高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)

高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)

編委會(huì)

主任委員:

盧春房

委員:

翟婉明杜彥良李椿萱周黎李迎九

王濱劉為群趙鵬盛黎明丁叁叁

高亮唐濤白明洲

國(guó)家出版基金項(xiàng)目

“十四五”時(shí)期國(guó)家重點(diǎn)出版物出版專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃項(xiàng)目

高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)

動(dòng)車(chē)組系列

高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)

本叢書(shū)編委會(huì)總主編

李明伊召鋒米莉艷等編著

肖守訥主審

中國(guó)鐵道出版社有限公司

年北京

2022·

內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)為高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)之分冊(cè)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)是高速列車(chē)節(jié)能降

“”。

耗的重要研究方向之一也是目前交通行業(yè)大力支持的新興技術(shù)本書(shū)針對(duì)高速列車(chē)輕量化

,。

設(shè)計(jì)技術(shù)從高速列車(chē)常用輕量化材料結(jié)構(gòu)形式及連接技術(shù)等方面論述了輕量化材料在高

,、,

速列車(chē)車(chē)體設(shè)備及整車(chē)中的應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)并對(duì)輕量化在高速列車(chē)各方面應(yīng)用進(jìn)行了

、,

展望

。

本書(shū)可供從事高速列車(chē)城市軌道相關(guān)領(lǐng)域科研人員工程設(shè)計(jì)人員及高校師生參考

、、

學(xué)習(xí)

。

圖書(shū)在版編目CIP數(shù)據(jù)

()

高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)李明等編著北京中國(guó)鐵道

/—:

出版社有限公司.

,

高速鐵路基礎(chǔ)2研02究2.與4技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)動(dòng)車(chē)組系列

()

十四五時(shí)期國(guó)家重點(diǎn)出版物出版專(zhuān).項(xiàng)規(guī)劃項(xiàng)目

“”

ISBN978-7-113-28972-0

高李高速列車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)

……

結(jié)構(gòu)Ⅰ.設(shè)①計(jì)Ⅱ.①Ⅲ.①--

Ⅳ.①U292.91

中國(guó)版本圖書(shū)館數(shù)據(jù)核字第號(hào)

CIP(2022)044429

書(shū)名:高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)

作者:李明伊召鋒米莉艷等

策劃:李小軍

責(zé)任編輯:黃璐編輯部電話:電子郵箱:

(010)51873138ilian@

編輯助理:白小玉jgp

封面設(shè)計(jì):高博越封面攝影:王明柱叢書(shū)標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì):崔麗芳

責(zé)任校對(duì):安海燕

責(zé)任印制:高春曉

出版發(fā)行:中國(guó)鐵道出版社有限公司北京市西城區(qū)右安門(mén)西街號(hào)

(100054,8)

網(wǎng)址:

htt://

印刷:北京p聯(lián)興盛業(yè)印p刷股份有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

202241202241

開(kāi)本:印張:字?jǐn)?shù):千

787mm×1092mm1/1617.5348

書(shū)號(hào):

ISBN978-7-113-28972-0

定價(jià):元

118.00

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購(gòu)買(mǎi)鐵道版圖書(shū)如有印制質(zhì)量問(wèn)題請(qǐng)與本社讀者服務(wù)部聯(lián)系調(diào)換電話

,,。:(010)51873174

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:(010)63549461

高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)

編輯組

組長(zhǎng):王濱

副組長(zhǎng):楊新陽(yáng)

策劃:(以姓氏筆畫(huà)為序)

王健王風(fēng)雨王明容亢嘉豪田甜朱敏潔劉霞

江新錫李小軍李潤(rùn)華李嘉懿楊哲時(shí)博邱金帥

張婕陳小剛金鋒徐艷徐清黃璐曹艷芳

崔忠文傅希剛曾露平熊安春黎琳薛麗娜

編輯:(第一期,以姓氏筆畫(huà)為序)

王風(fēng)雨亢嘉豪田甜白小玉馮海燕朱榮榮朱敏潔

劉霞李小軍李潤(rùn)華邱金帥張瑜趙昱萌趙雅敏

黃璐鹿金煒曾麗辰薛麗娜魏娟

統(tǒng)籌:李小軍劉霞

序

我國(guó)高速鐵路起步晚、發(fā)展快、后勁足,經(jīng)過(guò)幾代人的不懈努力,通過(guò)原始創(chuàng)新、

集成創(chuàng)新、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新,成功地走出了一條符合中國(guó)國(guó)情路情、具有中國(guó)特

色的自主創(chuàng)新之路。我國(guó)已系統(tǒng)掌握各種復(fù)雜地質(zhì)和氣候條件下高速鐵路建造成

套技術(shù);在工務(wù)工程、列車(chē)運(yùn)行控制、牽引供電、動(dòng)車(chē)組等高速鐵路核心技術(shù)方面實(shí)

現(xiàn)自主化;形成了復(fù)雜路網(wǎng)條件下處理跨線運(yùn)行的運(yùn)營(yíng)管理成套技術(shù),構(gòu)建了人防、

物防、技防三位一體的主動(dòng)安全保障機(jī)制。我國(guó)已成為全球高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程最

長(zhǎng)、在建規(guī)模最大、運(yùn)營(yíng)速度最快、技術(shù)體系最全、運(yùn)營(yíng)和管理經(jīng)驗(yàn)最豐富的國(guó)家。

我國(guó)高速鐵路技術(shù)已走在世界前列,成為推動(dòng)世界高速鐵路發(fā)展的重要力量。

為貫徹落實(shí)中共中央、國(guó)務(wù)院《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》,推進(jìn)國(guó)鐵集團(tuán)《新時(shí)代交通

強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》的落地,系統(tǒng)總結(jié)、梳理我國(guó)高速鐵路各領(lǐng)域前沿理論和技

術(shù),向我國(guó)乃至世界高速鐵路科研工作者和工程技術(shù)人員提供一套前沿性的參考

書(shū),中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司鐵道出版社公司特組織編著出版“高速鐵路基礎(chǔ)研

究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)”。

叢書(shū)以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo),以國(guó)家自然科學(xué)基金課

題、國(guó)家基金委國(guó)鐵集團(tuán)高鐵聯(lián)合基金課題、國(guó)家“”課題、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課

-973

題等科研成果為支撐,從高速鐵路前沿研究、補(bǔ)短板技術(shù)、核心技術(shù)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

等方向組織選題,涵蓋動(dòng)車(chē)組、供電、通信與信號(hào)、列控與檢測(cè)、工程勘察與設(shè)計(jì)、智

能建造、運(yùn)營(yíng)與管理、現(xiàn)代信息技術(shù)、安全和維護(hù)等領(lǐng)域,規(guī)模為冊(cè),是全面系統(tǒng)

100

論述我國(guó)高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新成就的大型系列原創(chuàng)性科技著作。

叢書(shū)力求突出制高點(diǎn)、原創(chuàng)性、權(quán)威性、全覆蓋特色。叢書(shū)各冊(cè)內(nèi)容以作者團(tuán)隊(duì)

長(zhǎng)期從事高速鐵路科學(xué)研究的成果為依托,多數(shù)成果居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平甚至世界先

進(jìn)水平,多種成果榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng),國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二

等獎(jiǎng),茅以升科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng),詹天佑鐵道科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng),鐵道科技進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng),叢書(shū)內(nèi)

容體現(xiàn)了我國(guó)當(dāng)今最新、最前沿以及展現(xiàn)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的高速鐵路相關(guān)研究成果和

ⅱ高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)

應(yīng)用技術(shù)。叢書(shū)包括動(dòng)車(chē)組、供電、工程施工與組織等十個(gè)系列,基本實(shí)現(xiàn)高速鐵路

各領(lǐng)域全覆蓋。

叢書(shū)由編委會(huì)總負(fù)責(zé)。編委會(huì)陣容強(qiáng)大,認(rèn)真負(fù)責(zé)。編委會(huì)各成員都是長(zhǎng)期從

事我國(guó)高速鐵路科研、技術(shù)、生產(chǎn)和管理的一流專(zhuān)家學(xué)者,是所從事領(lǐng)域的翹楚,其

中包括高速鐵路及其相關(guān)領(lǐng)域的四位院士。編委會(huì)多次開(kāi)會(huì)商討叢書(shū)的體系、內(nèi)容

特色、作者條件及質(zhì)量保障機(jī)制;分工負(fù)責(zé),精心審訂和修改各冊(cè)編寫(xiě)提綱;多次遴

選選題,先從多個(gè)選題意向中遴選出個(gè)選題,后又剔除了內(nèi)容特色不太鮮

150100

明的個(gè)選題,還對(duì)多個(gè)選題提出了較大的改進(jìn)意見(jiàn),補(bǔ)充了個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和彌

8108

補(bǔ)技術(shù)空白的選題;最后邀請(qǐng)專(zhuān)人對(duì)各冊(cè)內(nèi)容進(jìn)行審定,從而保證了各冊(cè)內(nèi)容的正

確性和先進(jìn)性。

年年底,國(guó)家新聞出版署經(jīng)過(guò)嚴(yán)格評(píng)審,“高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新

2021

叢書(shū)”(冊(cè))成功入選“‘十四五’時(shí)期國(guó)家重點(diǎn)出版物出版專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃———重大出

100

版工程”。這是對(duì)本叢書(shū)項(xiàng)目的認(rèn)可,也是對(duì)編委會(huì)、作者和編輯等人員前期工作的

認(rèn)可,更是一種鞭策。我們相信,本叢書(shū)的出版,將助力于《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》的貫

徹落實(shí),推動(dòng)我國(guó)乃至世界高速鐵路事業(yè)的發(fā)展,也將為鐵路領(lǐng)域的科研工作者、工

程技術(shù)人員、管理人員,以及高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生提供一套高水平、原創(chuàng)性、權(quán)威性、全

覆蓋的大型高鐵科技精品著作。

中國(guó)工程院院士

“高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)”編委會(huì)主任

年月

20222

前言

本書(shū)為“高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)”之分冊(cè),按叢書(shū)要求,力圖體現(xiàn)高

速列車(chē)輕量化技術(shù)研究的制高點(diǎn)、前沿性、原創(chuàng)性。

目前,輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天、飛機(jī)、船舶、軌道交通等領(lǐng)

域,而在高速列車(chē)上尚處于小批量應(yīng)用。采用輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)可達(dá)到節(jié)能降耗的目

的,是高速列車(chē)重要研究方向,也是目前軌道交通領(lǐng)域大力支持的新興技術(shù)。

本書(shū)內(nèi)容主要依托項(xiàng)目:高速列車(chē)綜合節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)與集成應(yīng)用示范(“十二

五”科技支撐項(xiàng)目);基于“重量阻力動(dòng)力”多目標(biāo)均衡的綜合節(jié)能技術(shù)研究(“十三

--

五”先進(jìn)軌道交通專(zhuān)項(xiàng))。針對(duì)高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù),通過(guò)高速列車(chē)常用輕量化

材料、結(jié)構(gòu)形式及連接技術(shù)等方面,系統(tǒng)性論述輕量化材料在高速列車(chē)上的車(chē)體、大

部件及連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)等,同時(shí)對(duì)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)在高速列車(chē)各方面的

應(yīng)用進(jìn)行展望。

本書(shū)主要內(nèi)容:緒論論述輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀;第章論述輕量

1

化設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)理論;第章論述高速列車(chē)用輕量化材料;第章論述輕量化材

23

料連接技術(shù);第章論述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù);第章分析車(chē)體輕量化結(jié)構(gòu)

45

設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例;第章分析設(shè)備輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例;第章分析高速列車(chē)輕

67

量化設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例;第章對(duì)輕量化新結(jié)構(gòu)、新材料應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)與展望。

8

本書(shū)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合、設(shè)計(jì)與應(yīng)用相結(jié)合,通過(guò)輕量化設(shè)計(jì)理論、輕量化

材料和輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三方面的研究,由淺入深地講解了高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)

及應(yīng)用實(shí)例,可為從事軌道交通、汽車(chē)以及相關(guān)材料行業(yè)的技術(shù)人員提供參考,也可

以作為軌道交通院校的教學(xué)用參考書(shū)。

本書(shū)由中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司李明、伊召鋒、米莉艷、邵蓉、解雪林、古玉斌、

楊永彩、楊素君、辛利平編著,西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、研究員

肖守訥主審。感謝楚瓏晟、肖新標(biāo)、楊濤、郭玉、洪清泉、王明、張雷、管全梅、張明、

李欣偉、韓鐵禮、武娟娟等在本書(shū)編著過(guò)程中給予的幫助。

ⅱ高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)

由于編著者水平有限,書(shū)中難免有不妥、疏漏之處,歡迎廣大讀者對(duì)本書(shū)提出批

評(píng)和建議,以便作進(jìn)一步修改和補(bǔ)充。

編著者

年月

20221

目錄

緒論……………

1

國(guó)外輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀……………………

0.12

國(guó)內(nèi)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀……………………

0.210

第1章輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)理論………………

13

輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)重要性……………

1.113

列車(chē)提速主要有效途徑……………………

1.1.113

高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)主要作用與意義………………

1.1.214

輕量化材料相關(guān)理論………………

1.214

金屬材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材……………………

1.2.114

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材……………………

1.2.215

第2章高速列車(chē)用輕量化材料……………

20

車(chē)體輕量化材料要求及其常用輕量化材料………

2.120

車(chē)體輕量化材料要求………

2.1.120

車(chē)體常用輕量化材料………

2.1.220

鋁合金材料…………

2.221

材料特性……………………

2.2.121

工程應(yīng)用……………………

2.2.222

碳纖維復(fù)合材料……………………

2.323

材料特性……………………

2.3.123

工程應(yīng)用……………………

2.3.227

鋁蜂窩材料…………

2.431

材料特性……………………

2.4.131

工程應(yīng)用……………………

2.4.236

泡沫鋁復(fù)合材料……………………

2.538

材料特性……………………

2.5.138

工程應(yīng)用……………………

2.5.241

輕芯鋼……………

2.646

材料特性……………………

2.6.146

工程應(yīng)用……………………

2.6.248

ⅱ高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)

其他材料……………

2.749

聚碳酸酯材料………

2.7.1(PC)49

聚異氰脲酸酯復(fù)合板………

2.7.251

第3章高速列車(chē)用輕量化材料連接技術(shù)…………………

53

輕金屬連接技術(shù)……………………

3.153

鋁合金……………………

3.1.153

不銹鋼……………………

3.1.255

鈦合金……………………

3.1.357

鎂合金……………………

3.1.458

復(fù)合材料連接技術(shù)…………………

3.258

機(jī)械連接技術(shù)………………

3.2.159

膠接連接技術(shù)………………

3.2.262

新型連接技術(shù)………………

3.2.365

第4章高速列車(chē)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)…………………

72

高速列車(chē)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法…………………

4.172

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式…………

4.1.172

鋪層設(shè)計(jì)和組件化整體化設(shè)計(jì)……………

4.1.273

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則……………………

4.1.375

設(shè)計(jì)選材……………………

4.1.477

其他考慮項(xiàng)點(diǎn)………………

4.1.577

高速列車(chē)復(fù)合材料部件設(shè)計(jì)………

4.279

材料庫(kù)……………………

4.2.179

鋪層庫(kù)……………………

4.2.279

元件庫(kù)……………………

4.2.381

構(gòu)件庫(kù)……………………

4.2.483

碳纖維復(fù)合材料仿真分析流程……………………

4.385

有限元建?！?/p>

4.3.185

計(jì)算分析……………………

4.3.294

高速列車(chē)車(chē)體仿真分析實(shí)例………

4.496

復(fù)合材料車(chē)體仿真分析實(shí)例………………

4.4.196

緊固件校核實(shí)例…………

4.4.2103

膠接強(qiáng)度校核實(shí)例………

4.4.3105

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與變形控制………

4.5107

復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………

4.5.1107

目錄ⅲ

成形工藝與整體設(shè)計(jì)方案………………

4.5.2123

第5章車(chē)體輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例…………………

132

基于車(chē)體斷面拓?fù)鋬?yōu)化的車(chē)體輕量化設(shè)計(jì)……

5.1132

優(yōu)化方法…………………

5.1.1132

優(yōu)化結(jié)果…………………

5.1.2133

基于車(chē)體型材尺寸優(yōu)化的車(chē)體輕量化設(shè)計(jì)……

5.2134

車(chē)體型材尺寸優(yōu)化………

5.2.1134

車(chē)體側(cè)墻型材尺寸優(yōu)化…………………

5.2.2140

基于降噪隔熱等多目標(biāo)優(yōu)化的車(chē)體輕量化設(shè)計(jì)………………

5.3、146

地板型材輕量化聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)…………

5.3.1147

側(cè)墻型材輕量化聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)…………

5.3.2167

受電弓平頂型材輕量化聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)…………………

5.3.3170

頂板型材輕量化聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)…………

5.3.4174

第6章設(shè)備輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例………

181

高速列車(chē)設(shè)備艙輕量化設(shè)計(jì)……………………

6.1181

部件設(shè)計(jì)…………………

6.1.1181

靜強(qiáng)度及模態(tài)分析………

6.1.2192

基于焊接鋁蜂窩材料的設(shè)備艙研制……………

6.2217

裙板及底板組成…………

6.2.1217

試制工藝過(guò)程……………

6.2.2217

產(chǎn)品的試驗(yàn)驗(yàn)證…………

6.2.3、218

減重效果分析……………

6.2.4223

制動(dòng)設(shè)備吊架輕量化設(shè)計(jì)………

6.3225

轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件輕量化設(shè)計(jì)……………………

6.4228

構(gòu)架…………………

6.4.1228

枕梁…………………

6.4.2230

第7章高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例…………………

248

某型臥鋪動(dòng)車(chē)組輕量化設(shè)計(jì)……………………

7.1248

減重方案…………………

7.1.1248

減重節(jié)能評(píng)估……………

7.1.2251

新型高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)………

7.2251

減重方案…………………

7.2.1251

減重節(jié)能評(píng)估……………

7.2.2252

ⅳ高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)

第8章總結(jié)與展望…………

255

總結(jié)…………

8.1255

展望…………

8.2256

新材料應(yīng)用………………

8.2.1256

新結(jié)構(gòu)應(yīng)用………………

8.2.2260

緒論

隨著我國(guó)對(duì)年碳達(dá)峰年碳中和鄭重承諾以及十四五規(guī)劃綠色低碳發(fā)展

2030、2060“”

目標(biāo)的提出節(jié)能環(huán)保技術(shù)已成為廣泛關(guān)注的話題其中輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽

,。,

車(chē)航空航天飛機(jī)船舶軌道交通等領(lǐng)域

、、、、。

輕量化是跨學(xué)科的工程科學(xué)其基礎(chǔ)構(gòu)成包括材料力學(xué)計(jì)算技術(shù)材料學(xué)和制造技術(shù)

,、、

等領(lǐng)域知識(shí)高速列車(chē)作用在軌道上的作用力受到軌道負(fù)載能力的限制例如橋梁的限制

。,;

高速列車(chē)質(zhì)量的增加意味著能耗的增加和輪對(duì)閘瓦鋼軌之間磨耗的增加這不僅可能引

、、,

起列車(chē)超重還可能導(dǎo)致整個(gè)運(yùn)行成本的增加傳統(tǒng)的車(chē)體材料是碳素鋼車(chē)輛自重大且壽

,。,

命短近年來(lái)高速列車(chē)的車(chē)體材料主要采用不銹鋼高強(qiáng)度耐候鋼和鋁合金用鋁合金制

。,、。

造車(chē)體的嘗試早在世紀(jì)初期就已經(jīng)開(kāi)始最早用于地鐵和市郊列車(chē)后來(lái)應(yīng)用于普通列

20,,

車(chē)上自進(jìn)入世紀(jì)年代與車(chē)體等長(zhǎng)的多品種大型中空擠壓型材的出現(xiàn)鋁合金成為

。2090,,

高速列車(chē)車(chē)體的主導(dǎo)材料由于鋁合金的質(zhì)量大大低于碳素鋼有利于高速列車(chē)減重提速

。,,

因此各國(guó)高速列車(chē)在車(chē)體設(shè)計(jì)制造中已廣泛采用鋁合金擠壓型材或不銹鋼材質(zhì)使車(chē)體結(jié)

,,

構(gòu)具有無(wú)涂裝免維修或少維修等特點(diǎn)目前世界各國(guó)在高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)方面的

,。,

主要手段是采用高性能的新材料和改進(jìn)車(chē)輛結(jié)構(gòu)縮小尺寸等優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高速列車(chē)輕

、。

量化的目標(biāo)是在給定的邊界條件下實(shí)現(xiàn)車(chē)體轉(zhuǎn)向架等結(jié)構(gòu)自重的最小化同時(shí)滿(mǎn)足一定

,、,

的壽命和可靠性要求為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)需要選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)輕質(zhì)材料連接技術(shù)盡可

。,、、、

能準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法以及可實(shí)現(xiàn)的制造工藝

。

目前常見(jiàn)的高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)主要應(yīng)用在車(chē)體轉(zhuǎn)向架電氣設(shè)備和內(nèi)飾設(shè)施等

、、

方面有文獻(xiàn)指出高速列車(chē)每減重就會(huì)在有效壽命期間降低能耗約按照

。,100kg,100GJ;

標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱量為來(lái)計(jì)算相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤可見(jiàn)研究高速列車(chē)減

1t29306kJ,3412.27t,

重的意義重大同時(shí)車(chē)輛減重可以促進(jìn)良性循環(huán)使部件和設(shè)備在達(dá)到相同性能的前提下

。,,

減小尺寸實(shí)現(xiàn)牽引系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向架懸掛和減振系統(tǒng)等不斷小型化輕量化此外

,、、、。,

還能降低整車(chē)振動(dòng)和噪聲因此隨著高速列車(chē)運(yùn)行速度和載客量的不斷提升輕量化的重

。,,

要性愈發(fā)突出

。

另外隨著車(chē)輛速度的提高軌道承受的負(fù)荷及能耗將隨之增大如列車(chē)以時(shí)速

,,,200km

運(yùn)行時(shí)每質(zhì)量對(duì)應(yīng)的牽引功率約為到時(shí)速時(shí)每質(zhì)量對(duì)應(yīng)的牽引

,1t12kW;300km,1t

功率約為對(duì)新材料而言除了要求輕質(zhì)之外還必須具有更高的強(qiáng)度剛度模量

16kW。,,、、、

2高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)

韌性耐磨耐疲勞耐老化耐火等性能對(duì)高速列車(chē)而言不同部位使用的材料需要滿(mǎn)足

、、、、。,

特定的要求例如車(chē)輪材料除了要有足夠的強(qiáng)度剛度韌性耐磨性外還必須具有耐擦

。,、、、,

傷剝離的性能隨著列車(chē)速度和動(dòng)能的增大高速列車(chē)的制動(dòng)盤(pán)和閘片除了必須滿(mǎn)足制動(dòng)所

;,

需的摩擦特性外還必須具有更好的耐高溫和耐磨性能高速帶來(lái)沖擊振動(dòng)和噪聲的加劇

,;、,

要求采用更好的減振降噪元件包括黏彈性能耐疲勞耐老化性能更優(yōu)的橡膠元件以保證

,、、,

乘客乘坐的舒適性以復(fù)合材料為代表的新材料的使用除了具備基本的特性外還必須考慮

;,

其阻燃無(wú)污染抗疲勞耐老化等問(wèn)題

、、、。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是輕量化的另外一個(gè)主要途徑主要是采用有限元法分析結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)

,,

應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化車(chē)體及其關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)通過(guò)更優(yōu)的設(shè)計(jì)來(lái)減輕結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量以

,,

達(dá)到輕量化的目的

。

綜上所述高速列車(chē)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)的工程要求在滿(mǎn)足強(qiáng)度和使用功能的

,,

前提下通過(guò)使用新材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)盡可能地降低車(chē)輛質(zhì)量提高列車(chē)速度

,、。

0.1國(guó)外輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

大量輕量化復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)在航空船舶汽車(chē)體育用品等裝備領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)工程

、、、

化應(yīng)用在材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造工藝服役性能及使用維護(hù)等多方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)可為解

,、、,

決高速列車(chē)輕量化問(wèn)題提供可行性指導(dǎo)具有輕量化高強(qiáng)度高耐候等優(yōu)異性能的輕量化

。、、

復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)在高速列車(chē)領(lǐng)域的運(yùn)用有助于提高高速列車(chē)的綜合性能指標(biāo)

,。

在其他行業(yè)研究應(yīng)用的基礎(chǔ)上國(guó)外軌道交通類(lèi)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)針對(duì)列車(chē)用的輕量化

,

復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)開(kāi)展了系統(tǒng)研究目前已實(shí)現(xiàn)眾多技術(shù)突破積累了豐富的工程化應(yīng)用

,,

經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用范圍從內(nèi)飾車(chē)內(nèi)設(shè)備司機(jī)室外罩等非承載部件和次承載部件擴(kuò)大到車(chē)體轉(zhuǎn)

;、、,、

向架等主承載結(jié)構(gòu)

。

國(guó)外輕量化復(fù)合材料用作高速列車(chē)輔助件和非主承力件的案例見(jiàn)表

0-1。

表0-1國(guó)外復(fù)合材料用作高速列車(chē)輔助件和非主承力件

高速列車(chē)復(fù)合材料應(yīng)用部件

車(chē)窗內(nèi)飾框洗漱間廁所小便池水箱集便箱車(chē)頭前端蓋板雙層客車(chē)兩端車(chē)頂

玻纖增強(qiáng)、、、、、、、

板天花板受電弓罩客室中頂和側(cè)頂?shù)?/p>

新干線、、、

蜂窩夾層地板中間間壁門(mén)