Con el rápido desarrollo de la industria de tránsito ferroviario de China, así como el nuevo concepto de desarrollo de ahorro de energía y respetuoso con el medio ambiente, el peso ligero se ha convertido en el foco del diseño y fabricación de vehículos modernos. Los compuestos de fibra de carbono tienen las características de peso ligero, alta resistencia, resistencia a la corrosión, bajo costo y fáciles de diseñar, procesar y modificar. Es un medio importante para darse cuenta del peso ligero de la carrocería.
- Selección de materiales y diseño de estructuras.
La cubierta tradicional de la cabina del metro está hecha de plástico reforzado con fibra de vidrio, que está hecho de material sándwich de espuma de fibra de carbono. Está compuesto por dos paneles compuestos de fibra de carbono delgados y rígidos como una estructura liviana y de alta resistencia, que se compone de paneles internos y externos y un núcleo de espuma grueso y ligero.
Tiene las características de alta resistencia específica, alto módulo específico, buena resistencia al impacto, absorción acústica, absorción de vibraciones y aislamiento térmico. El material reforzado con fibra de carbono está hecho de T700 y resina epoxi, y el núcleo sándwich es de espuma T90.150. La cubierta de la cabeza de la cabina del metro adopta la tecnología de moldura integrada en autoclave, y el parabrisas está instalado en el medio y el orificio de montaje de la lámpara está reservado. En la estructura sándwich tipo sándwich del capó de la cabina, la capa intermedia desempeña principalmente el papel de panel de soporte y formación de capó.
- Optimización de tamaño libre
De acuerdo con el diseño de tamaño total de los paneles interior y exterior del capó de la cabina, la orientación de la fibra se organiza a lo largo de la dirección de transmisión de fuerza de la capa, y los requisitos de carga de cizallamiento y flexión están integrados para maximizar la alta resistencia y rigidez de la fibra. dirección axial.
El número de direcciones de las capas debe ser el menor posible. Generalmente, se adoptan direcciones de cuatro capas de 0 °, 90 ° y ± 45 °. Entre ellos, la capa de 0 ° es beneficiosa para la transmisión y la capacidad de carga de la fuerza axial; La capa de ± 45 ° tiene un efecto amortiguador sobre la carga de corte y es de gran ayuda para mejorar el proceso; La capa de 90 ° puede controlar la rigidez lateral y ajustar la relación de Poisson. En la fabricación de la estructura real de Bosch, el grosor de cada capa es un múltiplo integral del grosor mínimo de una sola capa, y se utiliza un total de 16 capas de diferentes formas. El espesor de cada capa es de 0.15 mm y se utilizan respectivamente 6/6/2 capas de 0 °, 90 ° y ± 45 °.
3. Optimización de la secuencia de colocación
En el diseño de optimización estructural de compuestos de fibra de carbono basados en laminados, es necesario optimizar la secuencia de apilamiento. La secuencia de apilamiento de los materiales compuestos no solo afecta las propiedades mecánicas de los laminados de fibra de carbono, sino que también afecta el proceso.
Debido a que la forma de cada capa se corta en la optimización de tamaño libre, muchas de las capas no están completamente cubiertas en los paneles internos y externos de la campana, por lo que la disposición de la secuencia de colocación es la disposición general y la colocación real en el El área local de la campana será diferente.
Para mejorar el rendimiento de formación general de la estructura sándwich de núcleo de espuma del capó de la cabina y evitar el cambio repentino del grosor escalonado en el área de cambio de grosor del laminado, las superficies interior y exterior de los laminados sándwich deben cubrirse completamente para cubrir la estructura general de la campana. Al mismo tiempo, para mejorar la resistencia al impacto de la cubierta de la cabeza, se agregó una capa a escala completa de ± 45 ° en las capas más externa e interna de los resultados de optimización de la secuencia de apilado.
4. Determinación de los resultados de la optimización
Después de una serie de diseño de optimización y modificación continua de la tecnología de colocación, la calidad final del capó de la cabina de fibra de carbono es del 27%. La estructura de tamaño completo e igual espesor antes de la optimización es de 188.4 kg, y la calidad optimizada se reduce en aproximadamente 137.5 kg. La calidad original del capó de la cabina de fibra de vidrio es de 218.4 kg, y se adopta la calidad de la estructura de sándwich de espuma CFRP. Disminuyó en aproximadamente un 37%.
Se puede evitar la redundancia estructural y se puede aumentar la tensión estructural optimizando la estructura del laminado compuesto, ordenando razonablemente los materiales y ejerciendo las propiedades potenciales de los materiales. Bajo la condición de cumplir con los requisitos de resistencia, rigidez y estabilidad, se logra el efecto de peso ligero ideal.
