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交通工具正遭遇颠覆! 全球首创世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体在中车研制成功

2018-01-07 09:47 来源: 中国中车

轻点儿,再轻一点......

让笨重的车辆轻盈飞跑,让车辆不断减肥而又不失坚固结实,始终是科学家们的梦想。在过去一百年甚至更长的时间里,交通工具经历了从“木材时代”的马车、“钢铁时代”的火车到“铝材时代”的飞跃,才有今天的飞机上天、高铁飞驰。

今天,中国中车正在将交通工具从“钢铁时代”、“铝材时代”推向“碳材时代”,促进车辆减重35%以上,推动交通工具的“材质革命”。这是中国中车为世界交通贡献的“中国智慧”和“中国方案”。

这样子,看看就足够轻盈

新年伊始,中车长客股份公司在轨道交通领域再获重大突破,研制出具有完全自主知识产权的世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体。此次全复合材料车体的成功研发,不仅带来车体减重、节能减排降耗、提高安全性、舒适性和使用寿命等,更重要的是探索了碳纤维复合材料在轨道交通大批量工业化生产应用的方向和实施路径。

据了解,该车体采用薄壁筒形整体承载结构,车体长度为19000 毫米,车体宽度为2800毫米 ,车体顶面距轨面高度为3478毫米。性能精良,特点凸显。

车体轻量化程度高。这是初中生都能算明白的结论,铁(Fe)原子量为56、铝(AL)原子量为27、碳(C)的原子量仅为12,材料密度变化剧烈。中车长客生产的全复合材料地铁车体充分发挥了碳纤维复合材料的优越特点,可以用更轻的材料完成与金属材料同等的结构设计,使整车较同类地铁金属车体减重约35%,从而对提高车体的运载能力、降低能源消耗、降低全寿命周期成本、减少线路损害等具有重大意义。

突破多项技术难点。全复合材料地铁车体突破了整体承载地铁车辆复合材料车体设计分析技术、车体连接技术、复合材料低成本及大尺寸制件的成型制造技术及复合材料车体静强度试验技术,进行了10余种材料性能测试,6000多个元件、典型件、组合件、全尺寸试验件等积木式设计验证试验,经过反复优化论证,解决了复合材料应用于轨道车辆承载结构面临的难点,车体最终性能优异,满足在极限恶劣工况和环境下的使用要求。

安全性高,使用寿命长。中车长客对车体的各项性能指标也进行了大量验证,经仿真分析验证了车体疲劳强度方面的优势,使车体具有更高安全性和可靠性。车体的抗振动能力也较同类金属车体提高了18%以上,更有效的防止了车身与转向架之间的共振。由于车体运用的复合材料具有良好的耐腐蚀性、耐酸性和耐碱性能,车体不需进行特殊的防腐蚀处理即可在许多金属通常会发生氧化、腐蚀的环境中长期使用,使用寿命超过不锈钢材料。

乘坐舒适度好。车体用复合材料的隔热性能很强,导热系数接近防寒材,全复合材料车体的隔热性能近乎铺设了防寒材的金属车体;复合材料车体的隔声性能同样优于金属车体,大大降低了车体的振动和噪声,提高乘坐舒适度。

尺寸精度高,外观质量好。利用复合材料可设计性强、可一体化成型的特点,全复合材料车体最大限度地实现部件整合、零件整合,通过模具一体成型。车体各模块之间采用机械连接,消除了传统金属车体因焊接变形导致的尺寸偏差和形位偏差,提高了车体尺寸精度和外观质量。

为国内建立完整的轨道行业标准打下基础。新材料特别是碳纤维材料在轨道交通行业不仅缺乏应用,更缺乏各类标准,此次车体研制结合国际航空领域在碳纤维的成功应用经验和标准,创造性地探索碳纤维在轨道交通行业应用的材料标准、设计准则、工艺指南、质检标准、试验判定和维护策略等,为国内建立完整的轨道行业标准打下基础。

据悉,中车长客始终致力于前沿技术的研究,不断提升研发能力。全碳纤维复合材料车体研发和试验完全独立自主完成,并且全部应用国内生产的碳纤维复合材料,具有全部自主知识产权,为后续大批量生产应用和可持续性提供了有力保障。随着我国轨道车辆装备制造业的快速发展,轨道车辆装备制造技术也在逐步提升。碳纤维是国家战略新兴材料,由于新材料特性,国内外在大工业领域包括航空航天等领域都在积极探索应用,但在轨道交通行业的研究主要应用在非主承力的小部件试制上。本次中车长客研发的大尺寸,承载结构全碳纤维复合材料车体不仅属国内首创,国际也未有先河,它的研制成功验证了碳纤维复合材料在轨道交通承载结构上应用的可行性,也为碳纤维复合材料在轨道交通大批量工业化生产应用上步入了新时代。

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