高速动车组复合材料设备舱结构评价方法

董瑞雪，刘志明

(北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京100044)

复合材料凭借其比强度高、密度低、耐疲劳、耐高温、可设计性强等优异性能，已经广泛应用于航空航天、船舶运输、机械电子、医疗器械等领域[1]。早在1989年，日本便有将碳纤维复合材料(CFRP)应用于轨道车辆承载部件上的尝试，成功研制出了CFRP转向架构架[2]。随着复合材料设计制造水平的成熟，我国也将复合材料应用于轨道交通车辆，应用范围逐渐从车体内部装饰、车内设备等非承载结构过渡到车头罩、车体、转向架等主承载结构。2018年9月，在德国柏林国际轨道交通技术展上，中国中车发布了新一代碳纤维地铁车辆“CETROVO”，成功突破碳纤维大型复杂件结构设计、制造成型等关键技术，实现了碳纤维复合材料在车辆主承载结构上的全面应用[3]。高速动车组车下设备舱位于车体下部，能够减小列车运行时的空气阻力、保护高速列车车下重要设备，必须具有较好的结构特性才能满足其高速运行时的强度要求，保证车下设备的正常功用[4]。复合材料随着设计制造水平的成熟，也逐渐被应用于设备舱结构中。2013年，中车四方与恒神公司研制的次承载件碳纤维材料设备舱裙板在城际动车组上装车试运行，不仅具有优异的抗冲击性能和阻燃性能，并且相比铝合金材质设备舱裙板减重30%以上[2]。王明猛等[5]设计了AFRP设备舱底板，仿真结果表明其符合冲击静强度要求，固有振动频率远高于铝合金结构，参考航空复合材料设计采用许用应变作为强度评判依据。……