המונחים: high-Speed Rail Materials

מערכות רכבת מהירות גבוהה (HSR) מייצגות את קצה התחבורה הקרקעית, הפעלה שגרתית במהירויות של מעל 300 קמ"ש במהירויות אלה, האינטראקציה בין הרכבת וסביבתה יוצרת מערכת תובענית ייחודית של תנאים עבור חומרים מדעיים. Windows ופאנלים חיצוניים אינם רק רכיבים אסתטיים; הם משמשים כמכשול העיקרי נגד כוחות אווירודינמיקה, וריאציות במהלך מנהרה, מפגעים במהירות גבוהה ולהפחית את החומרים המשתנים של אנרגיה מתקדמת אלה, כדי לעמוד בטמפרטורות מהירות גבוהה, כדי לעמוד בטמפרטורות מהירות גבוהה, כדי לעמוד בטמפרטורות מהירות גבוהה, ומהירות גבוהה, ולהפחית את החומרים המשתנים, ומהירות גבוהה, על פני השטח של חומרים מתקדמים, על פני השטח של חומרים מתקדמים, על מנת לעמוד בטמפרטורות מהירות גבוהה.

דרישות חומריות וקריטריונים לביצועים עבור מערכות חיצוניות

לפני בחינה של חומרים ספציפיים, יש צורך להגדיר את המעטפה של הביצועים הנדרשים עבור רכיבי החיצוני HSR. קריטריונים הבחירה להרחיב הרבה מעבר כוח מבני בסיסי, כולל איזון הוליסטי של תכונות פיזיות, כימיות ותרמיות.

(FLT:0) כוח מכני וחוסן השפעה: ⁇ 1 (FLT:1) העור החיצוני של רכבת מהירה גבוהה חייב לעמוד בפני השפעות מאבנים, ברד, וציפור מכה במהירות של מעל 300 ק"מ / שעה, התנגשות עם ציפור במהירויות אלה יכול להונות כוחות שווה ערך למספר טון, הדורשים חומרים עם יכולות קשיחות ואנרגיה יוצאי דופן.

(FLT:0)Fire, עשן ו- Toxicity (FST) Compliance: סטנדרט בטיחות של קונסולת 1 למניה מתגלגל הם בין המחמירים ביותר בכל תעשייה. in Europe, עמידה ב- EN 45545, ובצפון אמריקה, NFPA 130, הוא חובה על לוחות וחלונות אחוריים להגביל את שחרור החום, התפשטות, עשן, גז רעיל ופליטות גז זה דורש לעתים קרובות.

(FLT:0Weight Reduction and Energy Efficiency:BuildFLT) 1:1 קיים קשר יסודי בין מסת כלי רכב צריכת אנרגיה. Reducing משקל של רכבת מהירה מורידה כוחות לא מורשים, מקטין את משקפי המסלול, ומאפשרת האצה גבוהה יותר ומהירויות העליון.כל קילוגרם שנשמרו ללא פעילות גופנית או מבנה גוף תורמים ישירות לחיסכון תפעולי ולרווחים מורחבים.

(FLT:0) עמידות סביבתית: FLT:1 רכבות HSR חוצה מגוון רחב של תנאים אקליםיים.חומרים חייבים להתנגד להשפלה אולטרה סגולה (UV), חשיפה לאזון, ערפל מלח (במיוחד בסביבות החוף), חשיפה כימית (נוזלים דה-קלינג, סוכני ניקוי), ורכיבה תרמית מטמפרטורות תת-אפס-חורף אינטנסיביות להתחממות השמש של פני השטח ה- 70 ו-C;

חומרים מתקדמים עבור High-Speed Train Glazing Systems

גאזינג על רכבת מהירה חייב לספק חשיפה בלתי-ממוקדת לנהגים ולנוסעים, להגן מפני קרינה אולטרה-אדום וקרינת אולטרה-אדום, להבטיח שלמות עיתונות במנהרות, ולשמור על שלמות מבנית תחת השפעה.התעשייה עברה לעבר פתרונות מתוחכמות כדי לעמוד בדרישות המגוונות הללו.

זכוכית עם PVB Interlayers

זכוכית מחוסמת נותרה תקן התעשייה עבור מנועי רוחדות וחלונות נוסעים.זה מורכב משתי שכבות או יותר של זכוכית מחוסמת או חום מכווצת עם פוליווינל של 99% (PVB) או ethylene-vinyl acetate אלקטרו-רובד מתקדם (EVB) יכול להפחית את הצמידים הפנימיים של ה-UVide, אם הוא שומר על בטיחות בתוך שבר: ה-Vlayer מחזיק זכוכית שבורה, לעתים קרובות, מונע ממלכודת מים אחורית של מצעים פנימיים של מצעים נוספים.

Polycarbonate ו Acrylic Glazing עבור חיסכון במשקל

עבור יישומים שבהם ירידה במשקל היא הנהג הראשי, פולימרים שקוף כגון פוליקרבונט (PC) ופוליל מתיל methacrylate (PMMA) מציעים יתרונות משמעותיים. פוליקרבונט מספק התנגדות משמעותית השפעה גבוהה יותר מאשר זכוכית, עד 250 פעמים יותר עמידים השפעה על עובי, בערך מחצית המשקל.זה הופך אותו מתאים במיוחד עבור חלונות צד ולוחים אחוריים.

קידודים פונקציונליים עבור Windows Systems

כדי למקסם את הביצועים, חלונות רכבת מהירה מטופלים עם מגוון של ציפוי פונקציונליים.בהירות נמוכה (Low-E) ציפויים, בדרך כלל מורכב שכבות דקות מיקרוסקופיות של כסף או טיני, לשקף חום אינפרא אדום תוך שידור אור גלוי לעין.זה מפחית את רווח חום השמש שצוין בתוך התא, שיפור נוחות הנוסע וצמצום עומסי אוויר (AR) להפחית את ציפויים אופטיים לתפקודי נשימה מהירה יותר, כגון LT2, כדי שיפור בטיחות חשמלית).

חומרים מתקדמים לפאנלים בגוף חיצוני

מעטפת הגוף החיצוני של רכבת מהירה גבוהה היא מבנה מונדס מאוד הדורש שילוב מדויק של כוח, קשיחות, משקל נמוך. רכבות מודרניות לנצל מגוון של חומרים מתקדמים, לעתים קרובות בתצורה היברידית, כדי להשיג מטרות אלה.

Carbon סיבים Reinforced Polymers (CFRP)

מרוכבים סיבי פחמן הפכו לחומר המכונן של הדור האחרון של רכבות מהירות גבוהה בשל הנוקשות והעוצמה הספציפיים שלהם.ה-FLT:0Shinkansen N700SearFLT:1, למשל, מנצל מעטפת גג מרוכמת פחמן מרוכמת כדי להוריד את מרכז הכבידה, להפחית במשקל ולשפר את ה-FRP מציע יחס של משקל משקל-ל-עד בערך פי חמש של יחס של פלדה-שלוש של בערך פי שלושה.

הבחירה של סיבים חוזרים ו- resin matrix היא קריטית. Standard Modulus (240 GPa) ומודולוס ביניים (300 GPa) סיבים פחמן משמשים בדרך כלל בפורמטים pre-regnated (pre-preg) עם סיבים מורכבים של epoxy.com) כדי לעמוד בדרישות FST , phenolic או פולימדיקים משמשים לעתים, למרות שהם מציגים את התהליכים ה-Freligic שלהם הם מופעלים באופן משמעותי על ידי טיפול תרופתי.

שיקול משמעותי עבור CFRP במסילות רכבת הוא מוליכות חשמלית.סיבים פחמן הוא מוליכים חשמלית, אבל ממטריקס פולימר הוא לא.זה מעלה נושאים להגנה מפנימת ברק ובסיס של מערכות חשמל. Solutions כוללים שילוב של מרש מתכת (bronze או אלומיניום) לתוך ply החיצוני, החלת צבעי התנהגות, או שילוב חומרים ננו-קפי פחמן (CNT) שמשתנים כדי לשפר את דרך התנהגות.

אלומיניום מתקדם Alloys ו-Frection Stir Welding

⁇ אלומיניום ביצועים גבוהים נשארים חומר תחרותי מאוד עבור מבני גוף HSR, במיוחד עבור ארוך, רציף קיר extrusions. Alloys מן סדרת 6xxx (אל-Mg-Si) ו -7xxx סדרה (אל-Zn-Mg) הם מועדים עבור יחס כוח-ל-משקל מעולה שלהם, עמידות קורוזיה טובה, ו- Weldability.

הטכנולוגיה ההצטרפות שהופכת את הפילוסופיה העיצובית הזו ל-FLT:0 (FSW) סטרלינג (FSW) 1:1 .FSW הוא תהליך הצטרפות מוצק מדינה המשתמש כלי מסתובב לפלסטיק ולשלב את החומר ללא היתוך זה.זה מבטל הרבה פגמים הקשורים היתוך של אלומיניום, כגון porosification, סדק מוצק, ועיוות מהיר יותר, שימוש ב-Friated ביצועים גדולים יותר, ו-Flyerine-upallyer של ביצועים גדולים, הוא יעיל, אשר מאפשר ביצועים גדולים, ו-Ferated, ו-Factericial, אשר מאפשר ביצועים גבוהים יותר, ו-Ferine-Frepertain, כמו גם כן, כמו ביצועים טובים יותר, ו-Fer, ו-Freperamplelyerd, עם ביצועים טובים יותר, יעיל, עם ביצועים, יעיל, יעיל, ו-Frad.

המונחים: Thermoplastic Composites

בעוד שתרכובות תרמוסט (epoxy) נשלטות, יש מגמה חזקה בתעשייה כלפי תרכובות תרמופלסטיות מוחלשות עבור לוחות חיצוניים HSR (חומרים כגון Polyeintherketone (PEEK), Polyphenylsulfone (PPSU), ופולימיד (PA) התחזקו עם פחמן או סיבי זכוכית מציעים יתרונות ברורים: קשיחות גבוהה והתנגדות מעולה, עמידות מעולה, מדף כימי בלתי מוגבל של מחזורי גלם, עיבוד מהיר יותר.

ניתן ליצור את ה-rmoplastics באמצעות תהליכים מהירים כמו יצירת חותמת, עובש דחיסה, ו overmolding. a פחמן סיבים / PEEK פאנל יכול להיות מוטבע בעיתונות חמה בתוך 5 דקות, בהשוואה השעה או יותר נדרש לרפא חלק epoxy ב- autoclalive, יתר על כן, thermoplastics הם בריחת, המאפשרת באמצעות אודיו או ניכוי ללא צורך עבור רפורמות מכנית כמו גם כן, כמו גם צינורות גדול של תעשיית העורכים.

מבנה הפאנלים של כריך

כדי להשיג נוקשות מקסימלית עם משקל מינימלי, לוחות חיצוניים ופנים רבים בנויים כמבנים כריכים.טכניקה זו מאגמנת שני גליונות פנים דקים, נוקשים יותר (skins) לחומר ליבה עבה וקל משקל.חומרי עור נפוצים כוללים CFRP, GFRP, וגליונות אלומיניום דקים.חומר הליבה נועד לעמוד בפני עומסי Shear ולייצב את העור נגד קבצן.

כמה חומרי ליבה משמשים בהתאם ליישום:

  • (FLT:0) Nomex Honeycomb:FLT:1 [Aramid] נייר טבולד ב phenolic resin, נוצר לתוך a hexagonal דבשcomb. מציעה עמידות כוח מעולה למשקל ולאש.שימוש נרחב עבור אולמות פנימיים ופאנלים מבניים.
  • (ב) ⁇ :0[32]: [=][דרוש]]] מעצמה ונוקשות גבוהה מאוד בטמפרטורות גבוהות, שמתאימות לפאנלים הרצפה ולעמודי ראש שבהם יש עומסים מבניים גבוהים, דורשים הגנה על קורוזיה זהירה.
  • (FLT:0) פואם Cores:FearLT:1 ריגיד קצף תאים סגורים, כגון PMI (Rohacell) ו- PET, לספק תכונות מכניות טובות, ביצועים מצוינים באש, והתנגדות לחות גבוהה בהשוואה ל-Jamcomb. PET קצף הם יותר ויותר פופולריים בשל יכולת מחזוריותם ועלויותיהם יעילות.

טכנולוגיות ייצור והצטרפות לשיטות

אימוץ חומרים מתקדמים קשור באופן מהותי לפיתוח טכנולוגיות ייצור יעילות ואמינה.הייצור של פאנל גוף רכב מורכב יחיד כרוך בכלי מתוחכמת ובקרה של תהליכים.

מיקום סיבים אוטומטיים וטייפה

עבור רכיבים מבניים גדולים כמו פגזי האף והגגות, מיקום סיבים אוטומטיים (AFP) היא שיטת הייצור המועדפת. AFP מכונות להציב פסים צרים מרובים (לגביות) של חומר טרום-פרוג על פני השטח של כלי, עם כל אחד מהם שניתן לשלוט באופן אישי עבור התחלה, לעצור, לחתוך.זה מאפשר יצירת ג'ממטים מורכבים מאוד עם טיפות חום וחיזוקים מקומיים בדיוק מותאם לנתיבי העומס.

Rein Transfer מוליד ו-High-Pressure RTM

לייצור גבוה של חלקי מבניות, Resin Transferding (RTM) ו- High-Pressure RTM (HP-RTM) צוברים מתח.בתהליכים אלה, preform סיבים יבשים ממוקם בתבנית סגורה, ו-נוזל resin מוזרק תחת לחץ.HP-RTM מאפשר מחזור של פחות מ 5 דקות עבור חלקים מורכבים, עמידה בקצב הייצור הנדרש לייצור.

כיוונים עתידיים ב High-Speed Rail Materials Science

מחקר ופיתוח בתחום זה מאיצים, מונעים על ידי דרישות של מהירויות הפעלה גבוהות יותר, מטרות סביבתיות מחמירות יותר, ואת הצורך להפחית את עלויות מחזור החיים.

מערכות בר קיימא וביו-Derived Composite

תעשיית הרכבות מתמקדת יותר ויותר בהפחתת טביעת הרגל פחמן שלה.זה מניע עניין במשגרים המבוססים על ביולוגית, שמקורם בשמן צמחיים או לירניין, אשר יכול להפחית באופן משמעותי את תכולת הדלק המאובנים של הממטריקס המורכב. בעוד הביצועים התרמכאניים שלהם כיום מגבילים אותם ליישומים פנימיים או מבניים, המחקר מתקדם במהירות.

מבנים חכמים ורב-תפקודיים

הדור הבא של רכבות HSR יהיה תכונה משולבת חישה וכושר הפעלה.FLT:0Structural Health Monitoring (SHM)03FLT:1 למערכות, באמצעות סיבים משובצים Braggating (FBG) חיישנים או כתמים אדזואלקטריים, יכול גם לפקח באופן קבוע על פעילות גופנית, וטמפרטורה במרכיבים קריטיים כמו גוף המכונית ו-Bgie נתונים אלה מאפשרים תחזוקה חיזויית, צמצום של פעולות ריפוי עצמיות, אשר מכילות.

שיפור ננו-חומרי ביצועים חמים וחשמליים

שילוב nanomaterials הוא מאפשר מפתח עבור מקרלים רב תפקודיים.FLT:0Carbon ננוtubes (CNTs) ו גרפן ננופליםFLT:1 מווספים לפולימרים כדי לשפר את התכונות מעבר למה שהושג עם סיבים קונבנציונליים. a קטן של CNTs מחוספס יכול להגדיל באופן דרמטי את ההתנהגות התרמית של resin, עוזר לבנות את קצבי תיבות של הגנה מגנטית גבוהה יותר, כמו גם כן, 000.

מסקנה

חומרים מתקדמים הם הטכנולוגיה המאפשרת מאחורי הביצועים יוצאי דופן של רכבות מהירות מודרנית.מחלונות זכוכית מלוטשים המשלבים בטיחות עם נוחות תרמית סיבים פחמן וסגסוגת אלומיניום לוחות גוף המספקים כוח שאין כמותו משקל מינימלי, כל חומר מותאם לתפקיד הספציפי שלו בתוך מערכת תובענית מאוד.השילוב המוצלח של חומרים אלה באמצעות תהליכי ייצור מתקדמים כמו מתחמי חיכוך וסיבים אוטומטיים הוא עדות ליכולות מתקדמות יותר של רכבות חכמות, כולל מהירות יותר, לחץ על פני מבנים מתקדמים יותר, לחץ חומרים מתקדמים יותר, כולל שיפור חומרים מתקדמים יותר, כמו תהליכי ייצור, וחדשנות מהירה יותר, כמו תהליכי ייצור מתקדמים יותר ויותר, כולל שיפור חומרים מתקדמים יותר ויותר, כמו תהליכי ייצור מתקדמים יותר ויותר, כולל שיפור ביצועים מתקדמים יותר, כולל שיפור ביצועים מתקדמים יותר, כמו תהליכי ייצור, כמו תהליכי ייצור, כמו מתחומים מתקדמים יותר, כולל שיפור יעיל יותר ויותר, כמו מתחמי ייצור מתקדמים יותר, כמו החידושים מתקדמים יותר ויותר, כמו תהליכי ייצור מתקדמים יותר ויותר, כולל שיפור יעיל יותר, כמו החידושים מתקדמים יותר, כמו החידושים מתקדמים יותר, כמו מתחמי ייצור מתקדמים יותר ויותר, כמו החידושים מתקדמים יותר ויותר, כמו החידושים מתקדמים יותר, כמו מתחמיציבים מתקדמים יותר, כמו החידושים מתקדמים יותר ויותר, כמו החידושים מתקדמים יותר ויותר, כמו החידושים מתקדמים יותר ויותר, כמו