高速动车组铝合金车体轻量化方向
作者：尹华来源：《科学与技术》2019年第3期
摘要：高速动车组的速度在不断提升，在提升牵引功率的同时，为了降低能耗，降低车辆的结构重量同样关键。一列动车组，铝合金车体的重量约占整车重量的五分之一。本文从计算和试验评价标准、复合材料的应用、7000系铝合金的应用三个方面阐述了高速动车组铝合金车体的轻量化思路，供后续设计参考和研究。
关键词：动车组；铝合金；车体；轻量化
引言
目前，国内外超过200kmh速度等级的高速列车车体材料基本都是铝合金，是因为铝合金车体具有以下优点：1）能大幅度降低车辆自重，在相同条件下，与钢质车相比自重降低约3035。2）具有较小的密度及杨氏模量，对冲击载荷有较高能量吸收能力。3）可运用大型中空挤压型材进行气密性设计，提高车辆密封性能。4）采用大型中空挤压型材制造的板块式结构，可减少车体同设备之间连接元件的重量与数量。5）可设计性强，成型容易，整车焊接量小，制造成本低。
尽管目前的铝合金车体重量已经很轻，但随着高速列车速度的不断提升，为了节省牵引功率，降低列车的运行能耗，减少车辆对线路的冲击，提高车辆的启动加速度及制动减速度，仍需要对铝合金车体做进一步的轻量化研究，根据近几年的大量试验及实际车辆运用经验分析，高速动车组铝合金车体可以从计算和试验评价标准优化、复合材料应用、7000系铝合金应用、工况优化等方面进行轻量化。
1计算和试验评价标准优化
近几年研发的高速动车组中，大部分铝合金车体都采用了搅拌摩擦焊技术，但是只用到了搅拌摩擦的焊接变形小及焊缝成型稳定的优点，并没有应用到焊接接头强度更高的优势。在进行车体结构强度校核和试验时，搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳强度和静强度是用相对应的弧焊标准进行替代的，偏于保守。通过大量的搅拌摩擦焊与MIG焊的焊接接头性能对比（轨道车辆的车钩座和裙板）表明，采用搅拌摩擦焊的铝合金焊接接头性能明显优于传统MIG焊，MIG焊接头的屈服强度约为母材的65，FSW接头的屈服强度可达到母材的80。同时，搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳性能也优于MIG焊。如果后续用搅拌摩擦焊的实际数据进行计算和试验，牵枕缓区域的结构不仅可以得到优化，重量也会降低很多。
在对铝合金车体静强度分析和试验时，目前采用的评价标准为EN199912007，以ENAW6005AT6状态铝合金为例，母材的屈服强度为200MPa，焊接接头的屈服强度为115MPa，而在众多的实际测试中，焊接接头的屈服强度都能达到母材r