【摘 要】
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随着生活水平的提高和科学技术的进步,人们的出行方式有了更多的选择,对交通工具的舒适性、安全性提出了更高的要求。高速铁路由于载客容量大、速度快、安全稳定、环境舒适、能耗低等特点,成为当下最安全、最经济的出行方式。但是,随着工业技术的发展,能源、资源、环境等全球性挑战日益突出,轻量化成为节省资源、减少污染的重要方法,同时也是现代交通车辆生产制造所追求的目标。提高车体轻量化,就是在保证车体运行安全的基础
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随着生活水平的提高和科学技术的进步,人们的出行方式有了更多的选择,对交通工具的舒适性、安全性提出了更高的要求。高速铁路由于载客容量大、速度快、安全稳定、环境舒适、能耗低等特点,成为当下最安全、最经济的出行方式。但是,随着工业技术的发展,能源、资源、环境等全球性挑战日益突出,轻量化成为节省资源、减少污染的重要方法,同时也是现代交通车辆生产制造所追求的目标。提高车体轻量化,就是在保证车体运行安全的基础上,尽量减轻车体结构的重量。本文根据轻量化原则,首先制备了新型铝基复合材料,利用万能拉伸试验机和维氏硬度仪进行力学性能的测试分析。然后选取车体局部型材,分析截面形状,设计相应的挤压模具,最后将制备的新型铝基复合材料作为车体材料,进行车体型材挤压过程的模拟分析。详细研究内容如下:（1）本文以6061铝合金为基础研究对象,运用纳米颗粒增强铝基复合材料性能的方法,将Al2O3/RGO作为增强体颗粒,采用高能球磨、粉末冶金和热挤压方法制备了不同质量分数的Al2O3/RGO纳米颗粒增强铝基复合材料。（2）探究了铝基复合材料的物理属性和力学性能。测量了新型铝基复合材料的密度及致密度,对复合材料的形貌、物相组成等进行了表征,测试了新型铝基复合材料的机械性能,研究了不同质量分数的Al2O3/RGO对铝基复合材料的影响,并对增强机理进行了分析。（3）通过力学实验发现添加Al2O3/RGO纳米颗粒后铝基复合材料的力学性能得到了很大提升,当Al2O3/RGO为0.1wt.%时,硬度HV（0.1）达到了97.78HV,屈服强度提升到了270MPa,提高了58.9%,抗拉强度上升到286MPa,提高了50.8%,选择性能最优的复合材料作为车体材料。（4）对选取的车体型材进行断面结构分析,根据挤压模具设计准则,对车体型材相应的模具进行了设计和几何建模,并进行了强度校核。由于挤压过程中模具温度和坯料-模具界面接触状态不断变化,是一个多因素耦合的过程,在这个过程中,金属材料在各种应力状态下经历了严重而复杂的变形,很难用大量实验的方法对其进行定量研究,本文使用Hyper Xtrude软件对设计的铝型材挤压模具进行虚拟试模,最后得出型材流速、模具应力分布和挤压时温度的分布。本文通过对Al2O3/RGO纳米颗粒增强铝基复合材料力学性能进行试验,当Al2O3/RGO为0.1wt.%时,复合材料性能最优,将其作为新型铝基复合材料运用到车体型材上,综合模具设计,对型材挤压过程进行了数值模拟,挤压过程达到稳定状态,型材表面良好,达到了实际生产的要求。
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