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全国产化!我国自研“碳纤维复合材料新技术”长沙亮相

   日期:2021-11-29     来源:科技日报    浏览:281    评论:0    
核心提示:在湖南长沙召开的“中联重科新能源装备及碳纤维复合材料新技术发布会”上,记者了解到,能灵活完成各类工程施工指令动作的碳纤维臂架,应用了中联重科历经十年技术积累,自主研发的“碳纤维复材-高强金属混合结构技术”。
        11月26日,我国首款国产化碳纤维臂架泵车亮相。

在湖南长沙召开的“中联重科新能源装备及碳纤维复合材料新技术发布会”上,记者了解到,能灵活完成各类工程施工指令动作的碳纤维臂架,应用了中联重科历经十年技术积累,自主研发的“碳纤维复材-高强金属混合结构技术”。

该设计-计算-制造-测试成套技术的研发成功,意味着我国实现了碳纤维复合材料从原材料、制造装备,到设计计算方法、制造工艺的全链条自主化,大幅降低了工程机械领域碳纤维复合材料主承力结构件的价格成本,助力这类以碳纤维为核心的新型结构商用落地。

​我国首款国产化碳纤维臂架泵车。俞慧友 摄

以碳纤维复合材料为代表的轻量化材料,支撑了航空航天装备飞速发展。随着技术的成熟,碳纤维复合材料逐渐在交通、能源、工业等民用领域推广应用。

相较于碳纤维材料常用于的航空航天领域,其在工程装备制造中,技术难度和复杂性更甚。通常,卫星、火箭、飞机等在空中运行,处于相对稳定的运动状态。但工程施工中,具多关节结构的碳纤维细长臂架,需在空中完成各类施工所需的操作动作,运动状态和受力情况复杂多变。同时,碳纤维复合材料还是一种“抗拉(伸)不抗压(力)”的材料。如何制造出可满足工程机械装备需求的“既抗拉又抗压”碳纤维复合材料形成的关键结构,成为业内研究热点。

为解决碳纤维复合材料抗拉不抗压难题,研发团队创新性地提出了“两级混合”设计理念。即,对臂架端部采用高强钢结构和臂体部分碳纤维复合材料结构的装配式混合;对臂体部分,采用碳纤维复合材料和高强钢板叠层式的半金属化混合,实现碳纤维复合材料的抗拉、抗压“双抗”性能。

基于臂架两级混合结构设计,和自研的臂架制造工艺,项目组提出和建立了“混合结构数据库”,形成了计算误差小于10%的“碳纤维复材-金属混合臂架精准计算方法”。此后,通过创新开发的碳纤维复合材料增材式一体成型方法,制造出与钢材有着相同加工性能的整体成型结构。

“泵车使用过程中,通常容易出现臂架异常损伤。我们对此还建立了成套修复方法,修复后的臂架使用性能与新品相当。而通过成套技术制造出的碳纤维复合材料臂架,可显著提高整机轻量化水平。以今天亮相的国产化碳纤维臂架泵车臂架为例,相对钢材料臂架,轻量化可达35%。”中联重科研究院技术研究中心副主任刘延斌说。

中国工程院院士黄伯云则称,碳纤维材料与工程机械装备的结合,有望为工程建筑装备带来“轻”革命,中联重科在这一技术领域走在了全国乃至世界的前面。这种碳纤维复合材料新技术,有望拓宽碳纤维材料的民用应用领域,也有望助力新材料在工程机械领域的发展。


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标签: 碳纤维
 
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