Το σύνθετο υλικό ινών έχει γίνει ένα απαραίτητο βασικό υλικό στον τομέα της σιδηροδρομικής μεταφοράς

Τα τελευταία χρόνια, με την ταχεία ανάπτυξη του κλάδου των σιδηροδρομικών μεταφορών, γίνεται ολοένα και περισσότερη έρευνα για νέα υλικά για σιδηροδρομικά οχήματα και η αναλογία του νέου υλικού είναι όλο και μεγαλύτερη. Μεταξύ αυτών, η έρευνα και η εφαρμογή σύνθετων υλικών από ίνες είναι οι πιο εξέχουσες. Αυτό συμβαίνει επειδή τα σύνθετα υλικά από ίνες μπορούν να βασιστούν στις απαιτήσεις σχεδιασμού, μέσω της επιλογής διαφορετικών υλικών μήτρας και οπλισμού, διαφορετικών αναλογιών ανάπτυξης και χρήσης διαφορετικών διαδικασιών διαμόρφωσης, οι οποίες μπορούν να ληφθούν με διαφορετικές περιεκτικές ιδιότητες νέων υλικών. όπως καλή θερμομόνωση, αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στη φθορά, υψηλό ειδικό μέτρο, υψηλή ειδική αντοχή και άλλες ιδιότητες, αυτό το χαρακτηριστικό δεν μπορεί να ανταποκριθεί στο παραδοσιακό μεμονωμένο υλικό.

Στο σχεδιασμό των σιδηροδρομικών οχημάτων, σύνθετα υλικά έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στο εσωτερικό των οχημάτων και ο εσωτερικός εξοπλισμός και άλλα μέρη της δομής φορτίου έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί σε κάποιο βαθμό. Τα δομικά μέρη που κατασκευάζονται από σύνθετα υλικά έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής αντοχής, του ελαφρού βάρους και της υψηλής ακαμψίας. Η διαδικασία παραγωγής συνήθως υιοθετεί την τεχνολογία σχεδόν τελικής διαμόρφωσης, η οποία δεν χρειάζεται περαιτέρω επεξεργασία και μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος κατασκευής. Η εφαρμογή σύνθετων υλικών μπορεί επίσης να βελτιώσει αποτελεσματικά την άνεση και την ασφάλεια των σιδηροδρομικών οχημάτων, να μειώσει τους κραδασμούς και τον θόρυβο και να μειώσει το σωματικό βάρος. Το σύνθετο υλικό ινών έχει γίνει ένα απαραίτητο βασικό υλικό στον τομέα της σιδηροδρομικής μεταφοράς.

Ο ειδικός συντελεστής και η αντοχή των σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα είναι τα υψηλότερα μεταξύ των κοινώς χρησιμοποιούμενων υλικών και έχουν προφανή πλεονεκτήματα σε αντοχή, ακαμψία και τοξικότητα καπνού. Το νέο υλικό FRP έχει καλή απόδοση ως επιβραδυντικό φλόγας και ηχομόνωση. Και τα σύνθετα υλικά αραμιδίου έχουν επιβραδυντικά φλόγας, υψηλή αντοχή, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, υψηλή ποιότητα μόνωσης, αντοχή στην υγρασία και αντοχή στη διάβρωση, σταθερές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Όλα τα είδη σύνθετων υλικών έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά και χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά βασικά μέρη σιδηροδρομικών οχημάτων.

2.1 Καλές μηχανικές ιδιότητες

Το σύνθετο υλικό ενσωματώνει την ολοκληρωμένη απόδοση του υλικού μήτρας και του υλικού ενίσχυσης, με υψηλή αντοχή, ελαφρύ, μεγάλη ακαμψία, μείωση κραδασμών και θορύβου, αντοχή στην κόπωση, θερμομόνωση και άλλες άριστες επιδόσεις, για τον ελαφρύ σχεδιασμό του οχήματος, βελτιώνει την ασφάλεια και η άνεση του οχήματος είναι μεγάλης σημασίας.

2.2 Ικανοποιήστε τις απαιτήσεις ανάπτυξης ελαφρού βάρους των σιδηροδρομικών οχημάτων

Τα τελευταία χρόνια, η ταχύτητα λειτουργίας των οχημάτων σιδηροδρομικής διαμετακόμισης γίνεται όλο και μεγαλύτερη, γεγονός που απαιτεί από τα σιδηροδρομικά οχήματα να επιτυγχάνουν ελαφρύ σχεδιασμό χωρίς να μειώνουν τις επιδόσεις ασφαλείας. Το σύνθετο υλικό είναι το πιο αποτελεσματικό σχέδιο για σιδηροδρομικά οχήματα.

2.3 Μπορεί να μειώσει το κόστος

Με τη βελτίωση της ταχύτητας λειτουργίας της σιδηροδρομικής μεταφοράς, οι άνθρωποι δίνουν όλο και μεγαλύτερη προσοχή στο κόστος συντήρησης και στο κόστος λειτουργίας, ενώ δίνουν προσοχή στην ασφάλεια και την άνεση των οχημάτων. Αν και η αρχική επένδυση στον κλάδο των σιδηροδρομικών μεταφορών είναι μεγάλη, το συνολικό κόστος των οχημάτων που χρησιμοποιούν σύνθετα υλικά είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό των συνηθισμένων υλικών, ειδικά επειδή η έρευνα και η ανάπτυξη νέων υλικών και νέων διεργασιών είναι βέβαιο ότι απαιτούν τεράστιες επενδύσεις. Ωστόσο, ο κύκλος λειτουργίας της σιδηροδρομικής διέλευσης είναι μακρύς. Από τη σκοπιά ολόκληρου του κύκλου ζωής των οχημάτων, αφενός, τα ελαφρά οχήματα μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά την κατανάλωση ενέργειας των οχημάτων και να μειώσουν το λειτουργικό κόστος. Από την άλλη πλευρά, η αντίσταση στους κραδασμούς, η αντοχή στην κόπωση, η αντίσταση στη διάβρωση, η ανοχή στη ζημιά και η απορρόφηση ενέργειας σύγκρουσης των σύνθετων υλικών είναι καλύτερες από αυτές των συνηθισμένων μεταλλικών υλικών, επομένως ο κύκλος συντήρησης του οχήματος μπορεί να επεκταθεί και το κόστος συντήρησης μπορεί μειωθεί πολύ. Επομένως, μακροπρόθεσμα, τα σύνθετα υλικά μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά το κόστος του κύκλου ζωής των οχημάτων.

2.4 Έχει ισχυρή δυνατότητα σχεδιασμού

Ο υψηλός ειδικός συντελεστής και η υψηλή ειδική αντοχή είναι τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των σύνθετων υλικών από ίνες και οι μηχανικές ιδιότητες μπορούν να ποικίλλουν σε ένα ευρύ φάσμα. Επομένως, μέσω της επιλογής της σύνθετης μήτρας και του οπλισμού και της αλλαγής της διαδικασίας διαμόρφωσης των υλικών, μπορούν να ικανοποιηθούν διάφορες σχεδιαστικές απαιτήσεις. Για παράδειγμα, η αντοχή σε εφελκυσμό των ινών γυαλιού μπορεί να φτάσει τα 3500 MPa και ο συντελεστής ελαστικότητας είναι 70 GPa. Η αντοχή εφελκυσμού των ινών άνθρακα υψηλής αντοχής μπορεί να φτάσει τα 3900 MPa και ο συντελεστής ελαστικότητας είναι 600 GPa. Έχει μαθευτεί μέσω πειραμάτων ότι η καλύτερη δομή στρωματοποίησης μπορεί να βρεθεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού στη διαδικασία διαμόρφωσης των δομικών μερών αλλάζοντας τα σύνθετα υλικά με πολύ διαφορετικές ιδιότητες των υλικών μήτρας.

2.5 Καλή αξιοπιστία και ασφάλεια

Οι πιο σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ασφάλεια των δομικών μερών είναι η αντοχή στην κόπωση και η ευαισθησία των υλικών στις εγκοπές. Προηγουμένως, τα σύνθετα υλικά είχαν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πεδία υψηλής καταπόνησης όπως η αεροδιαστημική, ακριβώς λόγω της εξαιρετικής αντοχής τους στην κόπωση και της ευαισθησίας χαμηλής εγκοπής.

Αν και τα κοινά μεταλλικά υλικά έχουν υψηλή στατική αντοχή, η αντοχή τους μειώνεται σημαντικά υπό έντονες συνθήκες δόνησης. Για παράδειγμα, τα δομικά μέρη από μεταλλικό υλικό έχουν ένα κενό σε ένα συγκεκριμένο σημείο. Υπό κραδασμούς και κρούση (μεταβλητό φορτίο), τα ελαττώματα θα εξαπλωθούν γρήγορα μέχρι να καταστραφούν τα δομικά μέρη. Ωστόσο, η διαφορά μεταξύ στατικής αντοχής και αντοχής δόνησης των σύνθετων υλικών είναι σχεδόν μηδενική. Ακόμη και αν τα δομικά μέρη έχουν εγκοπές, η τάση στο υλικό θα μεταφερθεί στο παρακείμενο στρώμα και δεν θα καταστραφεί λόγω μακροχρόνιας μεταβλητής φόρτισης. Αυτός είναι ένας από τους λόγους που τα σύνθετα μέρη έχουν πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τα μεταλλικά μέρη.

3.1 Σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα

Αν και η έρευνα και η εφαρμογή υλικών από ανθρακονήματα ξεκίνησε αργά στην Κίνα, η τεχνολογία έχει αναπτυχθεί ραγδαία τα τελευταία χρόνια, ειδικά στον τομέα της κυκλοφορίας οχημάτων. Για παράδειγμα, η CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. χρησιμοποίησε υλικά από ανθρακονήματα στο σχεδιασμό μιας καμπίνας εξοπλισμού ενός τρένου με σφαίρες. Η αντοχή στην κρούση, η αντοχή στη διάβρωση και οι μηχανικές ιδιότητες του οχήματος είναι εγγυημένες και το βάρος της καμπίνας του εξοπλισμού είναι περίπου 35 τοις εκατό χαμηλότερο από αυτό του υλικού από κράμα αλουμινίου.

3.2 Σύνθετα υλικά από ίνες γυαλιού

Με εξαιρετικές ιδιότητες μείωσης θορύβου και επιβραδυντικών φλόγας, η απόδοση της μηχανικής αντοχής και του λόγου ακαμψίας είναι πιο εξαιρετική. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται συχνά στα καθίσματα των σιδηροδρομικών οχημάτων, στο κάλυμμα της κεφαλής της καμπίνας του οδηγού και σε άλλα μέρη.

3.3 Σύνθετα ίνες αραμιδίου

Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά μεταλλικά υλικά, τα σύνθετα αραμίδια έχουν εξαιρετικές ιδιότητες όπως επιβραδυντικά φλόγας, υψηλή αντοχή, υψηλή ποιότητα μόνωσης, αντοχή στην υγρασία και αντοχή στη διάβρωση και σταθερές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Χρησιμοποιούνται πλήρως σε κινητήρες, μετασχηματιστές και άλλες θέσεις και μπορούν να παίξουν καλό ρόλο στη μείωση του βάρους της μόνωσης.

Η εφαρμογή σύνθετων υλικών στα σιδηροδρομικά οχήματα θα είναι ολοένα και πιο εκτεταμένη, ειδικά στη δομή του αμαξώματος του οχήματος έχει καλή προοπτική εφαρμογής.