CN106354986B - 高强度碳纤维复合材料定位器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度碳纤维复合材料定位器及其制造方法，该定位器包括主梁、套筒、金属销，主梁包括主体和连接接头，连接接头设于主体的一端，主体的另一端埋设有套筒，套筒连接安装座，连接接头埋设有金属销，金属销设有用于固定电缆线的金属线夹；该种高强度碳纤维复合材料定位器，通过分别在主体埋设套筒，在连接接头埋设金属销，能够增强主梁与安装座、主梁与金属销间的连接性能。主梁采用一次整体成型，能够保证结构的稳固，一体化设计减少零件装配，使用更可靠、更方便。主梁使用碳纤维材料减轻质量的同时提高结构性能。该种高强度碳纤维复合材料定位器，能够满足使用要求、且性能更加优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度碳纤维复合材料定位器及其制造方法。
背景技术
随着国内轨道交通行业的高速发展和技术不断进步，轨道交通对于轻量化的要求越来越高。在《“十三五”规划》草案中，对城轨地铁轻量化提出了明确的指标要求：减重10%、降噪3dB、降耗15%。
传统金属材料已经很难满足轻量化发展需求。而碳纤维复合材料作为一种新型材料，具有比强度和比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳、阻尼性能好、高安全性、可设计性强以及易于整体成型等特点，在航空、航天等领域获得成熟应用。随着低成本碳纤维复合材料技术的不断发展，原材料与制造成本不断降低，已经成为解决轨道交通轻量化问题的绝佳选择。
定位器为高铁接触网的一个零件，在使用过程中由于定位器的振动疲劳容易导致原铝合金定位器有裂缝，且现有定位器各部件间的连接性能不理想。因此，上述问题是在定位器的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度碳纤维复合材料定位器及其制造方法，满足产品的工作载荷，振动疲劳要求，提高连接的稳定性的碳纤维复合材料定位器，解决现有技术中存在的上述问题。
本发明的技术解决方案是：
一种高强度碳纤维复合材料定位器，包括主梁、套筒、金属销，主梁包括主体和连接接头，连接接头设于主体的一端，主体的另一端埋设有套筒，套筒连接安装座，连接接头埋设有金属销，金属销设有用于固定电缆线的金属线夹。
进一步地，连接接头与主体垂直设置。
进一步地，主体整体采用弧形且主体的截面为工字型，连接接头的截面为工字型。
进一步地，主梁采用碳纤维复合材料制成，且主梁采用一次整体成型。
一种高强度碳纤维复合材料定位器的制造方法，采用以下步骤制成，
步骤1、材料设计，根据定位器使用条件选择出满足高铁接触网定位器使用条件的碳纤维复合材料；
步骤2、初步确定结构形式，出于整体成型考虑以及装配要求，采用权利要求1-3任一项所述的高强度碳纤维复合材料定位器的结构形式；
步骤3、通过有限元软件分析计算将主体和连接接头整体设计成工字形主梁，连接接头的端部预埋金属销，主体的预埋金属套筒；
步骤4、使用有限元软件对结构整体进行分析，调整碳纤维复合材料铺层层数、方向以及顺序，对于主承载区域局部结构加强，确定主梁结构具体尺寸，确定套筒及金属销结构，优化制品结构并计算校核；
步骤5、使用Catia的CPD模块建模，作出高强度碳纤维复合材料定位器复材的铺层结构，根据铺层设计将裁好的碳纤维织物预浸料在相应的模具上铺设出主梁，套筒、金属销在铺设主梁时预埋，并进行固化整体成型；脱模后即可得到制备好的高强度碳纤维复合材料定位器。
本发明的有益效果是：该种高强度碳纤维复合材料定位器及其制造方法，通过分别在主体埋设套筒，在连接接头埋设金属销，能够增强主梁与安装座、主梁与金属销间的连接性能。主梁采用一次整体成型，能够保证结构的稳固，一体化设计减少零件装配，使用更可靠、更方便。主梁使用碳纤维材料减轻质量的同时提高结构性能。该种高强度碳纤维复合材料定位器，能够满足使用要求、且性能更加优异。该种高强度碳纤维复合材料定位器，能够充分利用碳纤维的高比强度、高比模量以及抗疲劳振动能力。
附图说明
图1是本发明实施例高强度碳纤维复合材料定位器的结构示意图；
图2是实施例中主梁与套筒、金属销的结构示意图；
图3是实施例中连接接头与金属销的结构示意图。
图4是实施例中主体与套筒的结构示意图。
图5是实施例中主体的截面结构示意图。
其中：1-主梁，2-套筒，3-金属销，4-安装座，5-金属线夹，6-电缆线；11-主体，12-连接接头。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种高强度碳纤维复合材料定位器，如图1和图2，包括主梁1、套筒2、金属销3，主梁1包括主体11和连接接头12，连接接头12设于主体11的一端，主体11的另一端埋设有套筒2，如图4，套筒2连接安装座4，如图3，连接接头12埋设有金属销3，金属销3设有用于固定电缆线6的金属线夹5。连接接头12与主体11垂直设置。主体11整体采用弧形且主体11的截面为工字型，连接接头12的截面为工字型，如图5。主梁1采用碳纤维复合材料制成，且主梁1采用一次整体成型。
该种高强度碳纤维复合材料定位器，通过分别在主体11埋设套筒2，在连接接头12埋设金属销3，能够增强主梁1与安装座4、主梁1与金属销3间的连接性能。主梁1采用一次整体成型，能够保证结构的稳固，一体化设计减少零件装配，使用更可靠、更方便。主梁1使用碳纤维材料减轻质量的同时提高结构性能。
该种高强度碳纤维复合材料定位器，能够满足使用要求、且性能更加优异。该种高强度碳纤维复合材料定位器，能够充分利用碳纤维的高比强度、高比模量以及抗疲劳振动能力。
一种高强度碳纤维复合材料定位器的制造方法，采用以下步骤制成，
步骤1、材料设计，根据定位器使用条件选择出满足高铁接触网定位器使用条件的碳纤维复合材料；使用环境温度为-45℃~60℃，因此选择中温固化体系的树脂；定位器产品的试验验收条件为振动试验200万次，疲劳50万次，需选择力学性能参数较好的预浸料型号，单向带0°层压板试验，模量≥140GPa，强度≥1700MPa，织物0°层压板试验模量≥60GPa，强度≥650MPa。
步骤2、初步确定结构形式，出于整体成型考虑以及装配要求，采用权利要求1-3任一项所述的高强度碳纤维复合材料定位器的结构形式；
步骤3、通过有限元软件分析计算将主体11和连接接头12整体设计成工字形主梁1，连接接头12的端部预埋金属销3，主体11的预埋金属套筒2；
步骤4、使用有限元软件对结构整体进行分析，调整碳纤维复合材料铺层层数、方向以及顺序，对于主承载区域局部结构加强，确定主梁1结构具体尺寸，确定套筒2及金属销3结构，优化制品结构并计算校核；调整碳纤维复合材料铺层层数、方向以及顺序，具体为：根据有限元计算结果，调整结构的局部铺层比例，如在工字梁腹板处0/45/90铺层比例为25/50/25，后根据有限元软件分析结果，进行铺层比例调整为30/40/30，同时在受力较大区域进行补强1mm0°铺层，如在主体11和连接接头12的连接处进行补强1mm0°铺层。
步骤5、使用Catia的CPD模块建模，作出高强度碳纤维复合材料定位器复材的铺层结构，根据铺层设计将裁好的碳纤维织物预浸料在相应的模具上铺设出主梁1，套筒2、金属销3在铺设主梁1时预埋，并进行固化整体成型。脱模后即可得到制备好的高强度碳纤维复合材料定位器。
与现有技术相比，上述通过对高强度碳纤维复合材料定位器从设计到优化及制备，充分利用碳纤维材料的高比强度、高比模量，提高了结构的可靠性，同时与原制品相比大幅度减轻质量。实施例一体化设计减少零件装配，使用更可靠、更方便。
以上所述的具体实例只是为了详细说明本发明，但是在不损害本发明的宗旨和范围的情况下，可以进行各种变更、修改。这些变更和改进都落入要求保护本发明范围内本发明要求保护范围所附权利要求书及其等效物界定。
说明书以上内容显示和描述了本发明主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实施和说明书的描述只是说明技术方案，而不是以任何方式限制其范围，在此前提下，本发明型可以有各种变化和改进，这些都要求在保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高强度碳纤维复合材料定位器，其特征在于：包括主梁、套筒、金属销，主梁包括主体和连接接头，连接接头设于主体的一端，主体的另一端埋设有套筒，套筒连接安装座，连接接头埋设有金属销，金属销设有用于固定电缆线的金属线夹；主体整体采用弧形且主体的截面为工字型，连接接头的截面为工字型；主梁采用碳纤维复合材料制成，且主梁采用一次整体成型；
该高强度碳纤维复合材料定位器，采用以下步骤制成，
步骤1、材料设计，根据定位器使用条件选择出满足高铁接触网定位器使用条件的碳纤维复合材料；
步骤2、初步确定结构形式，出于整体成型考虑以及装配要求，采用所述的高强度碳纤维复合材料定位器的结构形式；
步骤3、通过有限元软件分析计算将主体和连接接头整体设计成工字形主梁，连接接头的端部预埋金属销，主体的预埋金属套筒；
步骤4、使用有限元软件对结构整体进行分析，调整碳纤维复合材料铺层层数、方向以及顺序，对于主承载区域局部结构加强，确定主梁结构具体尺寸，确定套筒及金属销结构，优化制品结构并计算校核；
步骤5、使用Catia的CPD模块建模，作出高强度碳纤维复合材料定位器复材的铺层结构，根据铺层设计将裁好的碳纤维织物预浸料在相应的模具上铺设出主梁，套筒、金属销在铺设主梁时预埋，并进行固化整体成型；脱模后即可得到制备好的高强度碳纤维复合材料定位器。
2.如权利要求1所述的高强度碳纤维复合材料定位器，其特征在于：连接接头与主体垂直设置。
3.一种高强度碳纤维复合材料定位器的制造方法，其特征在于：采用以下步骤制成，
步骤1、材料设计，根据定位器使用条件选择出满足高铁接触网定位器使用条件的碳纤维复合材料；
步骤2、初步确定结构形式，出于整体成型考虑以及装配要求，采用权利要求1或2所述的高强度碳纤维复合材料定位器的结构形式；
步骤3、通过有限元软件分析计算将主体和连接接头整体设计成工字形主梁，连接接头的端部预埋金属销，主体的预埋金属套筒；
步骤4、使用有限元软件对结构整体进行分析，调整碳纤维复合材料铺层层数、方向以及顺序，对于主承载区域局部结构加强，确定主梁结构具体尺寸，确定套筒及金属销结构，优化制品结构并计算校核；
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