碳纤维增强复合材料在轨道交通车辆上的应用与展望
Applications and Prospects of Carbon Fiber Reinforced Composites in Rail Transit Vehicles
DOI: 10.12677/ms.2024.148131, PDF,   
作者: 王军民, 曹文祥, 蔡程程：中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲；王 宇*：中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲；重载快捷大功率电力机车全国重点实验室，湖南 株洲
关键词: 碳纤维增强复合材料；轨道交通；轻量化；研究进展；Carbon Fiber Reinforced Composite； Rail Transit Vehicles； Lightweight； Research Developments
摘要: 本文从轨道交通领域大型承载构件的技术需求出发，综述了碳纤维增强复合材料在轨道交通领域的应用优势，总结了国内外碳纤维增强复合材料在轨道交通车辆上的应用发展历程和现状。综述了目前碳纤维复合材料力学行为与损伤失效模型、抗疲劳性能与连接结构设计与分析方面的研究进展，在此基础上，总结了碳纤维复合材料在轨道交通领域应用的共性技术问题，最后对碳纤维复合材料在轨道交通领域实大规模商用的实施途径进行了展望。
Abstract: Based on the technical requirements of large bearing components in the field of rail transit, this paper summarizes the application advantages of carbon fiber reinforced composite materials in the field of rail transit, and summarizes the development history and current situation of the application of carbon fiber reinforced composite materials in rail transit vehicles at home and abroad. The current research progress in mechanical behavior, damage failure model, fatigue resistance and connection structure design and analysis of carbon fiber composites was reviewed. On this basis, the common technical problems in the application of carbon fiber composites in the field of rail transit were summarized. Finally, the implementation ways of realizing large-scale commercial use of carbon fiber composites in the field of rail transit were prospected.
文章引用：王军民, 曹文祥, 蔡程程, 王宇. 碳纤维增强复合材料在轨道交通车辆上的应用与展望[J]. 材料科学, 2024, 14(8): 1169-1177. https://doi.org/10.12677/ms.2024.148131

参考文献

[1] 肖守讷, 江兰馨, 蒋维, 等. 复合材料在轨道交通车辆中的应用与展望[J].交通运输工程学报, 2021, 21(1): 154-176.
[2] Zhang, J., Lin, G., Vaidya, U. and Wang, H. (2023) Past, Present and Future Prospective of Global Carbon Fibre Composite Developments and Applications. Composites Part B: Engineering, 250, Article ID: 110463. [Google Scholar] [CrossRef] 
[3] Wang, Y., Deng, Y., Zhang, J., Zhao, J. and Zhang, Y. (2019) Eliminating Microstructural Defects and Improving the Mechanical and Fatigue Properties of an Al-Mg-Si Alloy Extrusion by Optimising Homogenisation. Materials Science and Engineering: A, 764, Article ID: 138188. [Google Scholar] [CrossRef] 
[4] Yi, D.S. (2007) Advanced Composite Materials and Aerospace Engineering. Acta Materiae Compositae Sinica, 24, 1-12.
[5] 樊星. 碳纤维复合材料的应用现状与发展趋势[J]. 化学工业, 2019, 37(4): 12-16, 25.
[6] 李明高, 张丽娇. 轨道交通装备复合材料应用现状及发展趋势展望[J]. 纺织导报, 2020(7): 19-24.
[7] 苏柯, 岳译新, 刘永强, 等. 城轨车辆车体模块化设计关键技术研究[J]. 电力机车与城轨车辆, 2018, 41(1): 32-35, 40.
[8] 王明猛. 碳纤维复合材料在高速列车上的应用研究[D]: [硕士学位论文]. 成都: 西南交通大学, 2012.
[9] 曹成鹏, 闫俊材, 王兴佳. 城市轨道交通车辆减重节能技术[J]. 城市轨道交通研究, 2024, 27(2): 242-246.
[10] 刘宇, 王峰, 苏强, 等. 轻量化复合材料车体设计与分析[J].城市轨道交通研究, 2018, 21(1): 25-29.
[11] 刘晓波, 杨颖. 碳纤维增强复合材料在轨道车辆中的应用[J]. 电力机车与城轨车辆, 2015, 38(4): 72-76.
[12] 蔡富刚, 王硕, 郭福海, 等. 高性能复合材料在轨道交通领域的发展现状[J]. 高科技纤维与应用, 2020, 45(2): 22-29.
[13] 陈旭. 纤维复合材料在我国轨道车辆中的应用概述[J]. 中国设备工程, 2020(10): 219-220.
[14] 周伟旭. 碳纤维增强树脂基复合材料在轨道交通车辆车体中的应用与思考[J]. 城市轨道交通研究, 2018, 21(12): 10-13.
[15] 康兴东. 韩国摆式列车复合材料车体的探究及思考[J]. 国外铁道车辆, 2017, 54(6): 12-20.
[16] 西村, 武宏. 新世代の鉄道車両台車efWING[J]. Subway日本地下鉄協会報, 2017(5): 25-31.
[17] Ulbricht, A., Zeidler, F., Bilkenroth, F. and Soltysiak, S. (2023) Structural Lightweight Components for Energy-Efficient Rail Vehicles Using High Performance Composite Materials. Transportation Research Procedia, 72, 1685-1692. [Google Scholar] [CrossRef] 
[18] 王成雨, 彭晓博, 杨杰. 碳纤维复合材料轨道车辆结构的设计分析[J]. 复合材料科学与工程, 2021(10): 67-73, 82.
[19] 刘少帅, 黄德明, 苏迪. 碳纤维增强复合材料在轨道车辆中的应用[J]. 百科论坛电子杂志, 2020(14): 1948.
[20] 揭薇, 曾俊杰, 柯溢豪, 等. 城市轨道车辆“弓”系转向架结构研究[J]. 科学技术创新, 2023(10): 221-224.
[21] 徐超, 吴绍利, 杜卫超, 等. 铺层方式对碳纤维复合材料力学性能的影响[J]. 高速铁路新材料, 2023, 2(6): 23-27.
[22] 陈燕荣, 孙琳, 王晓明, 等. 碳纤维增强环氧树脂三维编织/单向织物混杂复合材料力学性能[J]. 工程塑料应用, 2024, 52(4): 17-22.
[23] Li, D., Lu, Z. and Fang, D. (2009) Longitudinal Compressive Behavior and Failure Mechanism of Three-Dimensional Five-Directional Carbon/phenolic Braided Composites at High Strain Rates. Materials Science and Engineering: A, 526, 134-139. [Google Scholar] [CrossRef] 
[24] Tan, H., Huang, X., Liu, L., Guan, Y. and Chen, W. (2019) Dynamic Compressive Behavior of Four-Step Three-Dimensional Braided Composites along Three Directions. International Journal of Impact Engineering, 134, Article ID: 103366. [Google Scholar] [CrossRef] 
[25] 张祥林, 孟庆春, 许名瑞, 等. 吸湿后碳纤维复合材料正交层板拉伸疲劳性能[J]. 材料工程, 2021, 49(8): 169-177.
[26] 范文涛, 陈燕, 陈逸佳, 等. 碳纤维增强树脂基复合材料加工表面粗糙度对疲劳性能的影响[J]. 机械工程材料, 2022, 46(1): 91-96.
[27] 莫明智. 碳纤维复合材料拉-拉疲劳损伤特性研究[D]: [硕士学位论文]. 南昌: 南昌大学, 2022.
[28] 朱红红, 李成, 何龙, 等. 复合材料两钉斜削搭接接头钉载分配与连接强度研究[J]. 机械工程学报, 2012, 48(20): 57-62.
[29] 李培行, 刘宏友. 仿真技术在转向架构架疲劳强度评估中的应用及发展综述[J]. 电力机车与城轨车辆, 2023, 46(6): 1-6, 41.
[30] 谢素明, 卜浩然, 盖杰. 高速磁浮列车复合材料车体部件强度分析及结构优化[J]. 大连交通大学学报, 2023, 44(3): 6-12.
[31] 杨硕. 某高速列车碳纤维复合材料零部件优化设计[D]: [硕士学位论文]. 大连: 大连交通大学, 2023.

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