碳纤维复合材料在铁路机车转向架设计中的应用

张虎

摘要：碳纤维复合材料因具有密度低、耐腐蚀好等优点，得以广泛用于航空航天、轨道交通、汽车等领域。基于此，选取碳纤维复合材料为对象，在阐述碳纤维复合材料优点、特点及其在不同领域使用等内容基础上，通过体—壳混合单元创建相应的碳纤维复合材料转向架计算模型，对其超常、模拟运营载荷条件下静强度及疲劳强度进行评估，结果表明：使用T700碳纤维/环氧复合材料设计的转向架结构简单，其静强度、疲劳强度较好。

关键词：碳纤维复合材料;铁路机车;设计;转向架;疲劳强度

中圖分类号：TQ050.43;U260.331

文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）06-0044-06

Application of carbon fiber composite materials in the design of railway locomotive bogies

ZHANG Hu

（Guoneng Baoshen Railway Group Maintenance Branch， Yulin 719316， Shaanxi China

）

Abstract：Carbon fiber composite materials are widely used in aerospace， rail transit， automobile and other fields due to their low density and good corrosion resistance. Based on this， this paper selects carbon fiber composite materials as the object， and on the basis of expounding the advantages and characteristics of carbon fiber composite materials and their use in different fields， creates a corresponding carbon fiber composite material bogie calculation model through the body-shell hybrid element. The static strength and fatigue strength are evaluated under abnormal and simulated operating load conditions. The results show that the bogie designed with T700 carbon fiber/epoxy composite material has a simple structure with good static and fatigue strength.

Key words：carbon fiber composite material; railway locomotive; design; bogie; fatigue strength

随着铁路交通行业的快速发展，各国把高度铁路运输列入用于缓解航空、水路及公路运输一种重要的途径，对机车速度、经济及其舒适性提出更高的要求。为达到铁路机车运行实际需求，机车应具有性能好、舒适度好、结构简单等优点。基于此，采用质量轻、性能好的复合材料代替传统金属材料制作铁路机车各部件成为发展的必然趋势。转向架是支撑铁路机车及承受车辆载荷，确保整个机车平稳运行的重要部件，对其开展轻量化设计成为必然的趋势。与传统钢材料相比，碳纤维复合材料具有抗击强度好、裂纹扩散迅速等优点，将其用于地铁机车转向架，对于机车轻量化、节能效果好等具有重要的意义。本文针对铁路机车转向架开展仿真计算，包含静强度、疲劳强度，结果表明：碳纤维复合材料用于设计铁路机车转向架强度能达到实际工况要求，其力学性能满足设计要求。……