一种复合材料轻量化轨道车厢侧壁及其制造工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种复合材料轻量化轨道车厢侧壁及其制造工艺，包括内蒙皮和外蒙皮，内、外蒙皮之间设置有加强筋和泡沫芯材，泡沫芯材填充在加强筋、内蒙皮和外蒙皮之间围成的空间内；内蒙皮和外蒙皮的材质均为纤维增强复合材料，其中，两者外侧的增强纤维为碳纤维，内侧的增强纤维包括玻璃纤维；加强筋为泡沫加强筋，加强筋的侧壁材质为纤维增强复合材料或金属材料。内部加筋结构的设置可有效改善均匀化三明治夹芯结构截面刚度不变，无法充分发挥复合材料的承载优势等弊端。材料的承载优势等弊端。材料的承载优势等弊端。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料轻量化轨道车厢侧壁及其制造工艺


[0001]本专利技术属于轨道交通
，特别涉及一种复合材料轻量化轨道车厢侧壁及其制造工艺。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]车辆的轻量化可以促使车辆承载更大的有效载荷，提高铁路行业的竞争力，持续增加铁路运输的吸引力，提高能源效率，而应用复合材料是进行装备轻量化的主要手段。
[0004]目前复合材料在轨道交通领域应用种类多，在高速列车、地铁和磁浮列车上已有大量地研发应用，但目前的复合材料主承载结构以原有金属结构形式的等效替代设计为主，无法充分发挥复合材料承载优势，其制造工艺也难以适配，目前主要采用热压罐等传统成型工艺致使制造成本居高不下，难以推广应用。
[0005]目前，轨道车辆侧墙结构的轻量化实现方式主要采用三明治内外夹芯结构，内外蒙皮采用预浸料，形成的三明治结构为均匀结构，难以根据受力的不同进行变刚度设计，进而难以充分发挥纤维增强复合材料的承载特性。此外，现有的车辆复合材料侧墙的成型工艺主要是采用预浸料形式的热压罐或者OOA成型工艺，采用预浸料造成制品价格居高不下，难以推动工程化批量应用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种复合材料轻量化轨道车厢侧壁及其制造工艺。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种复合材料轻量化轨道车厢侧壁，包括内蒙皮和外蒙皮，内、外蒙皮之间设置有加强筋和泡沫芯材，泡沫芯材填充在加强筋、内蒙皮和外蒙皮之间围成的空间内；
[0009]内蒙皮和外蒙皮的材质均为纤维增强复合材料，其中，两者外侧的增强纤维为碳纤维，内侧的增强纤维包括玻璃纤维；
[0010]加强筋为泡沫加强筋，加强筋的侧壁材质为纤维增强复合材料或金属材料。
[0011]在一些实施例中，当车厢侧壁受多向应力区域，该区域加强筋沿力的传递方向布置加强筋，并且加强筋与蒙皮采用准各向同性与各向同性铺层或者各向同性材料，对于准各向同性与各向同性铺层，采用对称均衡的原则，若铺层总数为N层，铺层角度从0
°
层开始，角度增量为180/(n/2)直至180
°
。
[0012]比如，铺层总数为8层则铺层顺序为【0/45/90/
‑
45】
S
。
[0013]当车厢侧壁的结构设计成截面相同的三明治夹芯结构时，将导致不同区域材料性能水平发挥不一致，没有充分发挥复合材料的性能优势，内部加筋结构的设置可有效改善均匀化三明治夹芯结构截面刚度不变，无法充分发挥复合材料的承载优势等弊端，在承力
水平较高的区域进行复合材料的加筋设置，并且加强筋的铺层设计将根据该区域的应力状态进行调整。首先加强筋纵向将按照力的传递方向和位置进行布置，并且判断该区域受力状态如果是各个方向都受力且受力大小差异大于40％，则该区域将主要采用0
°
方向铺层，并兼顾对称均衡的铺层原则。若差异小于于40％，则主要采用准各向同性、各向同性铺层及各向同性材料的加强筋。
[0014]纤维复合材料为主，并且内部辅助以玻璃纤维复合材料，采用碳纤维/玻璃纤维混杂铺层方案，增加了对冰雹、石子等小尺寸外来物的冲击阻抗，外部碳纤维材料具有更高弹性模量，可更好地承载，而内部玻璃纤维材料具有更好的耐冲击特性，将很好地解决薄壁复合材料低速冲击后内部出现损伤降低结构力学性能的问题。
[0015]在一些实施例中，内蒙皮的铺层中增加隔音功能层，隔音功能层的外层为交错的连续纤维层，内部为封闭的空隙结构。交错的连续纤维在树脂灌注时起到连接各层的作用，内部的封闭空隙结构起到隔音的效果。
[0016]在一些实施例中，内蒙皮和外蒙皮铺层数量为5
‑
20层。
[0017]优选的，每层铺层的厚度为0.1
‑
0.5mm。
[0018]优选的，内蒙皮和外蒙皮的铺层方式为：0
°
、
±
45
°
、90
°
的铺层比例为3
‑
8：5
‑
10：1。
[0019]在一些实施例中，加强筋的结构为工字型、Z字型、L字型、T字型、J字型或帽型。
[0020]第二方面，本专利技术提供所述复合材料轻量化轨道车厢侧壁的制造工艺，包括如下步骤：
[0021]将外蒙皮的干纤维单向带或织物铺好后，再铺设加强筋和泡沫芯材，最后铺设上蒙皮的干纤维单向带或织物；
[0022]铺设完成后，抽真空、保压，然后向其中灌注树脂，灌注完成后，进行加热固化；
[0023]加热固化的方法为：第一阶段按照1
‑
5℃/m/n升温到45
‑
55℃，保持温度恒定保温时间20
‑
40m/n；
[0024]第二阶段按照1
‑
5℃/m/n升温到70
‑
80℃，保温60
‑
70m/n；
[0025]第三阶段按照1
‑
5℃/m/n升温到90
‑
110℃，保温150
‑
200m/n；
[0026]第四阶段冷却降温。
[0027]在一些实施例中，加强筋的泡沫芯材表面铺敷预浸料或半预浸料。
[0028]在一些实施例中，干纤维单向带或织物铺好后，将其边缘采用激光投影线修剪齐整。
[0029]在一些实施例中，加热固化的方法为：第一阶段按照1
‑
5℃/m/n升温到45
‑
55℃，保持温度恒定保温时间20
‑
40m/n；
[0030]第二阶段按照1
‑
5℃/m/n升温到70
‑
80℃，保温60
‑
70m/n；
[0031]第三阶段按照1
‑
5℃/m/n升温到90
‑
110℃，保温150
‑
200m/n；
[0032]第四阶段冷却降温。
[0033]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0034]本专利技术针对轨道交通装备轻量化需求，根据区域承载特性，进行轨道车辆车厢结构的轻量化设计，其截面设计与刚度适配区域传力，充分发挥结构与材料的承载特性，并且设置的隔音仿生层，在结构轻量化的同时提升结构的结构隔音降噪功能性，成型过程采用干碳纤维树脂真空灌注工艺，内部加强筋利用夹芯泡沫作为支撑结构起到成型模具作用，
加筋结构与泡沫芯材、内外蒙皮一体成型，其界面结合力强，结构材料及成型能耗与模具费用都实现极大降低，因此该车厢结构具有极限轻量化水平与隔音效果的同时，降低制造成本，提高生产效率。
[0035]采用干纤维复合材料与预浸料结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料轻量化轨道车厢侧壁，其特征在于：包括内蒙皮和外蒙皮，内、外蒙皮之间设置有加强筋和泡沫芯材，泡沫芯材填充在加强筋、内蒙皮和外蒙皮之间围成的空间内；内蒙皮和外蒙皮的材质均为纤维增强复合材料，其中，两者外侧的增强纤维为碳纤维，内侧的增强纤维包括玻璃纤维；加强筋为泡沫加强筋。2.根据权利要求1所述的复合材料轻量化轨道车厢侧壁，其特征在于：加强筋的侧壁材质为纤维增强复合材料或金属材料，当车厢侧壁受多向应力区域，该区域加强筋沿力的传递方向布置加强筋，并且加强筋与蒙皮采用准各向同性与各向同性铺层或者各向同性材料，对于准各向同性与各向同性铺层，采用对称均衡的原则，若铺层总数为N层则，铺层角度从0
°
层开始，角度增量为180/(n/2)直至180
°
；优选的，内蒙皮的铺层中增加隔音功能层，隔音功能层的外层为交错的连续纤维层，内部为封闭的空隙结构。3.根据权利要求1所述的复合材料轻量化轨道车厢侧壁，其特征在于：内蒙皮和外蒙皮铺层数量为5
‑
20层。4.根据权利要求1所述的复合材料轻量化轨道车厢侧壁，其特征在于：每层铺层的厚度为0.1
‑
0.5mm。5.根据权利要求1所述的复合材料轻量化轨道车厢侧壁，其特征在于：内蒙皮和外蒙皮的铺层方式为：0
°
、
±
45
°
、90
°
的铺层比例为3
‑
8：5
‑
10：1。6.根据权利要求1所述的复合材料轻量化轨道车厢侧壁，...

【专利技术属性】
技术研发人员：史磊，侯帅昌，赵英男，王坤，蔡茂，岳书静，赵庆龙，尹高冲，
申请(专利权)人：中车成型科技青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：