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 高速鐵路

鐵路系統一直以來都是我們出行的主要選擇，高速、安全、舒適成為當今高速鐵路技術發展的重點，減輕動車組車輛自重、提高動車組速度是鐵路工業發展的目標。為達到這一目標，有一種材料被應用到了高鐵列車的大大小小許多部件中，你知道是哪種材料嗎？

那就是復合材料！

說到復合材料在鐵路部件中的應用，就不得不說， 復合材料在列車上的應用分類了！

復合材料在列車上的應用按承力特征大致可分為兩類：復合材料非主承力件和復合材料主承力件。顧名思義，主承力件即為主要要承擔列車力的部件；非主承力件的主要功能就不是承擔力啦！其詳細分類如下圖所示：

首先，我們來了解復合材料在非承力件中的應用，為了高速鐵路的發展各個國家不約而同換上了復合材料非承力件。

日本 新干線使用的高速客車中，玻璃纖維增強素料（GFRP）復合材料主要使用在車窗內飾框、洗漱間、廁所、小便池、水箱、集便箱、車前頭蓋板、雙層客車兩端車頂板、空調風道的天花板以及餐車空調蓋板的側天花板等部位。

為減少受電弓周圍的空氣動力噪聲，在車頂上安裝的受電弓罩也是采用GFRP材料制造。200系東北、上越新干線客車采用蜂窩夾層材料制造地板、中間間壁門等。

法國 TGV高速列車也大量采用纖維增強塑料（FRP）制造地板、墻板、門窗框架、座椅和車門等。采用FRP制造這些構件，除重量輕外，還具有易于設計、減輕維修作業，以及可采用整體成型降低成本等優點。

此外，廁所用玻璃鋼地板，整體衛生間在國外已較普及，既解決腐蝕問題，又達到減輕重量的目的。

意大利 ETR500型高速列車上，所有的內部結構邊墻、天花板和行李艙都使用了高比剛度復合材料夾層板——兩層Tedlar聚氟乙烯塑料薄層中夾有Nomex蜂窩芯材玻纖酚醛層壓板；歐洲之星列車也使用酚醛蜂窩板做其內部結構件。

英國 的鐵路部門通過試驗后發現，選擇芳綸纖維增強復合材料做受電弓頭，其性能非常令人滿意。近年來，復合材料還被用做抗沖擊部件，并且取得了很好的試驗結果。

復合材料在主承力件上面的應用也非常廣泛，下面我們來探究一下復合材料在主承力件上面的應用！

列車司機室、車體和轉向架構架等作為列車的大型承力構件，在整車結構重量中占有較大比例，車體部分自重占車輛自重的15%~35%，轉向架占車輛自重的25%~35%。因此，這些部分是應用復合材料材料的主要研究領域。

高速列車的司機室

高速列車的司機室前端外形要制成鼻狀形，既要輕量化，又要耐沖擊，在此FRP獲得了廣泛的應用。

英國的125型機車司機室的前端是用層壓的FRP板包覆聚氨酯泡沫芯構成夾層結構，比鋼制件輕30%~35%，并可耐0.9Kg重方鋼塊以300Km/h速度的沖擊；

意大利ETR500高速動力車頭部采用Kevlar纖維和環氧樹脂模壓成型，其剛性和抗沖擊性良好，列車最高速度達300Km/h。

復合材料車頂 

復合材料在車頂蓋上的應用能降低車輛的重心，增加車體運行的穩定性。日本鐵道綜合技術研究所與東日本客運鐵道公司合作，用碳纖維增強塑料（CFRP）制成高速列車車頂，該CFRP車頂通過膠粘與鋁合金框架相連，然后再通過焊接與車體上鋁合金側壁連在一起。試驗表明，采用這種車頂的車體具有較高的氣密強度和較低的重心，而且每節車廂減輕約300~500Kg。

復合材料車體

車體的按工藝不同分為兩種：

1、將厚為2.1mm曲面板與縱梁制成一體，將拉擠成型的CFRP外板鉚接在鋁合金框架上，試制車體長6000mm，寬3300mm，高3290mm，重量為680Kg。

2、熱壓成型制成長1000mm，寬3320mm高3300mm的兩個半圓形車體，然后互相鉚接在一起，較之鋁合金車體重量減輕30%。

復合材料轉向架

機車車輛的轉向架是支承車體、保證列車平穩運行的重要部件，其構架是對強度和耐疲勞性能要求特別高的大型承載構件，德國AEG和MBB公司就在聯邦研究技術部的支持下，研制出世界上第一臺復合材料構架的轉向架，型號為HLD-E，設計速度200Km/h。繼德國之后，日本也試制成功CFRP轉向架構架，構架自重為0.3t，比普通鋼制構架減輕了70%，該構架側梁為CFRP層壓材料疊層結構，板厚16.4mm，橫梁采用纏繞成型，最高設計速度160Km/h。

復合材料在高速鐵路中正在應用慢慢滲透，隨著科技發展高鐵很可能實現“復合材料全車化”！復合材料的發展還會帶給大家哪些驚喜呢？