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近日，我國(guó)首款國(guó)產(chǎn)化碳纖維臂架泵車(chē)亮相。在湖南長(zhǎng)沙召開(kāi)的“中聯(lián)重科新能源裝備及碳纖維復(fù)合材料新技術(shù)發(fā)布會(huì)”上，記者了解到，能靈活完成各類(lèi)工程施工指令動(dòng)作的碳纖維臂架，應(yīng)用了中聯(lián)重科歷經(jīng)十年技術(shù)積累，自主研發(fā)的“碳纖維復(fù)材-高強(qiáng)金屬混合結(jié)構(gòu)技術(shù)”。

該設(shè)計(jì)-計(jì)算-制造-測(cè)試成套技術(shù)的研發(fā)成功，意味著我國(guó)實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料從原材料、制造裝備，到設(shè)計(jì)計(jì)算方法、制造工藝的全鏈條自主化，大幅降低了工程機(jī)械領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)件的價(jià)格成本，助力這類(lèi)以碳纖維為核心的新型結(jié)構(gòu)商用落地。

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　　我國(guó)首款國(guó)產(chǎn)化碳纖維臂架泵車(chē)。俞慧友攝

以碳纖維復(fù)合材料為代表的輕量化材料，支撐了航空航天裝備飛速發(fā)展。隨著技術(shù)的成熟，碳纖維復(fù)合材料逐漸在交通、能源、工業(yè)等民用領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

相較于碳纖維材料常用于的航空航天領(lǐng)域，其在工程裝備制造中，技術(shù)難度和復(fù)雜性更甚。通常，衛(wèi)星、火箭、飛機(jī)等在空中運(yùn)行，處于相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。但工程施工中，具多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的碳纖維細(xì)長(zhǎng)臂架，需在空中完成各類(lèi)施工所需的操作動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力情況復(fù)雜多變。同時(shí)，碳纖維復(fù)合材料還是一種“抗拉（伸）不抗壓（力）”的材料。如何制造出可滿足工程機(jī)械裝備需求的“既抗拉又抗壓”碳纖維復(fù)合材料形成的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，成為業(yè)內(nèi)研究熱點(diǎn)。

為解決碳纖維復(fù)合材料抗拉不抗壓難題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“兩級(jí)混合”設(shè)計(jì)理念。即，對(duì)臂架端部采用高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)和臂體部分碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的裝配式混合；對(duì)臂體部分，采用碳纖維復(fù)合材料和高強(qiáng)鋼板疊層式的半金屬化混合，實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的抗拉、抗壓“雙抗”性能。

基于臂架兩級(jí)混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，和自研的臂架制造工藝，項(xiàng)目組提出和建立了“混合結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)”，形成了計(jì)算誤差小于10%的“碳纖維復(fù)材-金屬混合臂架精準(zhǔn)計(jì)算方法”。此后，通過(guò)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的碳纖維復(fù)合材料增材式一體成型方法，制造出與鋼材有著相同加工性能的整體成型結(jié)構(gòu)。

“泵車(chē)使用過(guò)程中，通常容易出現(xiàn)臂架異常損傷。我們對(duì)此還建立了成套修復(fù)方法，修復(fù)后的臂架使用性能與新品相當(dāng)。而通過(guò)成套技術(shù)制造出的碳纖維復(fù)合材料臂架，可顯著提高整機(jī)輕量化水平。以今天亮相的國(guó)產(chǎn)化碳纖維臂架泵車(chē)臂架為例，相對(duì)鋼材料臂架，輕量化可達(dá)35%。”中聯(lián)重科研究院技術(shù)研究中心副主任劉延斌說(shuō)。

中國(guó)工程院院士黃伯云則稱(chēng)，碳纖維材料與工程機(jī)械裝備的結(jié)合，有望為工程建筑裝備帶來(lái)“輕”革命，中聯(lián)重科在這一技術(shù)領(lǐng)域走在了全國(guó)乃至世界的前面。這種碳纖維復(fù)合材料新技術(shù)，有望拓寬碳纖維材料的民用應(yīng)用領(lǐng)域，也有望助力新材料在工程機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展。（編輯：劉義陽(yáng)審核：王小龍）

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