中国经济导报 中国发展网 记者杨虹
目前，中国的轻质复合材料应用走在世界前列。“经过几年的努力，我们最终研制出了全复合材料悬浮架结构，并通过相关试验考核，已经交付给了中车集团，也希望未来能够在磁悬浮列车上能够真正使用。”北京理工大学副研究员、博士生导师雷红帅及其团队，攻克了复合材料结构制造关键技术，助力国产磁悬浮列车提质提速。
雷红帅介绍说，我们团队一直从事轻质多功能材料与结构的力学设计方法、制造技术和性能评价相关研究工作。2016年～2019年，我们团队和中车集团联合开展的磁悬浮列车复合材料悬浮架结构研制工作，悬浮架结构是磁悬浮列车系统里面最为关键的主承力部件，原来一直采用的是金属铸造结构，重量比较大、零部件比较多、集成化程度也比较低，严重影响了磁悬浮列车速度的提升，以及整车运载效率。我们采用的技术路线是用碳纤维复合材料来替代金属，研制一个轻量化、低成本、一体化程度高的全复合材料悬浮架结构，由于整个结构载荷形式比较多、有36种工况，构型比较复杂、一体化制造难度比较大，还要考虑材料的阻燃特性和烟毒特性等等，当时来讲在国际上都算是一个非常具有挑战性的难题。
雷红帅表示，复合材料在轨道交通装备上，目前应用还是比较多的，比如车体内饰、地板、头罩、裙板、仪表台等等，前期的应用主要集中在次承力结构方面，结构载荷比较小、载荷形式比较单一、制造相对比较容易。
“近期，大家开始关注主承力结构，因为这些结构在整体总量上面占比比较大，比如车体、转向架等。除了刚才讲的我们团队研制的全复合材料悬浮架结构以外，青岛四方、长客他们近期也分别研制了全复合材料的车体结构。总体上来讲，国内目前已开展这些工作，在国际上来讲算是走在前列的。”雷红帅认为，当然还有一些问题需要进一步解决，比如如何进一步降低复合材料结构的制造成本，有没有新的低成本成型工艺，有没有自动化程度和生产效率更高的成型设备；如何提升大尺寸复合材料结构的一体化成型水平，来保证结构的服役安全性和可靠性；如何让复合材料结构具备健康状态自我监测和自我修复能力等等。这些都是需要我们高校和企业共同关注的问题。
那么，轻质复合材料在其他领域应用情况如何？雷红帅介绍说，就我们国内而言，复合材料的研究和应用已有几十年的历史，最早应该是从军机复合材料结构开始，后来逐渐拓展到其他领域。相对而言，在航空航天领域复合材料应用算是比较成熟，有比较完整的设计、制造、加工和使用标准规范，但复合材料在整体结构中的占比与国外相比还有一定差距。另外，复合材料在也风电叶片、海洋平台、石油管道等方面也有一定的应用。近十年来，复合材料也逐渐走进了我们的生活，比如一些体育器材-滑雪板、渔具、自行车等等，比较具有代表性算是在新能源电动汽车上的应用，比如汽车上的四门两盖、车身骨架、电池箱等等。复合材料的使用，通常情况可以提升结构的使用效率、舒适性和安全性等，在军用和民用领域都有着巨大的前景。
