結(jié)構(gòu),即雙面鋁板加芯材的復(fù)合結(jié)構(gòu),纖維預(yù)浸復(fù)合結(jié)構(gòu)與其相似,為:纖維預(yù)浸料+膠膜+芯材+膠膜+纖維預(yù)浸料復(fù)合結(jié)構(gòu)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后的纖

12、維預(yù)浸料理想化厚度為:0.15mm、0.3mm;膠膜及芯材復(fù)合后的產(chǎn)品總厚度通常有如下幾種樣式:5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm等。芯材主要有鋁蜂窩、紙蜂窩和泡沫芯;現(xiàn)選取0.3mm厚玻璃纖維為預(yù)浸料,與芯材復(fù)合后的組合樣式有: </p><p>  結(jié)構(gòu)1:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+紙蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度5 </p><p>  結(jié)構(gòu)2:玻璃纖維

13、預(yù)浸料厚0.3+紙蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度10 </p><p>  結(jié)構(gòu)3:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+紙蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度15 </p><p>  結(jié)構(gòu)4:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+紙蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度20 </p><p>  結(jié)構(gòu)5:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+紙蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度25

14、 </p><p>  結(jié)構(gòu)6:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+泡沫芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度5 </p><p>  結(jié)構(gòu)7:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+泡沫芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度10 </p><p>  結(jié)構(gòu)8:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+泡沫芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度15   結(jié)構(gòu)9:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+泡沫芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.

15、3 總厚度20 </p><p>  結(jié)構(gòu)10:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+泡沫芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度25 </p><p>  結(jié)構(gòu)11:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+鋁蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度5 </p><p>  結(jié)構(gòu)12:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+鋁蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度10 </p><p> 

16、 結(jié)構(gòu)13:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+鋁蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度15 </p><p>  結(jié)構(gòu)14:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+鋁蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度20 </p><p>  結(jié)構(gòu)15:玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3+鋁蜂窩芯材+玻璃纖維預(yù)浸料厚0.3 總厚度25 </p><p>  3. 纖維預(yù)浸料的復(fù)合材料選擇 </p>

17、<p>  表面蒙皮:預(yù)浸酚醛樹脂的玻璃纖維 </p><p>  泡沫芯材:耐高溫PVC泡沫板 </p><p>  紙蜂窩芯材:預(yù)浸酚醛樹脂的紙蜂窩芯 </p><p>  鋁蜂窩芯材:預(yù)浸酚醛樹脂的鋁蜂窩芯 </p><p>  4. 纖維預(yù)浸料的復(fù)合結(jié)構(gòu)樣件及其構(gòu)成 </p><p>  玻纖維預(yù)浸

18、料+泡沫芯材+玻纖維預(yù)浸料,如圖1所示。 </p><p>  玻纖維預(yù)浸料+紙蜂窩芯材+玻纖維預(yù)浸料,如圖2所示。 </p><p>  玻纖維預(yù)浸料+鋁蜂窩芯材+玻纖維預(yù)浸料 </p><p>  樣件結(jié)構(gòu)組成方式同圖2相似。 </p><p>  5. 不同厚度、不同芯材的預(yù)浸料復(fù)合結(jié)構(gòu)的各項性能指標(biāo)的測試及對比復(fù)合材料是軌道交通內(nèi)裝復(fù)

19、合結(jié)構(gòu)最常用的結(jié)構(gòu)形式之一,內(nèi)裝件是車內(nèi)結(jié)構(gòu)的重要組件,不僅起著對車內(nèi)部件的防護(hù)作用,同時也作為車內(nèi)旅客的一個旅行環(huán)境。 </p><p> ?。?)纖維預(yù)浸復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)試驗(yàn)項目。為校核復(fù)合材料對動車組車輛使用工況的符合性,對纖維預(yù)浸復(fù)合材料進(jìn)行抗拉、剝離、抗彎、抗壓、耐沖擊、隔音、隔熱、防火、高低溫試驗(yàn)和疲勞強(qiáng)度測試等。 </p><p>  (2)纖維預(yù)浸復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能試驗(yàn)及測試

20、。結(jié)果見表1。 </p><p> ?。?)纖維預(yù)浸復(fù)合結(jié)構(gòu)防火性能測試。測試結(jié)果見表2。 </p><p> ?。ǘ╀X制品復(fù)合結(jié)構(gòu) </p><p>  目前,不同速度等級的高速動車組間壁類鋁制品復(fù)合結(jié)構(gòu),其各項力學(xué)性能試驗(yàn)均已測試過,并已通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威部門的驗(yàn)證和認(rèn)可,在此不一一羅列,僅選擇總厚度為20mm的芯材分別為鋁蜂窩和泡沫芯的鋁板復(fù)合結(jié)構(gòu)作為測試對

21、比,具體組合形式為: </p><p>  結(jié)構(gòu)16:表面板(0.8mm厚鋁板)+鋁蜂窩芯材+背面板(0.5mm厚鋁板)厚20 </p><p>  結(jié)構(gòu)17:表面板(0.8mm厚鋁板)+泡沫芯材+背面板(0.5mm厚鋁板)厚20 </p><p>  1. 鋁制品復(fù)合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能試驗(yàn)見表3 </p><p>  2. 兩種結(jié)構(gòu)的性能差異比較

22、 </p><p>  通過表一和表三對比分析,發(fā)現(xiàn)芯材相同、總厚度相同的兩種間壁類復(fù)合結(jié)構(gòu),纖維預(yù)浸料復(fù)合結(jié)構(gòu)的各項力學(xué)性能指標(biāo)均高于鋁制復(fù)合結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品各項性能。 </p><p><b>  三、結(jié) 語 </b></p><p>  通過上述分析對比,除纖維預(yù)浸復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合固化的溫度較高外,其他各項性能均已得到了很好的驗(yàn)證和測試,與目前高

23、速動車組所采用的鋁制復(fù)合結(jié)構(gòu)相比,制作工藝簡單便捷;性能除抗壓、剝離強(qiáng)度稍差外,彎曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及耐沖擊、隔音等遠(yuǎn)優(yōu)于鋁制復(fù)合結(jié)構(gòu);成本,以玻纖維預(yù)浸料復(fù)合板為例,隨著板厚的遞增,成本會有所增加,幅值差異在50%左右;重量,采用玻纖維預(yù)浸料復(fù)合板制作實(shí)際產(chǎn)品,減重效果非常明顯,相對鋁制復(fù)合板材可以減重30%~40%。產(chǎn)品設(shè)計缺陷,通過不同板材的樣件試制對比,纖維預(yù)浸復(fù)合板的邊緣圓角不能小于R3~R5,過小容易造成預(yù)浸料斷裂。如果設(shè)計中

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