碳纤维包裹方管轴向压溃性能研究

发布时间：2022-07-27 18:12

　　薄壁结构作为能量吸能效率较高的部件在过去几十年中已经得到了广泛的研究,包括其材料组成以及具有性能较好的结构。最近,燃油排放的控制给汽车生产和制造提出了更大的挑战,轻量化设计成为解决汽车重量和提高燃油率的重要手段之一。作为目前最有应用前景的轻量化材料之一,具有高比强度与高比刚度的碳纤维增强复合材料（CFRP）已经逐渐代替传统的金属材料应用到汽车生产之中。相对于传统的金属材料,相关的研究已经证明了CFRP确实具有明显的轻量化效果。为了结合CFRP的高比强度等性能以及传统金属价格低廉、变形稳定等特点,提高汽车车身的抗撞性能和轻量化效果,本文将开展碳纤维包裹方管轴向压溃性能的研究,并应用到汽车的设计改进中。本文首先开展了铝合金和碳纤维增强复合材料的性能测试,获得了两种材料的力学性能参数作为后续的仿真建模的输入。制作单向和反对称两种铺层形式的碳纤维包裹方管样件并进行了准静态压溃实验,分析碳纤维包裹方管变形模式与铺层形式的关系并对比轴向压溃性能。实验结果表明,与纯铝管和碳纤维单向包裹方管相比,碳纤维反对称包裹方管具有稳定的轴向压溃变形和优异的能量吸收能力,比吸能SEA最高提高11%。利用有限元分析... 

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 碳纤维包裹方管轴向压溃性能研究意义
        1.1.1 汽车车身抗撞性
        1.1.2 薄壁梁结构轴向压溃性能研究意义
        1.1.3 碳纤维包裹方管压溃性能研究意义
    1.2 碳纤维包裹方管研究现状
        1.2.1 传统金属材料薄壁梁压溃性能研究现状
        1.2.2 复合材料薄壁结构研究现状
        1.2.3 复合材料包裹薄壁结构研究现状
    1.3 本文研究内容
第2章 铝合金与CFRP材料力学性能测试
    2.1 引言
    2.2 铝合金材料力学性能测试
    2.3 碳纤维增强复合材料力学性能测试原理
    2.4 碳纤维增强复合材料力学性能测试
        2.4.1 拉伸性能
        2.4.2 压缩性能
        2.4.3 剪切性能
    2.5 本章小结
第3章 碳纤维包裹方管轴向压溃实验研究
    3.1 碳纤维包裹方管的几何结构与尺寸
    3.2 碳纤维包裹方管轴向压溃实验
        3.2.1 样件制备
        3.2.2 准静态压缩实验
    3.3 铺层形式对变形模式的影响分析
        3.3.1 纯铝管
        3.3.2 碳纤维单向包裹方管
        3.3.3 碳纤维反对称包裹方管
    3.4 铺层形式对轴向压溃能量吸收性能影响分析
        3.4.1 轴向压溃性能评价指标
        3.4.2 铺层形式对轴向压溃性能影响分析
    3.5 本章小结
第4章 碳纤维反对称包裹方管轴向压溃仿真建模与验证
    4.1 碳纤维反对称包裹方管轴向压溃模型的建立
        4.1.1 材料模型
        4.1.2 基础有限元模型
        4.1.3 MAT54 材料模型非物理参数设置
    4.2 仿真模型验证
    4.3 本章小结
第5章 碳纤维反对称包裹方管轴向压溃性能仿真研究及应用
    5.1 引言
    5.2 碳纤维反对称包裹方管参数与压溃性能相关性研究
        5.2.1 CFRP铺层数量
        5.2.2 铝合金厚度
        5.2.3 力学机理分析
        5.2.4 等质量的碳纤维反对称包裹方管能量吸收能力
    5.3 基于碳纤维反对称包裹方管的吸能盒改进设计
        5.3.1 基础车型
        5.3.2 碳纤维反对称包裹方管吸能盒设计
        5.3.3 改进车型的安全性评价
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢



本文编号：3665937