S hitrim razvojem kitajske železniške tranzitne industrije, pa tudi z novim razvojnim konceptom varčevanja z energijo in okolju prijaznega, je lahka postala v središču sodobnega oblikovanja in proizvodnje vozil. Kompoziti iz ogljikovih vlaken imajo značilnosti majhne teže, visoke trdnosti, odpornosti proti koroziji, nizke cene in enostavne za načrtovanje, obdelavo in spreminjanje. Je pomembno sredstvo za uresničitev lahke karoserije avtomobila.
- Izbira materiala in načrtovanje strukture
Tradicionalna prevleka kabine podzemne železnice je izdelana iz plastike, ojačane s steklenimi vlakni, ki je izdelana iz sendvič materiala iz pene iz ogljikovih vlaken. Sestavljen je iz dveh tankih in togih kompozitnih plošč iz ogljikovih vlaken kot lahke in visoko trdne strukture, ki je sestavljena iz notranjih in zunanjih plošč ter debelega in lahkega jedra iz pene.
Ima značilnosti visoke specifične trdnosti, visokega specifičnega modula, dobre odpornosti na udarce, absorpcije zvoka, absorpcije vibracij in toplotne izolacije. Material, ojačan z ogljikovimi vlakni, je izdelan iz T700 in epoksidne smole, sendvič jedro pa je pena T90.150. Pokrov glave kabine podzemne železnice uporablja tehnologijo integriranega oblikovanja v avtoklavu, vetrobransko steklo pa je nameščeno na sredini, luknja za pritrditev svetilke pa je rezervirana. V sendvič strukturi pokrova kabine ima srednja plast predvsem vlogo nosilne plošče in oblikovanja pokrova.
- Optimizacija proste velikosti
Glede na celotno razporeditev velikosti notranje in zunanje plošče pokrova kabine je usmerjenost vlaken razporejena vzdolž smeri prenosa sile vložka, zahteve strižne in upogibne obremenitve pa so integrirane, da se povečata visoka trdnost in togost vlaken. aksialna smer.
Število smeri vložkov naj bo čim manjše. Na splošno so sprejete štiri smeri plasti 0 °, 90 ° in ± 45 °. Med njimi je 0 ° vložek koristen za prenos in nosilnost aksialne sile; ± 45 ° vložek ima odbojni učinek na strižno obremenitev in ima veliko pomoč pri izboljšanju procesa; 90 ° vložek lahko nadzoruje bočno togost in prilagodi Poissonovo razmerje. Pri Boschevi dejanski izdelavi konstrukcije je debelina vsake plasti integralni večkratnik najmanjše debeline posameznega sloja, skupaj pa je uporabljenih 16 plasti različnih oblik. Debelina vsakega sloja je 0.15 mm, uporablja pa se 6 / 6 / 2 plasti 0 °, 90 ° in ± 45 °.
3. Optimizacija zaporedja polaganja
Pri načrtovanju strukturne optimizacije kompozitov iz ogljikovih vlaken na osnovi laminatov je potrebno optimizirati zaporedje zlaganja. Zaporedje zlaganja kompozitnih materialov ne vpliva le na mehanske lastnosti laminatov iz ogljikovih vlaken, ampak vpliva tudi na proces.
Ker je oblika vsake plasti razrezana v optimizaciji proste velikosti, mnogi sloji niso v celoti pokriti v notranjih in zunanjih ploščah nape, zato je postavitev zaporedja polaganja celotna postavitev, dejansko polaganje pa v lokalno območje nape bo drugačno.
Da bi izboljšali splošno zmogljivost oblikovanja sendvič strukture s penastim jedrom pokrova kabine in preprečili nenadno spremembo stopničaste debeline v območju spremembe debeline laminata, je treba notranjo in zunanjo površino sendvič laminata v celoti pokriti, da pokriva celotno strukturo nape. Hkrati, da bi izboljšali odpornost na udarce pokrova glave, je bil v najbolj zunanji in notranji sloj rezultatov optimizacije zaporedja zlaganja dodan celoten sloj ± 45 °.
4. Določitev rezultatov optimizacije
Po seriji optimizacijskega načrtovanja in nenehnih spremembah tehnologije polaganja je končna kakovost pokrova kabine iz ogljikovih vlaken 27-odstotna. Struktura polne velikosti in enake debeline pred optimizacijo je 188.4 kg, optimizirana kakovost pa je zmanjšana za približno 137.5 kg. Originalna kakovost pokrova kabine iz steklenih vlaken je 218.4 kg, sprejeta pa je kakovost sendvič strukture iz CFRP pene. Zmanjšalo se je za približno 37 %.
Strukturni redundanci se je mogoče izogniti in povečati strukturno napetost z optimizacijo strukture kompozitnega laminata, razumno razporeditvijo materialov in izvajanjem potencialnih lastnosti materialov. Pod pogojem izpolnjevanja zahtev glede trdnosti, togosti in stabilnosti je dosežen idealen učinek lahke.
