碳纤维复合材料轨道车辆结构的设计分析

车体的轻量化是轨道交通车辆未来发展的方向之一,碳纤维复合材料是车体轻量化设计的优选材料。本文介绍了一种全碳纤维复合材料车体的轻量化设计,包括整车结构设计和连接设计。通过有限元方法对复合材料整车结构的强度、刚度以及模态进行了校核。进一步对碳纤维复合材料的力学性能进行了评价。并按照一体化成型和模块化的思维,采用真空辅助成型工艺在烘箱环境下制备复合材料车体试验段,验证了车体的结构设计和制造技术的可行性。研究结果表明:(1)碳纤维复合材料车体的设计应综合考虑材料特性、车体结构和承载方式,减少零部件数量和连接,实现车体的一体化成型;(2)碳纤维复合材料在车体制造上能够较大幅度减少车体质量。本文设计的碳纤维复合材料车体在满足车体强度、刚度和模态标准的前提下,全碳纤维复合材料车体相比传统铝合金车体减重42%。