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Data documento: 15-03-2016
Lightweight materials provide opportunities for the next generation of railway vehicles
I materiali leggeri offrono opportunità per la prossima generazione di veicoli ferroviari
Researchers have put forward technical recommendations for adopting lightweight composite materials in the construction of rail car bodies.
I ricercatori hanno proposto raccomandazioni tecniche per l’utilizzo dei materiali compositi leggeri nella costruzione della carrozzeria dei veicoli ferroviari.
The transportation industry has for a long time been engaged in the application of new lightweight materials for primary structural design.
Il settore dei trasporti è da lungo tempo impegnato nell’applicazione di nuovi materiali leggeri per la progettazione strutturale primaria.
In aeronautics, where the weight of an aircraft is a crucial factor for fuel consumption, composite materials are now replacing metallic materials in both structural and non-structural parts.
Nel settore aeronautico, dove il peso di un aeroplano è un fattore determinante per il consumo di carburante, i materiali composti stanno sostituendo i materiali metallici nelle parti strutturali e non strutturali.
The railway industry could also benefit from the use of structural new materials.Anche il settore ferroviario potrebbe trarre vantaggio dall’uso di nuovi materiali strutturali.
If a train’s car body is made of composite materials, the train’s weight would be reduced by 20 to 30 %.
Se la carrozzeria di un treno è fatta di un materiale composito, il peso del treno si riduce del 20-30 %.
These weight savings would result in lower energy consumption and a reduction of at least 5 % of CO2 emissions.
Questa riduzione del peso avrebbe come risultato un più basso consumo di energia e un taglio del 5 % delle emissioni di CO2.
>>> Regulatory limitations
Limiti normativi
Current European legislation does not allow train manufacturers to use composite materials when constructing train car bodies.
L’attuale legislazione europea non permette ai produttori di treni di usare materiali compositi per la costruzione della carrozzeria dei vagoni.
The railway sector currently only uses composites for non-bearing structural components, with steel being most commonly used to construct a train’s car body.
Il settore ferroviario attualmente usa i materiali compositi solo per i componenti strutturali non portanti, mentre l’acciaio è il materiale più usato per costruire la carrozzeria.
One of the key obstacles to overcome has been the lack of suitable certification procedures addressing the specific operational requirements of a railway vehicle.
Uno dei principali ostacoli da superare è stata la mancanza di procedure di certificazione adatte riguardanti gli specifici requisiti operativi di un veicolo ferroviario.
The EU-funded REFRESCO project was set up to provide solutions to this and other obstacles, and pave the way for the adaption of new procedures that will allow for the use of composite materials in rail car manufacturing.
Il progetto REFRESCO, finanziato dall’UE, è stato avviato per fornire soluzioni per superare questo e altri ostacoli e preparare il terreno per l’adattamento di nuove procedure che permettano di usare materiali compositi per la produzione di vagoni ferroviari.
Benchmarking materials
Materiali a confronto
REFRESCO has benchmarked the most promising new materials being used both within and outside the transport sector and which could be integrated into railway rolling stock.
REFRESCO ha confrontato i nuovi materiali più promettenti in uso sia nel settore dei trasporti che in altri settori e che potrebbero essere integrati nel materiale rotabile delle ferrovie.
After an analysis of certification processes and standards applicable to rail vehicle car bodies, the project found that the current European railway certification process gives opportunities for innovative solutions.
Dopo un’analisi dei processi di certificazione e degli standard applicabili alla carrozzeria dei veicoli ferroviari, il progetto ha scoperto che l’attuale processo di certificazione ferroviaria europea offre opportunità di creare soluzioni innovative.
However, the set of technical standards needed to prove compliance for composite car bodies is not yet in place and thus has to be developed further.
Tuttavia, l’insieme di standard tecnici necessari per dimostrare la conformità della carrozzeria composita non esiste ancora e deve quindi essere ulteriormente sviluppato.
Following a gap analysis, REFRESCO concluded that even if some standards need adaptation for composites material behaviour, most can be applied to a composite car body shell without jeopardising safety.
Dopo un’analisi delle lacune, REFRESCO è arrivato alla conclusione che anche se alcuni standard hanno bisogno di essere adattati al comportamento dei materiali compositi, la maggior parte possono essere applicati a una carrozzeria composita senza mettere a rischio la sicurezza.
Structural considerations
Considerazioni strutturali
When studying the practical structural requirements for the adoption of composite materials, the project focused on subjects such as strength, crash and fire resistance, noise and vibration, electromagnetic compatibility and maintainability.
Nello studio dei requisiti strutturali pratici per l’adozione di materiali compositi, il progetto si è concentrato su soggetti come forza, resistenza agli urti e al fuoco, rumore e vibrazione, compatibilità elettromagnetica e manutenzione.
The project studied the crashworthiness of composite materials in detail due to strict safety requirements.
Il progetto ha studiato l’assorbimento dell’energia d’urto dei materiali compositi in dettaglio in ragione dei severi requisiti di sicurezza.
Composite materials behave differently from materials such as steel or aluminium, being more brittle and orthotropic, raising the question of the strength of a body-shell structure built from composite materials when a collision occurs.
I materiali compositi si comportano in modo diverso rispetto a materiali come acciaio o alluminio, perché sono più friabili e ortotopici, il che solleva il problema della resistenza di una struttura costruita in materiali compositi in caso di collisione.
Reference crash simulations were performed on current metallic designs to observe their behaviour and confirm current safety behaviour.
Sono state fatte simulazioni di urti di riferimento sugli attuali design metallici per osservare il loro comportamento e confermare l’attuale comportamento di sicurezza.
Composite materials were integrated into a cabin structure shell, with initial results showing some cracking.
Materiali compositi sono stati integrati in una struttura di vagone e i risultati iniziali mostrano delle crepe.
However, the project saw that by reinforcing the composite structure or extending the surrounding metallic interfaces, it is possible to pass the collision scenario test.
Il progetto però ha constatato che rinforzando la struttura composita o estendendo le interfaccia metalliche che la circondano, è possibile passare i test di collisione.
The project also concluded that maintenance processes would also have to be modified if composite materials are introduced.
Il progetto ha concluso inoltre che anche i processi di manutenzione dovrebbero essere modificati in caso di introduzione dei materiali compositi.
Not only would maintenance buildings have to be equipped to service them, but railway technicians would have to be trained to be able to work with composites.
Non solo le strutture per la manutenzione dovrebbero essere attrezzate a questo scopo, ma anche i tecnici ferroviari dovrebbero ricevere la formazione adatta per poter lavorare con i compositi.
Next steps
Prossimi passi
Currently, the prices of composites are higher than of steel constructions, but this is expected to change, as the automotive industry has been increasingly using them.
Attualmente il prezzo dei compositi è più alto rispetto alle costruzioni in acciaio, ma secondo le previsioni questo dovrebbe cambiare, perché l’industria automobilistica ne fa un uso sempre maggiore.
The production of raw materials for composites is also increasing, that will probably lower their price further.
Anche la produzione di materie prime per i compositi sta aumentando e questo probabilmente farà scendere ulteriormente il loro prezzo.
Although the REFRESCO project officially ended in February 2016, the project partners aim to utilise its results to work with regulators to update certification procedures, allowing the rail industry to take advantage of these promising lightweight materials.
Anche se il progetto REFRESCO si è ufficialmente concluso a febbraio 2016, i partner del progetto hanno intenzione di utilizzare i suoi risultati per lavorare con i responsabili dei regolamenti al fine di aggiornare le procedure di certificazione, permettendo all’industria ferroviaria di trarre vantaggio da questi promettenti materiali leggeri.
For more information please see:
Per maggiori informazioni, consultare:
REFRESCO project website
Sito web del progetto REFRESCO
Source: Based on information from the project
Fonte: Sulla base di informazioni diffuse dal progetto.