傳統(tǒng)的地鐵司機室頭罩采用的是玻璃鋼材質，博實采用的是碳纖維泡沫夾芯材質，是由兩塊薄而剛的碳纖維復合材料板作為內外面板和一塊厚而輕的泡沫夾芯組成的輕質量高強度的結構。具有比強度高、比模量高、抗沖擊性能好、吸音減振隔熱等特點，碳纖維增強材料選擇的是T700和環(huán)氧樹脂制成，夾層芯采用的是T90.150泡沫。地鐵司機室頭罩采用熱壓罐一體成型的工藝，中間安裝擋風玻璃，并留有車燈安裝孔。司機室頭罩三明治夾層結構中，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)化根據司機室頭罩內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度和高剛性。鋪層方向數盡量少，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整泊松比。博實在實際制作的結構制作中，各鋪層厚度采用的是最小單層厚度的整數倍，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°的鋪層數分別使用了6/6/2層。

    基于鋪層的碳纖維復合材料結構優(yōu)化設計中，對鋪層順序的的優(yōu)化是必不可少的，復合材料的鋪層順序不僅影響到碳纖維材料層合板的力學性能，還會影響到其工藝。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)域實際鋪層會有所不同。為了改善司機室頭罩泡沫夾芯結構的整體成型性能，避免層合板厚度變化區(qū)域出現(xiàn)階梯狀厚度突變，夾芯層合結構的內外表面應有全尺寸的鋪層來包裹頭罩的整體結構。同時，為了提高頭罩的抗沖擊能力，在鋪層順序優(yōu)化結果的最外層和最內側增加±45°的全尺寸鋪層。

 

    經過一系列的優(yōu)化設計以及鋪層工藝的不斷修改，最終博實制作的碳纖維司機室頭罩的鋪層結構總質量為137.5kg，優(yōu)化前的全尺寸等厚結構質量為188.4kg，優(yōu)化后的質量減少了27%，原來的玻纖材質司機室頭罩結構質量為218.4kg，采用碳纖維復合材料泡沫夾芯結構后質量下降37%左右。優(yōu)化復合材料鋪層結構、合理布局材料，發(fā)揮材料潛在性能，從而可以避免造成結構富余，并提高了結構應力。在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，達到了較為理想的輕量化效果。