Avec le développement rapide de l'industrie du transport ferroviaire en Chine, ainsi que le nouveau concept de développement d'économie d'énergie et de respect de l'environnement, le poids léger est devenu le centre de la conception et de la fabrication de véhicules modernes. Les composites en fibre de carbone ont les caractéristiques de poids léger, de haute résistance, de résistance à la corrosion, de faible coût et faciles à concevoir, à traiter et à modifier. C'est un moyen important de réaliser la légèreté de la carrosserie.
- Sélection des matériaux et conception de la structure
La couverture de cabine de métro traditionnelle est faite de plastique renforcé de fibre de verre, qui est fait d'un matériau sandwich en mousse de fibre de carbone. Il est composé de deux panneaux composites en fibre de carbone minces et rigides en tant que structure légère et à haute résistance, qui est composée de panneaux intérieurs et extérieurs et d'un noyau en mousse épaisse et légère.
Il présente les caractéristiques d'une résistance spécifique élevée, d'un module spécifique élevé, d'une bonne résistance aux chocs, d'une absorption acoustique, d'une absorption des vibrations et d'une isolation thermique. Le matériau renforcé de fibre de carbone est fait de T700 et de résine époxy, et le noyau sandwich est en mousse T90.150. Le couvre-chef de la cabine de métro adopte la technologie du moulage intégré à l'autoclave, le pare-brise est installé au milieu et le trou de montage de la lampe est réservé. Dans la structure sandwich du capot de la cabine, la couche intermédiaire joue principalement le rôle de panneau de support et de formation de capot.
- Optimisation de la taille libre
Selon la disposition de taille globale des panneaux intérieurs et extérieurs du capot de la cabine, l'orientation de la fibre est disposée le long de la direction de transmission de force de la nappe, et les exigences de charge de cisaillement et de flexion sont intégrées pour maximiser la résistance et la rigidité élevées de la fibre. direction axiale.
Le nombre de directions de pli doit être aussi faible que possible. Généralement, quatre directions de pli de 0 °, 90 ° et ± 45 ° sont adoptées. Parmi eux, le pli 0 ° est bénéfique pour la transmission et la capacité portante de la force axiale; ± 45 ° pli a un effet tampon sur la charge de cisaillement et a une grande aide pour améliorer le processus; Le pli à 90 ° peut contrôler la rigidité latérale et ajuster le coefficient de Poisson. Dans la fabrication de structure réelle de Bosch, l'épaisseur de chaque couche est un multiple entier de l'épaisseur minimale d'une seule couche, et un total de 16 couches de formes différentes sont utilisées. L'épaisseur de chaque couche est de 0.15 mm, et 6/6/2 couches de 0 °, 90 ° et ± 45 ° sont respectivement utilisées.
3. Optimisation de la séquence de pose
Dans la conception d'optimisation structurelle des composites en fibre de carbone à base de stratifiés, il est nécessaire d'optimiser la séquence d'empilement. La séquence d'empilement des matériaux composites affecte non seulement les propriétés mécaniques des stratifiés en fibre de carbone, mais affecte également le processus.
Étant donné que la forme de chaque couche est coupée dans l'optimisation de la taille libre, de nombreuses couches ne sont pas entièrement couvertes dans les panneaux intérieurs et extérieurs de la hotte, de sorte que la disposition de la séquence de pose est la disposition générale et la pose réelle dans le la zone locale de la hotte sera différente.
Afin d'améliorer les performances globales de formage de la structure sandwich à âme en mousse du capot de la cabine et d'éviter le changement soudain de l'épaisseur échelonnée dans la zone de changement d'épaisseur du stratifié, les surfaces intérieure et extérieure des stratifiés sandwich doivent être entièrement recouvertes pour couvrir la structure globale de la hotte. Dans le même temps, afin d'améliorer la résistance aux chocs du couvre-chef, une couche pleine échelle de ± 45 ° a été ajoutée dans les couches les plus externes et les plus internes des résultats d'optimisation de la séquence d'empilement.
4. Détermination des résultats d'optimisation
Après une série de conception d'optimisation et de modification continue de la technologie de pose, la qualité finale du capot de cabine en fibre de carbone est de 27%. La structure pleine grandeur et d'épaisseur égale avant optimisation est de 188.4 kg et la qualité optimisée est réduite d'environ 137.5 kg. La qualité originale du capot de la cabine en fibre de verre est de 218.4 kg et la qualité de la structure sandwich en mousse CFRP est adoptée. Il a diminué d'environ 37%.
La redondance structurelle peut être évitée et la contrainte structurelle peut être augmentée en optimisant la structure stratifiée composite, en agençant raisonnablement les matériaux et en exerçant les propriétés potentielles des matériaux. À condition de répondre aux exigences de résistance, de rigidité et de stabilité, l'effet de légèreté idéal est obtenu.
