[发明专利]一种多种材料复合动车组车体及其成型方法

说明书

本发明涉及多种材料复合动车组车体及其成型方法，该车体包括金属框架、复合底架单元、复合侧墙单元、复合车顶单元；其中，所述金属框架包括底架、侧墙、车顶、端墙，在所述底架、侧墙、车顶上强度要求薄弱的部位各自开有安装豁口，底架的安装豁口上连接有复合底架单元，侧墙的安装豁口上连接有复合侧墙单元，车顶的安装豁口上连接有复合车顶单元；复合底架单元、复合侧墙单元、复合车顶单元均为内部具有多个空腔的碳纤维复合框架结构，碳纤维复合框架内填充有隔音隔热层和加强泡沫或蜂窝结构。该车体在保证车体强度标准和相关设备接口要求不变的情况下，较同尺寸的铝合金车体重量减轻20％以上，实现轻量化。

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种多种材料复合动车组车体及其成型方法。

背景技术

目前国、内外高速动车组基本都是采用长大中空铝合金型材组焊而成的筒形整体承载结构，车体重量约占整车重量的五分之一。随着动车组对轻量化程度需求的不断提升，车体结构轻量化研究也成为重中之重的任务，但铝合金车体结构受主要材料和设计结构等因素的影响和限制，减重已成为瓶颈，开展轻量化研究异常困难，基本不具备可行性。研发人员曾分析研究目前车体的受力情况和载荷的分布规律，从车体结构和材料着手研究，经对目前的车体结构和材料分析发现，在强度标准不变和气动载荷由±6000Pa增加至±7000Pa的前提下，现有车体结构和材料均无法满足车体重量减轻20％的轻量化指标，即使通过拓扑优化等先进计算分析方法，也不能解决大幅减重的根本性问题。而对于车体结构来说，轻量化一般采用新材料和新技术来实现，其中采用新材料的车体结构能够较大幅度降低车体质量，但由于其成本昂贵，结构复杂，轨道交通应用技术不完善，做为动车组重要承载部件具有较大的风险，同时对整车的车下设备安装和车体制造工艺影响很大。因此，研究新型轻量化车体结构成为当前车体技术发展非常紧迫的任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多种材料复合动车组车体，保证车辆设备安装位置和功能不变、车体强度标准和相关设备接口要求不变的情况下，将现有的高速动车组车体减重20％以上，实现轻量化。

为实现上述目的，本发明提供一种多种材料复合动车组车体，其特征在于：包括金属框架、复合底架单元、复合侧墙单元、复合车顶单元；其中，所述金属框架包括底架、侧墙、车顶、端墙，在所述底架、侧墙、车顶上强度要求薄弱的部位各自开有安装豁口，底架的安装豁口上连接有复合底架单元，侧墙的安装豁口上连接有复合侧墙单元，车顶的安装豁口上连接有复合车顶单元；所述复合底架单元、复合侧墙单元、复合车顶单元均为内部具有多个空腔的碳纤维复合框架结构，碳纤维复合框架内填充有隔音隔热层和加强泡沫或蜂窝结构，所述隔音隔热层设置在加强泡沫或蜂窝结构的上下两侧，且夹在加强泡沫或蜂窝结构与碳纤维复合框架之间。

优选，所述复合底架单元、复合侧墙单元、复合车顶单元与各自的金属框架上的安装豁口纵向采用榫接连接形式，横向采用铆接与胶接相结合的搭接形式。

进一步优选，所述金属框架上的安装豁口纵向连接处的上边梁和下边梁上相对应的开有横纵交替的安装槽，所述复合底架单元、复合侧墙单元、复合车顶单元的纵向连接端加工有与安装槽相连接的榫接结构。

进一步优选，所述金属框架上的安装豁口横向连接处的下边梁上加工有第一安装孔，在碳纤维复合框架上开设第二安装孔，第一安装孔与第二安装孔相对设置，所述复合底架单元、复合侧墙单元、复合车顶单元的横向连接端搭接在金属框架的下边梁上且与下边梁的接触面粘接并通过铆钉穿过第一安装孔、第二安装孔固定。

本发明的另一目的是提供一种多种材料复合动车组车体的成型方法，该方法可针对车体不同部位的受力情况通过轻量化材料选型及应用来设计承载结构，在保证车体强度要求不变的情况下，最大限度的降低车体质量。

为实现上述目的，本发明提供了一种多种材料复合动车组车体的成型方法，具体包括以下步骤：