Komposit gentian telah menjadi bahan utama yang sangat diperlukan dalam bidang transit rel

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, dengan perkembangan pesat industri pengangkutan rel, terdapat lebih banyak penyelidikan mengenai bahan baru untuk kenderaan rel, dan bahagian bahan baru lebih besar dan lebih besar. Antaranya, penyelidikan dan penggunaan bahan komposit gentian adalah yang paling menonjol. Ini kerana bahan komposit gentian boleh berdasarkan keperluan reka bentuk, melalui pemilihan bahan matriks dan tetulang yang berbeza, perkadaran penggunaan yang berbeza, dan penggunaan proses pembentukan yang berbeza, yang boleh diperolehi dengan sifat komprehensif bahan baharu yang berbeza, seperti penebat haba yang baik, rintangan kakisan, rintangan haus, modulus spesifik tinggi, kekuatan spesifik tinggi, dan sifat-sifat lain, ciri ini tidak dapat memenuhi bahan tunggal tradisional.

Dalam reka bentuk kenderaan rel, bahan komposit telah digunakan secara meluas di bahagian dalam kenderaan, dan peralatan dalaman dan bahagian lain struktur beban juga telah digunakan pada tahap tertentu. Bahagian struktur yang diperbuat daripada bahan komposit mempunyai kelebihan kekuatan tinggi, ringan, dan ketegaran yang tinggi. Proses pembuatan biasanya menggunakan teknologi pembentukan hampir akhir, yang tidak memerlukan pemprosesan lanjut dan boleh mengurangkan kos pembuatan dengan banyak. Penggunaan bahan komposit juga boleh meningkatkan keselesaan dan keselamatan kenderaan rel dengan berkesan, mengurangkan getaran dan bunyi bising, dan mengurangkan berat badan. Komposit gentian telah menjadi bahan utama yang sangat diperlukan dalam bidang transit rel.

Modulus dan kekuatan khusus komposit gentian karbon adalah yang tertinggi di antara bahan yang biasa digunakan, dan mereka mempunyai kelebihan yang jelas dalam kekuatan, kekakuan, dan ketoksikan asap. Bahan FRP baharu mempunyai prestasi yang baik sebagai kalis api dan penebat bunyi. Dan bahan komposit aramid mempunyai kalis api, kekuatan tinggi, rintangan suhu tinggi, gred penebat tinggi, rintangan kelembapan, dan rintangan kakisan, sifat fizikal dan kimia yang stabil. Semua jenis bahan komposit mempunyai ciri yang berbeza dan digunakan dalam bahagian utama kenderaan rel yang berbeza.

2.1 Sifat mekanikal yang baik

Bahan komposit merangkumi prestasi komprehensif bahan matriks dan bahan tetulang, dengan kekuatan tinggi, ringan, ketegaran besar, pengurangan getaran dan hingar, rintangan keletihan, penebat haba, dan prestasi cemerlang lain, untuk reka bentuk ringan kenderaan, meningkatkan keselamatan. dan keselesaan kenderaan adalah sangat penting.

2.2 Memenuhi keperluan pembangunan ringan kenderaan rel

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kelajuan operasi kenderaan transit rel semakin tinggi, yang memerlukan kenderaan rel untuk mencapai reka bentuk yang ringan tanpa mengurangkan prestasi keselamatan. Bahan komposit adalah skim yang paling berkesan untuk kenderaan rel.

2.3 Dapat mengurangkan kos

Dengan peningkatan kelajuan operasi transit rel, orang ramai memberi lebih banyak perhatian kepada kos penyelenggaraan dan kos operasi sambil memberi perhatian kepada keselamatan dan keselesaan kenderaan. Walaupun pelaburan awal dalam industri transit rel adalah besar, kos keseluruhan kenderaan yang menggunakan bahan komposit adalah jauh lebih tinggi daripada bahan biasa, terutamanya kerana penyelidikan dan pembangunan bahan baharu dan proses baharu pasti memerlukan pelaburan yang besar. Walau bagaimanapun, kitaran operasi transit rel adalah panjang. Dari perspektif keseluruhan kitaran hayat kenderaan, di satu pihak, kenderaan ringan boleh mengurangkan penggunaan tenaga kenderaan dan mengurangkan kos operasi dengan berkesan. Sebaliknya, rintangan getaran, rintangan keletihan, rintangan kakisan, toleransi kerosakan, dan penyerapan tenaga perlanggaran bahan komposit adalah lebih baik daripada bahan logam biasa, jadi kitaran penyelenggaraan kenderaan boleh dilanjutkan, dan kos penyelenggaraan boleh dikurangkan dengan banyaknya. Oleh itu, dalam jangka masa panjang, bahan komposit boleh mengurangkan kos kitaran hayat kenderaan dengan berkesan.

2.4 Mempunyai reka bentuk yang kukuh

Modulus spesifik tinggi dan kekuatan spesifik tinggi adalah ciri yang paling menonjol bagi bahan komposit gentian, dan sifat mekanikal boleh diubah dalam julat yang luas. Oleh itu, melalui pemilihan matriks komposit dan tetulang dan mengubah proses pembentukan bahan, pelbagai keperluan reka bentuk dapat dipenuhi. Sebagai contoh, kekuatan tegangan gentian kaca boleh mencapai 3500MPa dan modulus elastik ialah 70GPa. Kekuatan tegangan gentian karbon modulus tinggi boleh mencapai 3900MPa dan modulus elastik ialah 600GPa. Telah dipelajari melalui eksperimen bahawa struktur lapisan terbaik boleh didapati mengikut keperluan reka bentuk dalam proses pembentukan bahagian struktur dengan menukar bahan komposit dengan sifat bahan matriks yang sangat berbeza.

2.5 Kebolehpercayaan dan keselamatan yang baik

Faktor terpenting yang mempengaruhi keselamatan bahagian struktur ialah rintangan lesu dan kepekaan takuk bahan. Sebelum ini, komposit telah digunakan secara meluas dalam medan tekanan tinggi seperti aeroangkasa, tepatnya kerana rintangan keletihan yang sangat baik dan sensitiviti takik yang rendah.

Walaupun bahan logam biasa mempunyai kekuatan statik yang tinggi, kekuatannya berkurangan dengan ketara dalam keadaan getaran yang teruk. Sebagai contoh, bahagian struktur bahan logam mempunyai jurang pada titik tertentu. Di bawah getaran dan hentaman (beban berubah-ubah), kecacatan akan merebak dengan cepat sehingga bahagian struktur rosak. Walau bagaimanapun, perbezaan antara kekuatan statik dan kekuatan getaran bahan komposit adalah hampir sifar. Walaupun bahagian struktur ditakuk, tegasan dalam bahan akan dipindahkan ke lapisan bersebelahan dan tidak akan musnah akibat beban berubah-ubah jangka panjang. Ini adalah salah satu sebab bahagian komposit mempunyai hayat yang lebih lama daripada bahagian logam.

3.1 Komposit gentian karbon

Walaupun penyelidikan dan penggunaan bahan gentian karbon bermula lewat di China, teknologi itu telah berkembang pesat sejak beberapa tahun kebelakangan ini, terutamanya dalam bidang trafik kenderaan. Contohnya, CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. menggunakan bahan gentian karbon dalam reka bentuk kabin peralatan kereta api peluru. Rintangan hentaman, rintangan kakisan dan sifat mekanikal kenderaan dijamin, dan berat kabin peralatan adalah kira-kira 35 peratus lebih rendah daripada bahan aloi aluminium.

3.2 Bahan komposit gentian kaca

Dengan pengurangan hingar yang sangat baik dan sifat kalis api, kekuatan mekanikal dan prestasi nisbah kekakuan adalah lebih cemerlang. Oleh itu, ia sering digunakan di tempat duduk kenderaan rel, penutup kepala teksi pemandu, dan bahagian lain.

3.3 Komposit gentian Aramid

Berbanding dengan bahan logam tradisional, komposit aramid mempunyai ciri-ciri yang sangat baik seperti kalis api, kekuatan tinggi, gred penebat tinggi, rintangan kelembapan dan rintangan kakisan, dan sifat fizikal dan kimia yang stabil. Ia digunakan sepenuhnya dalam motor, transformer, dan kedudukan lain, dan boleh memainkan peranan yang baik dalam pengurangan berat penebat.

Aplikasi bahan komposit dalam kenderaan rel akan menjadi lebih dan lebih meluas, terutamanya dalam struktur badan kenderaan mempunyai prospek aplikasi yang baik.