傳統(tǒng)的地鐵司機(jī)室頭罩采用的是玻璃鋼材質(zhì)，博實(shí)采用的是碳纖維泡沫夾芯材質(zhì)，是由兩塊薄而剛的碳纖維復(fù)合材料板作為內(nèi)外面板和一塊厚而輕的泡沫夾芯組成的輕質(zhì)量高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。具有比強(qiáng)度高、比模量高、抗沖擊性能好、吸音減振隔熱等特點(diǎn)，碳纖維增強(qiáng)材料選擇的是T700和環(huán)氧樹脂制成，夾層芯采用的是T90.150泡沫。地鐵司機(jī)室頭罩采用熱壓罐一體成型的工藝，中間安裝擋風(fēng)玻璃，并留有車燈安裝孔。司機(jī)室頭罩三明治夾層結(jié)構(gòu)中，中間層主要是起支撐面板和頭罩成型的作用。

自由尺寸優(yōu)化根據(jù)司機(jī)室頭罩內(nèi)外面板整體尺寸布局，考慮鋪層沿力的傳遞方向布置纖維走向，同時(shí)綜合剪切和彎曲載荷要求，最大限度的利用纖維軸向所具有的高強(qiáng)度和高剛性。鋪層方向數(shù)盡量少，一般多采用0°、90°和±45°四種鋪層方向。其中0°鋪層有利于軸向力的傳遞和承載力；±45°鋪層對剪切載荷有緩沖的作用，并且對改善工藝有著較大的幫助；90°鋪層控制橫向剛度和調(diào)整泊松比。博實(shí)在實(shí)際制作的結(jié)構(gòu)制作中，各鋪層厚度采用的是最小單層厚度的整數(shù)倍，共采用16層不同形狀的鋪層塊疊加而成，每層厚度均為0.15mm，其中0°、90°、±45°的鋪層數(shù)分別使用了6/6/2層。

    基于鋪層的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對鋪層順序的的優(yōu)化是必不可少的，復(fù)合材料的鋪層順序不僅影響到碳纖維材料層合板的力學(xué)性能，還會(huì)影響到其工藝。由于在自由尺寸優(yōu)化中對各鋪層的形狀做了裁剪，其中很多鋪層并未全尺寸覆蓋在頭罩的內(nèi)外面板，所以該鋪層順序方案是整體的布局，在頭罩局部區(qū)域?qū)嶋H鋪層會(huì)有所不同。為了改善司機(jī)室頭罩泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的整體成型性能，避免層合板厚度變化區(qū)域出現(xiàn)階梯狀厚度突變，夾芯層合結(jié)構(gòu)的內(nèi)外表面應(yīng)有全尺寸的鋪層來包裹頭罩的整體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為了提高頭罩的抗沖擊能力，在鋪層順序優(yōu)化結(jié)果的最外層和最內(nèi)側(cè)增加±45°的全尺寸鋪層。

 

    經(jīng)過一系列的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及鋪層工藝的不斷修改，最終博實(shí)制作的碳纖維司機(jī)室頭罩的鋪層結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為137.5kg，優(yōu)化前的全尺寸等厚結(jié)構(gòu)質(zhì)量為188.4kg，優(yōu)化后的質(zhì)量減少了27%，原來的玻纖材質(zhì)司機(jī)室頭罩結(jié)構(gòu)質(zhì)量為218.4kg，采用碳纖維復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)后質(zhì)量下降37%左右。優(yōu)化復(fù)合材料鋪層結(jié)構(gòu)、合理布局材料，發(fā)揮材料潛在性能，從而可以避免造成結(jié)構(gòu)富余，并提高了結(jié)構(gòu)應(yīng)力。在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，達(dá)到了較為理想的輕量化效果。