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基于玻纤增强PMH技术注塑成型工艺对力学性能影响的研究
| 论文题名： | 基于玻纤增强PMH技术注塑成型工艺对力学性能影响的研究 |
| 关键词： | 汽车轻量化;PMH技术;力学性能;注塑成型 |
| 摘要： | 近年来，随着全球能源和环境问题的突出，在汽车工业，节能减排的呼声日益高涨，玻纤增强塑料-金属混杂（PMH）技术作为一种新兴的轻量化手段综合了金属和复合材料的优势，具有质轻高强、易于成型、可设计性强和易于实现零件模块化生产的特点，性能与成本可以得到很好的平衡，因此受到越来越多的关注。 本文主要通过实验设计与有限元仿真相结合的方法研究注塑过程各工艺参数对玻纤增强PMH结构力学性能的影响。首先介绍了国内外PMH技术的发展背景及研究现状，归纳总结了目前 PMH技术在应用和研究方面存在的不足，在此基础上提出了本文的研究思路与方法。首先根据玻纤增强 PMH结构的工艺和性能要求，对其注塑原理和关键控制参数进行了介绍和分析，阐述了 PMH组件材料的选择、金属的预处理以及注塑工艺参数对 PMH组件品质和力学性能的影响。然后针对传统方法对于注塑成型的纤维增强 PMH结构数值分析存在的困难和局限性，提出一种新的基于材料参数映射的方法。采用 Multicontinuum（MTC）理论，将微观代表性体积元（RVE）中的复合平均量分解到其内部组分（纤维和树脂）上，通过组分平均量之间的关系发展来预测复合材料的损坏演变和失效，从而避免建立复杂的完全模拟实际微观机械应力场模型。基于此材料模型，将模流分析得到的结果信息映射到结构分析模型中。该方法能够实现大量分析数据从适合模流分析的网格映射到适合结构分析的网格模型中，将注塑过程中的翘曲收缩变形、残余应力等结果信息应用到后续的结构分析，从而提高了计算效率和结果的准确性。基于此方法，对一汽车典型梁结构进行建模，研究了纤维增强塑料-金属界面粘结强度对残余应力、翘曲收缩变形以及汽车典型工况下各力学性能的影响，结果表明：当界面粘接强度超过20MPa后，塑料件的翘曲收缩变形量可以忽略不计，该PMH结构在汽车各典型工况下力学性能维持在稳定水平。 最后运用田口实验设计方法对注塑工艺参数进行优化，得到了对 PMH组件品质和力学性能影响较大的工艺参数依次为保压压力、熔体温度、保压时间、金属嵌件温度和模具温度。采用MATALB的逐步回归功能建立了工艺参数与聚合物-金属界面残余应力的多元回归数学模型，通过模拟退火方法对多元回归数学模型做进一步的求解，得到了全局最优的工艺参数组合。 |
| 作者： | 雷发桂 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 聂昕;高晖 |
| 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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