車(chē)輛結(jié)構(gòu)的輕量化是現(xiàn)代車(chē)輛制造技術(shù)所追求的目標(biāo)。這是因?yàn)檩p量化才能減少材料消耗和車(chē)輛制造成本，同時(shí)車(chē)輛耗能必定與車(chē)輛輕量化成反比。而復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、成本低，以及易于設(shè)計(jì)、加工、改型等特點(diǎn)，在現(xiàn)代車(chē)輛制造中被越來(lái)越多地采用。目前，城市軌道交通車(chē)輛的制造技術(shù)也朝著舒適、安全、低自重、輕噪聲方向快速發(fā)展。我國(guó)近年來(lái)在軌道交通車(chē)輛制造技術(shù)上得到了快速發(fā)展，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，總體上設(shè)計(jì)和制造尚有一些差距，尤其是先進(jìn)復(fù)合材料在車(chē)輛制造中的應(yīng)用水平有更大的差距。
一、復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)
　　1質(zhì)輕強(qiáng)度高
　　先進(jìn)復(fù)合材料的相對(duì)質(zhì)量密度在1．5～2．0之間，只有普通碳鋼的1／4～1／5，而機(jī)械強(qiáng)度卻達(dá)到或超過(guò)普通碳鋼的水平。車(chē)體是車(chē)輛的大型承載構(gòu)件，在質(zhì)量上占有很大比例。為達(dá)到輕量化的要求，除了鋁合金外，先進(jìn)復(fù)合材料已成為車(chē)體的首選材料之一。為了增加運(yùn)輸乘客的能力，可使用不同的先進(jìn)復(fù)合材料對(duì)車(chē)輛各部件重新設(shè)計(jì)，涉及到的材料包括碳纖維、玻璃纖維、環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂等，而用蜂窩、泡沫結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的鋁結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕30％。
　　2可設(shè)計(jì)性強(qiáng)
　　纖維復(fù)合材料的最顯著特點(diǎn)是高比強(qiáng)度和高比剛度，并且它可以在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)變化，因此復(fù)合材料可以通過(guò)材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋪層設(shè)計(jì)等方法解決各種技術(shù)難題?，F(xiàn)在使用的纖維從彈性模量為70 GPa、強(qiáng)度為3500 MPa的玻璃纖維到模量為600 GPa、強(qiáng)度為2000MPa的高模量碳纖．其性能范圍很寬。根據(jù)已知的有關(guān)復(fù)合定律，通過(guò)選擇材料，可以改變其性能，因此每個(gè)結(jié)構(gòu)件都可以根據(jù)要求找到一種最佳的鋪層結(jié)構(gòu)。
　　3安全性高(高疲勞強(qiáng)度和低缺口敏感度)
　　疲勞特性是涉及安全性的主要問(wèn)題。其實(shí)在復(fù)臺(tái)材料被用于軌道車(chē)輛的結(jié)構(gòu)件之前，就曾被用于制造航天飛機(jī)、軍用飛機(jī)、民用飛機(jī)中的結(jié)構(gòu)件，應(yīng)用于高應(yīng)力領(lǐng)域。承受連續(xù)振動(dòng)的金屬結(jié)構(gòu)件上有了缺口，很快就會(huì)導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展并出現(xiàn)早期破壞．而在復(fù)合材料中，力被轉(zhuǎn)移到鄰近層．因此缺口的影響大大降低。由于復(fù)臺(tái)材料對(duì)擴(kuò)展裂紋的敏感度很低，即使出現(xiàn)損傷，也不致被立即破壞。由此可見(jiàn)復(fù)合材料的安壘性和可靠性高。
　　
二、復(fù)合材料在城市軌道交通的應(yīng)用
　　1流線(xiàn)型動(dòng)力車(chē)車(chē)體及拖車(chē)車(chē)廂
　　采用FRP(玻璃纖維增強(qiáng)塑料)復(fù)合材料制作的車(chē)體，其優(yōu)點(diǎn)可概括為：①輕質(zhì)高強(qiáng)。(它的相對(duì)質(zhì)量密度僅是鋼的1／4～l／5，而強(qiáng)度并不?。槐葟?qiáng)度為鉛合金的2倍，是鋼的4倍，符合軌道交通輕量化的要求)。②具有良好的抗撞擊性。③工藝簡(jiǎn)單、成本低，可一次成型；生產(chǎn)設(shè)備投資費(fèi)用約為鋁合金車(chē)體的1／30～1／40。④可設(shè)計(jì)性，為車(chē)體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了廣闊的自由度。⑤耐酸、耐堿、耐腐蝕，使用壽命超過(guò)不銹鋼材料。⑥有抗磁、絕緣、隔音、導(dǎo)熱系數(shù)低等多種性能。
　　2 機(jī)車(chē)車(chē)頭的防撞吸能裝置
　　近年來(lái)乘車(chē)安全性受到世界范圍內(nèi)的普遍重視。在高速列車(chē)的動(dòng)力機(jī)車(chē)頭部設(shè)計(jì)防撞吸能裝置，成為高速列車(chē)設(shè)計(jì)制造的重要一環(huán)。
　　3 其它部件的應(yīng)用
　　復(fù)合材料還可應(yīng)用于車(chē)體的客車(chē)車(chē)廂結(jié)構(gòu)地板，車(chē)廂門(mén)窗、框，高性能拖車(chē)轉(zhuǎn)向架等部件。
　　4.車(chē)廂內(nèi)裝飾板、衛(wèi)生設(shè)施及其他設(shè)備中的應(yīng)用包括車(chē)廂頂板、內(nèi)側(cè)墻板、地板系統(tǒng)；行李架、臥鋪支柱、桌、座椅；車(chē)廂內(nèi)的通風(fēng)設(shè)備、空調(diào)風(fēng)管，以及各種電氣箱、絕緣面板、燈柱、電話(huà)亭等；水箱、冷藏箱、整體廁所、盥洗室、集便系統(tǒng)、垃圾桶等。
三、復(fù)合材料在軌道交通中的應(yīng)用實(shí)例
　　復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域的最初應(yīng)用主要集中在列車(chē)內(nèi)部設(shè)備、裝飾等非承力結(jié)構(gòu)。隨著城市軌道交通與復(fù)合材料的迅速發(fā)展，為滿(mǎn)足軌道交通車(chē)輛輕量化的要求，大型復(fù)合材料承載構(gòu)件(例如車(chē)頭、導(dǎo)流部件)的研究，試制試驗(yàn)和應(yīng)用工作不斷展開(kāi)。
　　1 用于列車(chē)輔助件和非主承力件
　　纖維復(fù)合材料已被用作列車(chē)內(nèi)部設(shè)備、裝修裝飾材料和一些輔助件。日本新干線(xiàn)的高速列車(chē)中，F(xiàn)RP復(fù)合材料主要應(yīng)用于車(chē)窗內(nèi)飾框、洗簌間、廁所、小便池、水箱、集便箱、車(chē)前頭蓋板等。雙層客車(chē)兩端的車(chē)頂板、兼做空調(diào)風(fēng)道的天花板、餐車(chē)空調(diào)蓋板的側(cè)天花板等部件也采用該材料。為了減少受電弓的空氣動(dòng)力噪聲，車(chē)頂上安裝的手電弓罩亦采用FRP材料制造。
　　法國(guó)制造的歐洲標(biāo)準(zhǔn)客車(chē)Y型車(chē)的內(nèi)窗框用FRP復(fù)合材料制造。英國(guó)客車(chē)車(chē)窗裝飾外包層采用阻燃的聚脂樹(shù)脂和E玻璃纖維。日本京浜800型快車(chē)上首先使用FRP復(fù)合材料整體成型的內(nèi)框。日本681系電動(dòng)車(chē)客室內(nèi)是使用FRP復(fù)合材料最多的車(chē)輛，其中就包括內(nèi)窗框。
　　英國(guó)XP64型客車(chē)、MKIII型客車(chē)、法國(guó)“珊瑚號(hào)”、日本部分客車(chē)和30系地鐵車(chē)、前蘇聯(lián)二等客車(chē)等均用FRP復(fù)合材料制造座椅。我國(guó)藍(lán)箭、中華之星和和諧號(hào)高速列車(chē)的座椅亦用復(fù)合材料制造。
　　國(guó)外客車(chē)墻板一般采用FRP復(fù)合材料和泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)。如德國(guó)漢堡高速鐵路上的客車(chē)墻板。捷克、瑞士、荷蘭等國(guó)也用FRP復(fù)合材料做客車(chē)內(nèi)墻板。
　　英國(guó)有的客車(chē)上內(nèi)頂板采用白色FRP復(fù)合材料。日本特快電動(dòng)車(chē)上的內(nèi)頂采用的是FRP復(fù)合材料大型部件。法國(guó)新型Mistra客車(chē)上采用FRP復(fù)合材料頂板。瑞士標(biāo)準(zhǔn)客車(chē)、奧地利BM02系列空調(diào)車(chē)側(cè)走廊頂板也都采用FRP復(fù)合材料制造。
　　采用FRP復(fù)合材料制造客車(chē)地板因成本高，國(guó)外只有少數(shù)國(guó)家采用。如英國(guó)的XP64型客車(chē)采用FRP復(fù)合材料制作地板。我國(guó)目前已有企業(yè)開(kāi)發(fā)出仿大理石玻璃鋼地板用于鐵路客車(chē)。
　　2、用于制備列車(chē)車(chē)輛的承重結(jié)構(gòu)
　　纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在承重結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用也越來(lái)越多，其技術(shù)已基本接近實(shí)用化程度。減輕車(chē)輛自身質(zhì)量是機(jī)車(chē)車(chē)輛工業(yè)的目標(biāo)，而車(chē)體部分質(zhì)量占車(chē)輛的15%~35%，因此，車(chē)體和轉(zhuǎn)向架等部分是應(yīng)用新材料的主要研究領(lǐng)域。
　　2.1高速機(jī)車(chē)司機(jī)室，車(chē)頂，車(chē)體
　   1992年投產(chǎn)的意人利ETRS00高速機(jī)車(chē)頭部采用Kevlar纖維和環(huán)氧樹(shù)脂模壓成型，其剛性和抗沖擊性均好。為了實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的低重心,日本鐵道綜臺(tái)技術(shù)研究所與東日本客運(yùn)鐵道公司用CFRP（碳纖維增強(qiáng)聚合物)制成車(chē)頂。日本鐵道綜合技術(shù)研究所生產(chǎn)的CFRP車(chē)體較鋁合金車(chē)體質(zhì)量減輕了30％。酚醛基CFRP有良好的耐高溫性能。鋁合金在400℃和40MPa的應(yīng)力下會(huì)產(chǎn)生大的撓度曲變形，而酚醛基CFRP在500℃和150MPa的應(yīng)力下也只有很小的變形。
四、結(jié)語(yǔ)
　　當(dāng)前我國(guó)正處于軌道交通建設(shè)的繁榮時(shí)期，已經(jīng)成為世界上最大的城市軌道交通市場(chǎng)。對(duì)于復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)而言，這是一個(gè)嶄新的、大有可為的應(yīng)用領(lǐng)域，作為復(fù)合材料行業(yè)的工作者應(yīng)抓住這一契機(jī)，提高復(fù)合材料在高速軌道領(lǐng)域的應(yīng)用水平。