3D 打印碳纤维复合材料的轨道车辆端部结构仿真研究

徐忠宣，张方涛，吴依韵，彭勇，侯林

（1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111；2.中南大学 交通运输工程学院，轨道交通安全教育部重点实验室，湖南 长沙 410075）

我国的轨道交通事业迅猛发展，除运行速度外，人们也开始关注列车的节能环保以及轻量化等问题[1]. 使用轻质高强的新材料是实现列车轻量化的有效方法之一，其中，碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic，CFRP）以其高比强度与高比刚度等一系列优点备受关注[2]. 区别于传统的减材制造工艺，增材制造（即3D 打印技术）具有一体成型、无需组装、设计空间灵活且节约材料等优势[3]，已广泛应用于航空航天、生物医学与交通等领域[4]. 因此，3D 打印连续碳纤维复合材料将成为列车用复杂承载结构的又一上佳选择. 列车的端部底架结构是连接防爬器、吸能部件、车钩座的重要承载件，其形状复杂，连接处易产生应力集中. 若选用3D 打印作为制造列车端部结构的制造方式，车体端部结构一体成型，既免去组装成本，也避免了人为造成的试件内部缺陷. 此外，连续碳纤维增强材料兼具高强度与低密度优势，可以在保证端部结构强度的同时有效降低其重量. 因此，本文以芝加哥轨道车辆端部结构作为3D 打印连续碳纤维复合材料在列车承载件上的研究对象，对其在复杂多变的轨道交通服役环境下的力学性能进行研究，以期进一步实现列车轻量化和缓解列车零部件连接带来的安全隐患.

1 3D 打印碳纤维复合材……

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