西班牙talgo 公司联合其国内另外三家公司——aernnova、fidamc和tecnalia，共同研发了一种用于超高速列车的混合复合材料车体结构，该车体由碳纤维增强塑料（cfrp）复合材料和铝制成，重量减轻了25%，这意味着每轴减少了近1吨重量。目前该项目获jec2023 复合材料奖决赛奖提名。
目前，jeccomposites期刊公布了该混合复合材料车体结构的加工过程和材料方案等更多细节内容，而本文针对这些内容进行简要的介绍。
四家专业公司研究了不同类型的材料和工艺，以开发符合en-45545欧洲铁路消防安全标准的轻量化车体结构。shift 2 rail european计划等倡议正在鼓励对创新铁路产品解决方案的研究，其目的是将欧洲铁路系统的运力增加一倍，提高其可靠性和服务质量，同时将生命周期成本减半。
降低当前金属列车车厢结构的重量是实现这些目标的工作之一。复合材料在车厢结构中的使用将减少列车的总重量，从而使其有效载荷（乘客和行李）和速度增加成为可能。
在相关项目支持下，系统研究了不同类型材料在高压灭菌器外(ooa)工艺中的应用，如灌注、半预浸和拉挤，以开发可以在一次性工艺中生产高度复杂结构的工艺组合。此外，在另一个项目中，合作方致力于开发具有高度集成复合材料技术的列车车体，同时满足en - 45545欧洲标准的严格防火要求。
轻量化解决方案
目前的列车车体由金属结构形成，整流罩具有空气动力学、美学、维护、元件保护、安全等功能，但在任何情况下都不是结构性的。支撑主要机械应力的结构包括大量零件，这些零件需要多次连接操作（使用铆钉、螺栓连接或焊接接头），从而增加了制造成本。
该项目的主要轻量化方案是通过使用具有高机械性能的复合材料的一次性制造工艺来将整流罩和结构统一起来。为此，该团队寻找符合铁路标准要求的商业材料，特别关注火-烟雾毒性（fst）复合材料，并选择最合适的材料通过ooa制造工艺进行集成，如灌注、拉挤和ooa半浸透材料。
talgo公司金属列车车体结构的三维cad以及tecnalia公司经简化的一次成型复合材料结构三维cad（从左到右）
将不同的制造技术相结合和集成是实现减重目标的关键。这种组合的主要优势是可以灵活地寻求每种技术的最佳效益，并根据最新的应用定制属性，但由于高度专业化，需要对不同的技术有深入的了解。一体化的主要优点是减少了不同部件之间的机械连接
迭代设计过程包括通过有限元法（fem）进行静态和动态（固有频率模态）分析，计算不同的结构配置，同时考虑到荷载规范的要求和运行中的边界条件。
铁路部门要求车体在机械应力、抗冲击性、振动、声学等方面满足某些高水平的要求和规范。在这里则侧重于en‑45545中规定的铁路车辆的防火要求，其中防火性能要求取决于材料的本质，也取决于材料或部件在设计中的位置（内部或外部）、其具体用途（家具、电工或机械设备）、暴露质量和相对质量，以及材料的形状、厚度和分布，基于上述内容参照相关标准对材料防火性能进行了测试。
演示结构的制造过程
列车底板是车架最关键的结构部分，因为它通过车钩接头在不同车厢之间传递大部分载荷。从13米长、2.8米宽的地板设计开始，设计了一个简化的耦合器区域演示器(1×1.3m)，以验证拉挤型材在泡沫芯夹层结构中的集成，并验证半预浸料材料在具有过渡区域中（例如hvac系统与耦合器的后部集成区域）的层压性和悬垂性。
为了制造演示器结构，设计并制造了一个模具，在这个模具中，起初的下表皮用不同方向的不同层层压，纵向和横向拉挤型材安装在下表皮上。使用薄膜粘合剂和填充膏，在型材之间完成泡沫芯的切割图案。接下来，对上层半预浸料蒙皮进行层压，试图使具有不同取向的层适应形成耦合器和hvac间隙的几何过渡。最后，使用真空袋进行压实和固化，将零件在100ºc的烘箱中固化4小时。铣削后得到的结果如下所示。
放大装置的生产过程与实际测试
一旦制造过程得到验证，就决定制造一个完整列车车体截面的全尺寸演示器，在部件设计和必要模具方面获得的所有知识都被复制，随后为talgo高速列车的中间客车制造了一个1:1比例的混合复合材料车体结构演示器。
talgo 350是一种高速列车，已经在西班牙运行了15年，talgo hhr变体在沙特阿拉伯运行了5年。车身的主要尺寸为：长12140毫米×宽2942毫米×高3055毫米，轴距13140毫米。
车身分为两个主要部分，在组装过程结束时集成在一起：端壁由铝和碳纤维增强塑料制成，主管(车顶、侧板和地板/主框架)由整体、三明治和拉挤型材制成。用于制造复合材料部件的技术是基于符合铁路fst标准的cfrp半预制材料的手动和半自动铺设，这避免了在制造主管时在钢或铝上进行焊接。
cfrp车身组装图（左）和内视图（右）
总之，该技术提供的优势。
重量减轻25%，有效载荷容量更高降低能耗简化的装配过程（避免铆接和焊接操作）将技术准备水平（trl）提高到trl 6/7
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