【摘 要】
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随着国家对轨道交通行业的重视程度逐年增大,我国的轨道交通行业正在进入飞速发展时期,同时也带动了轨道交通车辆设计与制造技术水平的提高。车体结构的轻量化是现代车辆设计以及制造过程中所追求的重要目标。在列车车体以及零部件使用复合材料成为了国内外专家学者以及制造企业研究的内容之一。首先,本文介绍了车辆轻量化的研究背景与意义,阐释了在铁道车辆领域使用复合材料的国内外发展状况,并对司机室使用复合材料的研究现状
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随着国家对轨道交通行业的重视程度逐年增大,我国的轨道交通行业正在进入飞速发展时期,同时也带动了轨道交通车辆设计与制造技术水平的提高。车体结构的轻量化是现代车辆设计以及制造过程中所追求的重要目标。在列车车体以及零部件使用复合材料成为了国内外专家学者以及制造企业研究的内容之一。首先,本文介绍了车辆轻量化的研究背景与意义,阐释了在铁道车辆领域使用复合材料的国内外发展状况,并对司机室使用复合材料的研究现状进行了分析。本文以某型地铁的玻璃钢材料司机室外罩为原型,设计了碳纤维层合板材料和碳纤维-蜂窝铝夹芯材料的两种司机室外罩。并基于有限元建模软件HyperMesh建立了三种材料的司机室有限元模型。然后,应用OptiStruct求解器,分别对玻璃钢司机室、碳纤维司机室和碳纤维-蜂窝铝司机室外罩强度进行仿真计算,并将力学性能计算结果进行对比。结果表明,三种材料司机室在七种工况下均不发生破坏,并对失效因子和位移值进行了对比研究。在同一厚度尺寸下,与玻璃纤维材料相比,碳纤维层合板材料司机室外罩重量下降1 1.18%,初始破坏载荷提高74.49%,初始破坏载荷-重量比提高96.45%。与碳纤维层合板材料相比,碳纤维-蜂窝铝夹芯材料司机室外罩重量下降36.70%,初始破坏载荷降低27.58%,初始破坏载荷-重量比提高7.94%。最后,应用碰撞仿真软件LS-dyna对三种复合材料司机室外罩的碰撞性能进行分析。依据欧洲轨道车辆耐撞性评价标准UIC651-2002,模拟了三种不同位置下标准形状子弹以250km/h的相对速度撞击三种复合材料司机室外罩的碰撞。结果表明子弹体均不会穿透三种材料司机室。同时对比了子弹撞击三种复合材料司机室过程中子弹的速度变化、接触力变化以及司机室被撞位置的位移变化,并对复合材料司机室耐撞性进行了评价。本文研究内容对地铁司机室的轻量化设计具有参考价值,尤其对地铁列车采用碳纤维材料与碳纤维-蜂窝铝材料的应用具有重要意义。
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