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复合材料薄壁结构吸能特性精确建模分析与试验研究
| 论文题名： | 复合材料薄壁结构吸能特性精确建模分析与试验研究 |
| 关键词： | 复合材料薄壁圆管;碳纤维增强;吸能特性;双层壳单元;汽车轻量化 |
| 摘要： | 复合材料以其质轻、比强度大、比模量高、可设计性强等众多优点广泛应用于航空航天、汽车、电子电气等领域。复合材料在汽车上的应用多为覆盖件和结构件，作为吸能结构件而言，复合材料结构逐渐表现出传统金属结构所不具备的优势。复合材料薄壁圆管轴向准静态压溃的吸能特性与材料的种类、结构的尺寸、纤维的铺设方式等因素密切相关，本文通过试验和数值模拟的方法对碳纤维增强复合材料薄壁圆管轴向准静态压溃吸能进行了研究，分析了不同参数对吸能性的影响，并基于代理模型对其进行优化设计。 首先，在对碳纤维增强复合材料薄壁圆管轴向准静态压溃的试验中，研究了相同参数下不同压溃行程对吸能特性的影响，得出不同压溃行程下吸能特性相同的结论；分别对三种长度、每种长度三种铺层数目的试件进行压溃试验，分析了其长度和铺层数对吸能特性的影响，证明了合理的长径比才能充分发挥复合材料薄壁圆管的吸能性能；其次，基于Hashin失效准则以两种建模方法建立有限元模型进行轴向准静态的压溃数值模拟，验证了数值模拟方法的可行性，证明了双层壳单元建模方法的优势。分析端部减薄区域的触发机制对复合材料薄壁圆管性特性的影响，对比了冲击工况与准静态工况的吸能结果；最后，基于代理模型以响应面法对复合材料薄壁管的几何尺寸和铺层角度进行优化设计。 通过本文的试验和数值模拟研究发现，碳纤维增强复合材料薄壁圆管结构具有良好的吸能特性，并且可以通过优化得到最优的尺寸和铺层设计，对汽车的碰撞安全以及轻量化应用具有一定的参考价值。 |
| 作者： | 张惠鑫 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 雷飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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