纖維增強聚合物 (FRP) 復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)在各行各業(yè)的應(yīng)用正在顯著擴展，以滿足對高效、可靠和功能性建筑材料日益增長的需求。由于 FRP 具有較高的強度重量比、可定制的機械性能以及合適的長期使用特性，使用 FRP 可以成為增強鐵路結(jié)構(gòu)和設(shè)備性能的絕佳策略。然而，與航空航天等其他運輸行業(yè)相比，鐵路行業(yè)似乎在采用復(fù)合材料方面猶豫不決。FRP 在鐵路應(yīng)用中充分發(fā)揮其潛力似乎還有很長的路要走。

1簡介

復(fù)合材料具有比傳統(tǒng)材料高強重比、優(yōu)異的耐腐蝕性和更優(yōu)異的疲勞性能，能夠加速地面交通的發(fā)展?？紤]到對安全、快速和高效的交通系統(tǒng)日益增長的需求，利用 FRP 復(fù)合結(jié)構(gòu)可被視為改善軌道交通和滿足這種日益增長的需求的有效解決方案。圖1展示了 FRP 復(fù)合材料在鐵路行業(yè)的應(yīng)用。復(fù)合結(jié)構(gòu)既可用于鐵路車輛，也可用于基礎(chǔ)設(shè)施。表1列出了在鐵路領(lǐng)域使用 FRP 復(fù)合材料的諸多潛在優(yōu)勢以及此類 FRP 金屬替代品仍面臨的障礙 。由于制造工藝和材料的潛在進步，以及玻璃鋼克服上述障礙的潛在優(yōu)勢，可以預(yù)期玻璃鋼在鐵路行業(yè)的應(yīng)用將大幅增加。

圖 1.FRP復(fù)合材料在鐵路工業(yè)中的應(yīng)用

表 1. 在鐵路行業(yè)使用 FRP 復(fù)合材料的潛在優(yōu)勢和障礙

2 纖維增強塑料在鐵路車輛上的應(yīng)用

鐵路行業(yè)將纖維增強復(fù)合材料（FRP）應(yīng)用于包括轉(zhuǎn)向架、輪對和車體等主要部件。這些部件的總重量和生命周期特性對鐵路運輸系統(tǒng)的經(jīng)濟和技術(shù)效率影響巨大。

2.1 纖維增強復(fù)合材料在車輛轉(zhuǎn)向架上的應(yīng)用

轉(zhuǎn)向架是一種多部件結(jié)構(gòu)，在鐵路運輸系統(tǒng)中用于多種用途。轉(zhuǎn)向架支撐列車的重量并將其與軌道連接。此外，轉(zhuǎn)向架提供懸掛系統(tǒng)以提高乘坐舒適度，控制輪對定位并調(diào)節(jié)車輛轉(zhuǎn)向。根據(jù)用途不同，開發(fā)了各種類型的轉(zhuǎn)向架，用于貨車，客運列車或地鐵車輛。轉(zhuǎn)向架占車輛總重量的很大一部分（根據(jù)車輛類型和轉(zhuǎn)向架等級為 30%–40%）。因此，轉(zhuǎn)向架越輕，鐵路系統(tǒng)的運輸效率就越高。圖2顯示了傳統(tǒng)類型的貨運轉(zhuǎn)向架及其部件的模型。

圖2貨運列車的 (A) 車廂和 (B) 轉(zhuǎn)向架模型

先進的復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)不僅減輕轉(zhuǎn)向架的總重量，而且還可以利用它們的高阻尼特性來降低系統(tǒng)噪音并提高乘客的舒適度。從 1983 年到現(xiàn)在，人們一直在努力利用 FRP 復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)為鐵路行業(yè)提供更高效、功能更多、更具成本效益的轉(zhuǎn)向架。通過使用 FRP，可以根據(jù)復(fù)雜的負載情況定制轉(zhuǎn)向架的機械性能。圖3顯示了三種先前開發(fā)的 FRP 轉(zhuǎn)向架模型。通過在轉(zhuǎn)向架設(shè)計和制造中利用 FRP 復(fù)合材料，可以減輕 25% 至 60% 的轉(zhuǎn)向架重量。

圖3基于 FRP 的轉(zhuǎn)向架：

（A）AEG/MBB 轉(zhuǎn)向架（1988）

（B）KRRI 轉(zhuǎn)向架（2010）

（C）Eurobogie（2012）

2.1.1 梅塞施密特-博爾科-布洛姆 (MBB) 玻璃鋼轉(zhuǎn)向架

FRP 復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架構(gòu)架首次由MBB于20 世紀 80 年代設(shè)計和制造。項目參與者包括德國聯(lián)邦鐵路和德國鐵路。他們采用了循序漸進的方法來降低開發(fā)轉(zhuǎn)向架承重部件新材料所帶來的風(fēng)險。與類似的鋼制轉(zhuǎn)向架（用于 ICE V 列車）相比，據(jù)稱總轉(zhuǎn)向架重量顯著減輕了25%。這樣的重量減輕可以降低功率需求、能耗、磨損和噪音排放。他們在復(fù)合轉(zhuǎn)向架設(shè)計中考慮了靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)，包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、導(dǎo)向行為、乘坐舒適度和抗脫軌性。制造的基于 FRP 的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架如上圖所示。

2.1.2 GFRP夾層轉(zhuǎn)向架構(gòu)架FRP轉(zhuǎn)向架

自 2010 年以來，在韓國鐵道研究院 (KRRI)的支持下，對 GFRP 夾層轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進行了大量研究。復(fù)合材料側(cè)梁由四個元素組成，包括復(fù)合材料蒙皮、弦桿、肋骨和泡沫芯。在 2011 年，他們使用玻璃纖維增強聚合物 (GFRP) 復(fù)合材料為地鐵列車制造了整個復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架，并通過靜態(tài)和疲勞試驗評估了其結(jié)構(gòu)安全性。全轉(zhuǎn)向架組件中的復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架構(gòu)架如圖3B所示。

2.1.3 EUROBOGIE（生態(tài)轉(zhuǎn)向架）

此種獨特的復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架由兩個 GFRP 構(gòu)架和兩個復(fù)合材料軸枕組成（圖3C）。作為 EUROBOGIE 項目（2012 年）的一部分。開發(fā)此種轉(zhuǎn)向架設(shè)計的主要思路是利用復(fù)合材料構(gòu)架的可變剛度將一系和二系懸掛集成到轉(zhuǎn)向架中。

2.1.4 efWING玻璃鋼轉(zhuǎn)向架

2016年，日本川崎重工推出了新一代基于CFRP的復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架設(shè)計是第一個采用CFRP彈簧梁的復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架。efWING復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架的設(shè)計將一系懸掛和承載系統(tǒng)組合成一個使用CFRP板簧的集成復(fù)合材料轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的金屬轉(zhuǎn)向架相比，這種轉(zhuǎn)向架的框架重量減輕了40%，并且完全滿足運行安全要求，包括降低脫軌系數(shù)、降低車輪負載率和橫向受力。

2.1.5 CaFiBo碳纖維轉(zhuǎn)向架

哈德斯菲爾德大學(xué)鐵道研究所 (IRR) 于2020推出了一種新型碳纖維基 FRP 轉(zhuǎn)向架，即碳纖維轉(zhuǎn)向架項目 (CaFiBo)。從復(fù)合材料工業(yè)廢料中獲得的再生碳纖維與原始碳纖維一起用于制造 CaFiBo 轉(zhuǎn)向架，用來降低總成本。嵌入式光纖系統(tǒng)可以實時監(jiān)測復(fù)合轉(zhuǎn)向架的情況。據(jù)報道，與同類型的傳統(tǒng)金屬轉(zhuǎn)向架 (180 級轉(zhuǎn)向架) 相比，復(fù)合轉(zhuǎn)向架的重量減輕了 36%。此外，通過用復(fù)合材料替換金屬固定裝置，還可以進一步減輕重量，最高可達 60%。

2.1.6 增強塑料轉(zhuǎn)向架在鐵路行業(yè)的現(xiàn)狀概述

與傳統(tǒng)金屬轉(zhuǎn)向架相比，使用增強塑料轉(zhuǎn)向架的主要優(yōu)勢在于其重量顯著減輕。這種輕型轉(zhuǎn)向架在運營、基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境領(lǐng)域也具有一些潛在優(yōu)勢。這些優(yōu)勢源于車架結(jié)構(gòu)重量變得更輕或靈活性提升。FRP轉(zhuǎn)向架的潛在優(yōu)勢如下：

• 轉(zhuǎn)向架重量顯著減輕：采用FRP部件代替金屬構(gòu)架，轉(zhuǎn)向架框架重量可減輕25% 至50%。

• 通過拆除懸掛彈簧，減少機械部件的復(fù)雜性，如 Eurobogie和efWinng。

• 具有改善行駛動態(tài)行為（例如增強轉(zhuǎn)向性能）的潛力。

• 由于轉(zhuǎn)向更好，損壞更少，從而有可能降低基礎(chǔ)設(shè)施維護成本。

• 由于轉(zhuǎn)向更好，有可能減少噪音排放。

• 由于減輕重量和增強轉(zhuǎn)向，有可能降低鐵路車輛的燃料消耗。

2.2 玻璃鋼在輪對上的應(yīng)用

輪對占車輛重量的很大一部分，但與車輛其他部件相比，關(guān)于將 FRP 結(jié)構(gòu)用于輕量化的研究項目非常有限。德國機床與產(chǎn)品工程研究所 (IWF) 對 CFRP 車輪進行了調(diào)查，報告稱在保持正常力學(xué)性能的同時，可減輕 50% 以上的重量。在另一項研究中，英國鐵路公司使用纖維纏繞和樹脂注射技術(shù)制造的 CFRP 軸管，與鋼結(jié)構(gòu)相比，制造的 FRP 復(fù)合材料管可減輕 70% 的重量?，F(xiàn)有 FRP 管的主要缺點是抗沖擊性差，但其對靜態(tài)和疲勞載荷的力學(xué)性能令人滿意。

最近，在瑞士聯(lián)邦環(huán)境局 FOEN (BAFU) 的資助下，Carbo-Link AG、PROSE AG（瑞士）和瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實驗室 (Empa) 合作，在瑞士開展了一項關(guān)于 FRP 輪對在鐵路車輛中應(yīng)用的可行性研究。采用有限元法分析了輪對的靜態(tài)、振動和聲學(xué)行為。研究重點是與傳統(tǒng)鋼制輪對相比 FRP 輪對的噪音（和重量）降低情況。結(jié)果表明，使用 FRP 輪對可使輪對層面的噪音顯著降低 23 dB (A)，而考慮到輪對和軌道的噪音，整體噪音降低約 3 dB (A)。

2.3 在車身上的應(yīng)用

車體結(jié)構(gòu)占軌道車輛總重量的20%~30%，是采用FRP結(jié)構(gòu)和輕量化的優(yōu)先部件。車蓋前端、車門和座椅外殼是FRP在軌道車輛車體上的首次應(yīng)用。表2總結(jié)了先前發(fā)表的關(guān)于在車體結(jié)構(gòu)中使用FRP的研究成果。

表2. FRP復(fù)合材料車身及其性能

2.3.1 Schindler Wagon和Hardcore-Dupont車身

瑞士迅達客車公司（Schindler Wagon）于1995年推出了基于玻璃纖維增強塑料（GFRP）和碳纖維增強塑料（CFRP）以及纖維纏繞制造工藝的玻璃纖維增強塑料（FRP）車體，這是首批利用玻璃纖維增強塑料（FRP）復(fù)合材料制造車體結(jié)構(gòu)的主要項目之一。據(jù)其報告，該公司展示的車體外殼可將車廂總重量減輕10%。同時，Hardcore-Dupont公司采用玻璃纖維/聚氨酯復(fù)合材料和樹脂灌注法制造了復(fù)合材料軌道車原型。該公司聲稱，這是最大的一體式灌注成型結(jié)構(gòu)。

2.3.2 擺式列車特快（TTX）

韓國鐵道公司設(shè)計并制造了一個全 FRP 復(fù)合材料車身結(jié)構(gòu)樣品?；?nbsp;FRP 夾層板的車身結(jié)構(gòu)和 FRP 復(fù)合材料部件如圖4所示。通過在板芯中填充聚氨酯泡沫，板的能量吸收和局部剛度可分別提高232％和45％，而重量增加僅占車身重量的2％。

圖4韓國TTX列車車體結(jié)構(gòu)

2.3.3 CFRP基車身

近幾年，美國鐵路和航運公司CG Rail（德國德累斯頓）制造并推出了基于CFRP的車身。他們采用拉擠技術(shù)制造車身的大型單件部件。與傳統(tǒng)的鋁制車身相比，他們制造的車身重量減輕了30%。CFRP復(fù)合材料構(gòu)成了70%的車身結(jié)構(gòu)，主要用于前艙和地板下面板。

2.3.4 混合FRP-金屬車身

在捷克工業(yè)和貿(mào)易部資助的一個項目中，介紹了一種由各種材料和結(jié)構(gòu)組成的地鐵列車混合車身。將 GFRP 夾層板和金屬部件混合在車身中，與金屬車身外殼相比，重量減輕了 19%。他們提出了局部加固方法來減少靜態(tài)載荷下的不必要撓度。在另一項研究中探討了將輕質(zhì)拉擠 GFRP 板用于中速鐵路車輛的可行性。他們采用了一種創(chuàng)新的織物拉擠制造方法，利用多軸織物。構(gòu)造的面板和加強筋如圖5所示。

圖5帶有垂直加固的外部 GFRP 板

2.3.5 XBODY輕量化車身

3A Composites Mobility（瑞士）是Schweiter Technologies AG的一個部門，致力于開發(fā)軌道車輛的輕量化結(jié)構(gòu)。2000年，該公司首次推出了用于整車車身的夾層技術(shù)，并隨后批量生產(chǎn)車身（XBODY）。車頂、地板、側(cè)壁和底盤的制造均符合軌道車輛的標(biāo)準(zhǔn)。此外，他們還使用真空輔助樹脂灌注（VAC）技術(shù)生產(chǎn)了大量的FRP結(jié)構(gòu)前端（INNOCAB）。3A Composites于2008年為軌道車輛開發(fā)了一套輕量化模塊化地板系統(tǒng)（CONFLOOR）。這種薄夾層板可顯著減輕重量，并使車廂內(nèi)部的熱量分布均勻。3A Composites近期一直致力于高速列車FRP前端的開發(fā)和制造。

3 FRPS在鐵路行業(yè)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

盡管 FRP 結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的力學(xué)行為，但在鐵路行業(yè)使用這種輕型結(jié)構(gòu)仍然存在一些嚴重的問題。

3.1 經(jīng)濟挑戰(zhàn)

用輕質(zhì)FRP結(jié)構(gòu)取代重型結(jié)構(gòu)的主要障礙之一是高昂的制造成本。FRP組件的初始價格通常比傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)高得多，包括原材料和制造技術(shù)的成本?？梢钥紤]以下策略來優(yōu)化FRP成本：

將低成本纖維和樹脂（例如玻璃/聚酯）與昂貴的纖維和樹脂（例如先進的碳/環(huán)氧復(fù)合材料）混合，制成FRP部件。

開發(fā)混合金屬/復(fù)合材料設(shè)計，利用回收的纖維和聚合物。

使用經(jīng)濟高效的制造方法大規(guī)模生產(chǎn)復(fù)合材料（例如拉擠、拉繞等）。

值得注意的是，復(fù)合材料較高的初始成本可以通過大幅降低生命周期成本來部分抵消。在大多數(shù)情況下，F(xiàn)RP 結(jié)構(gòu)的使用壽命長，維修和保養(yǎng)成本低。此外，對于軌道車輛而言，通過減輕車輛重量可以大幅降低油耗。因此，根據(jù)速度范圍、車輛類型和路徑剖面，柴油軌道車輛重量減輕 10%， 可節(jié)省高達 15% 的能源。通過考慮 30 年的使用壽命和燃料的估計價格，可以計算出節(jié)省的成本在 72元/公斤（電動汽車）到 608元/公斤（郊區(qū)柴油車輛）之間。其他有效參數(shù)包括更少的鐵軌或輪對磨損、更長的維護周期以及政府可能因減少噪音和二氧化碳排放而頒發(fā)的獎勵，也可以計算為成本節(jié)約。

3.2 可燃性和耐火性的挑戰(zhàn)

考慮到鐵路行業(yè)材料和結(jié)構(gòu)的防火性能的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計和制造具有可接受防火性能的聚合物復(fù)合材料是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。作為該領(lǐng)域的參考，DIN EN 45545 標(biāo)準(zhǔn)定義了鐵路車輛材料防火性能的要求。一般而言，F(xiàn)RP制造商可以通過兩種選擇來遵守防火性能法規(guī)：(1) 采用本質(zhì)上阻燃的聚合物；

(2) 使用阻燃劑改性商用聚合物體系。表 3從技術(shù)和經(jīng)濟角度對上述方法進行了比較。

表3. 用于鐵路工業(yè)的耐火聚合物。

3.3 低抗沖擊性的挑戰(zhàn)

在鐵路行業(yè)中，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可能經(jīng)常受到異物的低速沖擊。這種情況可能發(fā)生在服役期間（例如碎片的沖擊）或維護期間（例如工具掉落）。由于大多數(shù)復(fù)合材料的脆性，它們更容易受到異物沖擊的損壞?；w裂紋和分層是主要的損傷模式，連續(xù)沖擊也會導(dǎo)致基體開裂造成的層間損傷。復(fù)合材料的抗沖擊性能主要受樹脂韌性和纖維結(jié)構(gòu)的影響。環(huán)境影響、堆疊順序以及纖維和基體混雜等次要參數(shù)也會影響復(fù)合材料的損傷容限行為。人們已進行了大量嘗試，試圖通過增強主要和次要有效因素來提高復(fù)合材料的抗沖擊性能。一些增強方法如下：

嵌入SMA合金增強材料以吸收更多能量：例如將SMA合金嵌入復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，由于SMA的超塑性特性，可顯著吸收沖擊能量。研究表明，當(dāng)僅0.2%體積分數(shù)的SMA嵌入復(fù)合材料梁中時，梁的變形可減少56% 。

使用 3D 纖維：對 3D 編織基底/芳綸復(fù)合材料的實驗表明：增強的相互作用特性使能量吸收率提高了 67%，

使用保護涂層：在 CFRP 層壓板上涂抹保護性熱塑性聚氨酯涂層，可以阻止損傷在整個層壓板上蔓延，從而提高材料抵抗沖擊損傷的能力。

使用納米增強材料：采用多壁碳納米管來增強以玻璃鋼 (FRP) 為表面、鋁芯為芯材的夾層板的抗沖擊性能后。結(jié)果表明，在膠粘劑中添加納米顆粒可以增強剪切和彎曲變形的能量吸收。

3.4 回收挑戰(zhàn)和廢物管理

隨著纖維增強塑料在工業(yè)應(yīng)用中的日益普及，其回收利用已成為一項重大的環(huán)境挑戰(zhàn)。盡管近年來已開發(fā)出多種回收技術(shù)（包括機械回收、化學(xué)回收和熱回收），但對于熱固性復(fù)合材料而言，回收仍然是一項挑戰(zhàn)，而鐵路中使用的大多數(shù)纖維增強塑料均由熱固性復(fù)合材料制成?；厥粘杀靖?、回收材料機械性能一般以及回收產(chǎn)品缺乏市場是該領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。例如，每個纖維增強塑料基轉(zhuǎn)向架構(gòu)架約由 400 至 800 公斤的碳纖維增強塑料和/或玻璃纖維增強塑料組成。鑒于鐵路運輸所需的轉(zhuǎn)向架數(shù)量，應(yīng)考慮對數(shù)千噸纖維增強塑料在其使用壽命結(jié)束后進行管理。這個問題已在其他纖維增強塑料應(yīng)用中提出，例如風(fēng)力渦輪機，并且已提出了回收和處置技術(shù)，例如將纖維增強塑料廢料研磨并將其用作填料或增強材料。

3.5 機械退化和化學(xué)老化帶來的挑戰(zhàn)

目前，在包括鐵路運輸系統(tǒng)在內(nèi)的不同行業(yè)中使用的 FRP 的耐久性方面，仍然缺乏通過實驗獲得的數(shù)據(jù)源。對于大多數(shù)鐵路應(yīng)用，預(yù)計結(jié)構(gòu)具有較高的生命周期（例如，轉(zhuǎn)向架的使用壽命超過 30 年）。另一方面，此類結(jié)構(gòu)暴露在不同的環(huán)境條件下，具有不同的溫度、紫外線輻射和濕度水平。因此，有必要根據(jù)長期環(huán)境條件預(yù)測 FRP 的機械性能。使用此類數(shù)據(jù)也可以估算 FRP 結(jié)構(gòu)的剩余壽命。在結(jié)構(gòu)應(yīng)用的設(shè)計階段，應(yīng)考慮 FRP 的長期機械退化，通過選擇合適的基質(zhì)、增強材料以及可能的添加劑和填料來改善 FRP 結(jié)構(gòu)的長期性能?？紤]到材料特性所需的數(shù)據(jù)、所需增強材料的成本以及預(yù)測壽命的需要，機械退化和化學(xué)老化可能對用 FRP 結(jié)構(gòu)替代金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成一大挑戰(zhàn)。

3.6 維修挑戰(zhàn)和維護流程

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通?？梢孕迯?fù)（例如，使用柔性或剛性粘接補片）。根據(jù) FRP的類型、受損部件和應(yīng)用需求，修復(fù)通常比更換整個結(jié)構(gòu)更具成本效益。然而，與設(shè)計和分析階段一樣，F(xiàn)RP 結(jié)構(gòu)的維修和保養(yǎng)也比金屬結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。FRP 結(jié)構(gòu)維修的主要步驟包括：損傷檢測（使用健康監(jiān)測系統(tǒng)）、設(shè)計維修方法（粘接或機械螺栓連接的補片）、使用數(shù)值、分析或?qū)嶒灧椒ǚ治鼋Y(jié)構(gòu)性能和耐久性，以及最終對結(jié)構(gòu)進行維修。在使用粘接補片、粘接或機械螺栓連接的接頭之前，應(yīng)考慮其對結(jié)構(gòu)的影響和預(yù)期耐久性。如果沒有明確的維修和保養(yǎng)程序，就不可能在鐵路運輸系統(tǒng)中用 FRP 結(jié)構(gòu)取代金屬結(jié)構(gòu)。

4.玻璃鋼在鐵路行業(yè)應(yīng)用的5大未來趨勢

由于當(dāng)今交通運輸行業(yè)對快速出行的需求日益增長，鐵路運輸正在經(jīng)歷顯著的改進。考慮到與航空運輸?shù)绕渌煌ㄟ\輸系統(tǒng)的激烈競爭，鐵路行業(yè)的研究和工程部門必須提前規(guī)劃，投資新技術(shù)，以實現(xiàn)未來的目標(biāo)。開發(fā)自動駕駛系統(tǒng)、綠色鐵路、高速列車以及提高乘客舒適度，可以被視為鐵路行業(yè)預(yù)期的一些改進。從這個意義上講，超級高鐵項目（真空管道高速運輸系統(tǒng)）和被動磁懸浮系統(tǒng)就是鐵路運輸進步的典范。

• 復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù)能夠提供合適的材料、結(jié)構(gòu)以及滿足未來需求的設(shè)計方法，從而促進鐵路行業(yè)的發(fā)展。與傳統(tǒng)鐵路系統(tǒng)相比，減輕重量對于現(xiàn)代高速列車和電池驅(qū)動的軌道車輛而言更為重要。在這種情況下，先進的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可能是實現(xiàn)必要減重的關(guān)鍵。

• 通過使用復(fù)合技術(shù)進行功能集成，例如將阻尼和懸掛系統(tǒng)納入 FRP 承重結(jié)構(gòu)，可以減少組件的復(fù)雜性、降低噪音排放并減輕重量。

• 未來的鐵路行業(yè)可以將智能復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)用作傳感器和執(zhí)行器。例如，形狀記憶合金增強復(fù)合材料能夠根據(jù)環(huán)境刺激調(diào)整其機械特性，可用于加固結(jié)構(gòu)、提高能量吸收率，甚至構(gòu)建可用于自主系統(tǒng)的無電機執(zhí)行器。

• 復(fù)合材料3D打印等先進制造技術(shù)可作為一種實用、快速且可靠的制造方法，用于生產(chǎn)先進高速軌道車輛的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)。目前，3D打印玻璃鋼部件的機械性能可能無法完全滿足承重部件的技術(shù)規(guī)格。然而，隨著3D打印技術(shù)和打印參數(shù)優(yōu)化的進步，玻璃鋼結(jié)構(gòu)的增材制造技術(shù)有望獲得顯著改進。

• 使用天然和可回收纖維和樹脂來建造功能性復(fù)合結(jié)構(gòu)可以大大減少溫室氣體排放并創(chuàng)建更可持續(xù)的鐵路系統(tǒng)。

未來幾年，隨著纖維增強復(fù)合材料行業(yè)材料和制造工藝的不斷發(fā)展，以及企業(yè)和政府對溫室氣體排放和噪音等環(huán)境問題的日益關(guān)注，增強塑料預(yù)計將在鐵路應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。預(yù)計鐵路行業(yè)將出臺有關(guān)環(huán)境方面的限制性規(guī)定，以逐步替代在鐵路運輸中使用過時且不環(huán)保的結(jié)構(gòu)（例如，老式的轉(zhuǎn)向架設(shè)計）。

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