纤维材料混合的目的是什么

Question

如题所述

Answer 1

　　纤维材料混合的目的
　　(1)纤维增强复合与传统金属及轻合金材料相比在车辆轻量化具备明显的优势，具有质轻性能高的优点，大部分复合材料的比强度和比模量比大部分轨道交通用轻合金材料高出约1.5倍，同时其密度大约是轻合金的0.5倍，因此从这个意义上讲，复合材料在替代轻合金上具有较大的潜力和优势。
　
　　(2) 可设计性强度，纤维增强复合材料显着特点是高比强度和高比刚度，，性能可以在一个很宽的范围内变化，可以通过使用不同的纤维材料、纤维含量和铺陈方向及树脂基体设计出各种强度指标、弹性模量以及阻燃性能要求的产品，同时纤维增强复合材料的成型工艺适合于不同的结构和形状的产品，在保证复杂部件成型的同时，性能保持不变，形状可灵活设计。 　　(3) 高的安全性及疲劳性，轨道交通用复合材料一个明显的特点是具备良好的可控的安全性及疲劳性，由于列车在高速运转过程中疲劳周期较短，循环次数较多，容易造成承载部件疲劳损坏，良好的可控及预测疲劳性能对列车的行驶安全具有重要的意义。目前常用的轨道交通金属材料，为了防止疲劳及预测疲劳裂纹的产生投入了大量的探伤及预防措施，来防止金属材料达到疲劳极限或者疲劳裂纹失稳扩展，造成零件失效。与金属材料相比，纤维增强复合材料由于纤维的力传导性，在疲劳缺口产生时，部分应力可以通过纤维传递到低维界面，减轻对缺口的冲击，缺口敏感度降低，即使出现缺口，复合材料也不立即失效，具备良好的疲劳性能同时可以实现提前监测。
　　(4) 高的耐腐蚀性，纤维增强复合材料可以在各种酸碱及潮湿环境中长期使用，这与目前轨道交通用金属材料相比具有明显的优势。为防止轨道交通金属材料的在各种酸碱环境中由于腐蚀失效，投入了大量的人力与物力进行防腐蚀措施，同时由于各种腐蚀缩短了部件的服役周期，提高了列车的运营成本。由于中国国土面积幅员辽阔，高速动车组运营环境多样化，作为车底及转向架等走行部配件承受着不同的环境侵扰，因此利用复合材料对其替代，不仅实现了车辆走行部件轻量化，还将部件寿命的延长。
　　(5) 低成本促进复合材料在轨道交通的应用，随着各种纤维制造技术的进步及成熟，各种纤维成本逐步降低，为各种航空用复合材料在轨道交通的应用实现了可能。同时，各种纤维增强复合材料成型技术的成熟及新工艺的应用，为大规模模块化生产复合材料提供了基础，大量模块化设计的纤维增强复合材料在轨道交通的应用，延长了整体车辆的使用成本寿命。 ‍
　　(6)纤维增强复合材料良好的隔震阻尼性能，由于高速动车组轻量化的发展，随之而来的轨道交通工具的宽频振动及噪声越来越严重，振动过大时不仅影响乘车的舒适性，严重时将直接导致零部件的失效，造成行车事故。考虑到金属材料的低阻尼性及降噪设计的复杂性，大量组合设计的纤维增强复合材料应用在车体夹层、车体底部、发动机等部位来降低车体的振动及噪音。‍由于作为阻尼的复合材料单独使用时承载能力较弱，通常与金属承载件复合在一起使用，在利用金属件承载的同时，充分发挥纤维增强复合材料多维阻尼的性能。为了消除不同频段的振动噪音，通过多种纤维及树脂基体复合使用，来充分发挥复合材料的协调效应来吸收和减轻列车振动噪音。