复合材料薄壁结构抗撞性优化设计

发布时间：2017-09-19 20:01

  本文关键词：复合材料薄壁结构抗撞性优化设计

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【摘要】：汽车碰撞安全问题一直以来都是国内外研究人员关注的问题之一,而提高汽车吸能构件的缓冲吸能性能是其中一个关键环节。随着复合材料的兴起和快速发展,因其高比吸能、比强度等优异性能而被广泛用于汽车领域,以替代传统金属材料。因此,研究复合材料结构的耐撞性(Crashworthiness)是很有必要的。本文采用理论计算、试验分析和有限元模拟的方法,对复合材料薄壁管的压缩性能进行了分析和研究,找到了一些影响复合材料薄壁圆管吸能性能的因素,并对圆管进行了以最大比吸能为目标的优化设计。本文主要研究内容如下:(1)介绍了复合材料力学和圆柱叠层壳经典理论等理论基础,对复合材料圆管进行了力学分析;简要介绍了优化设计理论和抗撞性优化问题。(2)对复合材料圆管进行了准静态压缩实验,探究了倒角、铺层方式、泡沫填充等对其吸能的影响。得出以下结论:对圆管一端加工倒角可以有效降低初始峰值载荷;增加一定数量的轴向铺层可以有效增大圆管的比吸能;泡沫填充可以提高圆管的比吸能。(3)根据试验数据利用LS-DYNA软件建立了试件的数值模型,探究了其中MAT54的失效参数,并且利用多层壳单元模拟对圆管的压溃模式。(4)利用数值模拟的方法比较分析了同几何结构下金属、复合材料薄壁结构的吸能性能,分析总结了结构对吸能性能影响的规律,结论显示由于变形模式的不同,复合材料圆管的吸能性能优于复合材料方管和不同直径的圆锥管,而对于铝管来说,圆锥管的吸能性能却是最好的。之后以最大比吸能为目标,以圆管的内径、壁厚、铺层方式为变量进行优化设计。结论显示适当增加壁厚和减小直径可以提高圆管的比吸能。
【关键词】：复合材料 抗撞性 比吸能 薄壁管
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U462;TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究目的和意义10-13
• 1.2 复合材料吸能构件研究概述13-18
• 1.2.1 复合材料吸能特性的研究方法14-15
• 1.2.2 影响复合材料吸能性能的因素15-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 第2章 复合材料圆管的力学分析和优化设计理论20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 复合材料圆管的力学分析20-25
• 2.2.1 正交各向异性材料的工程弹性常数20-23
• 2.2.2 圆柱叠层壳经典理论的分析23-25
• 2.3 优化设计理论25-31
• 2.3.1 实验设计及全因子实验设计27
• 2.3.2 多项式响应面代理模型27-29
• 2.3.3 检验模型29-30
• 2.3.4 优化设计的步骤30
• 2.3.5 抗撞性优化问题的定义30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 复合材料圆管吸能特性的试验研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 E-glass/PET199复合材料圆管的加工32-34
• 3.3 准静态压缩实验34-41
• 3.3.1 实验系统34
• 3.3.2 实验结果及分析34-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 复合材料圆管压溃数值模拟42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 复合材料圆柱壳有限元模型42-50
• 4.2.1 本构方程42-43
• 4.2.2 Chang-Chang失效准则43
• 4.2.3 失效参数的确定43-44
• 4.2.4 准静态工况分析44-45
• 4.2.5 单层壳单元模型45-46
• 4.2.6 双层壳单元模型46-48
• 4.2.7 泡沫填充圆管的模型48-49
• 4.2.8 其他载荷工况下的分析比较49-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第5章 优化设计与比较分析52-63
• 5.1 引言52
• 5.2 对比分析52-56
• 5.2.1 复合材料薄壁结构53-54
• 5.2.2 金属材料薄壁结构54-55
• 5.2.3 复合材料与金属材料吸能构件对比分析55-56
• 5.3 复合材料圆管的结构尺寸优化56-58
• 5.4 复合材料圆管的铺层角度优化58-62
• 5.5 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-73
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果73-74
• 致谢74

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4 许亚洪;程群峰;益小苏;;不同引发机制对复合材料圆管件吸能性能影响的初步研究[A];复合材料——基础、创新、高效：第十四届全国复合材料学术会议论文集（下）[C];2006年

5 燕瑛;罗炜桓;王立朋;宫少波;;复合材料圆筒结构准静态压缩破坏吸能研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集（一）[C];2007年

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1 湖南记者站 组稿;列车结构塑变吸能技术及装置[N];科技日报;2012年

2 本报记者 谢莉葳;寻求车头吸能与刚性的平衡[N];中国消费者报;2013年

3 成吉昌 郭惠斌;防撞吸能装置令驾驶员更安全[N];中国汽车报;2001年

4 段衍;轻客品质 微面成本[N];民营经济报;2006年

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本文编号：883616