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CFRP薄壁圆管轴向压溃响应及耐撞性研究
| 论文题名： | CFRP薄壁圆管轴向压溃响应及耐撞性研究 |
| 关键词： | CFRP薄壁圆管;轴向压溃;卷绕成型;层间接触;耐撞性能 |
| 摘要： | 在当前轻量化和安全性日益成为汽车发展的热门方向下，复合材料凭借其独特的性能优势从中脱颖而出，越来越多的汽车结构采用复合材料代替传统金属材料，特别是纤维增强树脂基复合材料已经在汽车零部件上得到了大量的应用。在汽车吸能结构上采用复合材料实现轻量化的同时，需要关注其对安全性的影响，因此，复合材料的耐撞性已经在汽车行业得到了广泛的关注，设计优异的复合材料结构件使其按照预想并可控的方式吸收碰撞能量是国内外学者研究的焦点。本文基于此背景下，通过试验和数值模拟的方法开展了碳纤维复合材料薄壁圆管的轴向压溃性能研究，主要研究内容如下： 首先，采用缠绕成型工艺按照设计方案制备碳纤维复合材料圆管，利用电子万能试验机进行轴向准静态加载，详细研究了纤维角度、直径和层数对缠绕管耐撞性的影响，通过耐撞性评价指标综合评估缠绕管的轴向压溃性能，并对缠绕管的失效机制和失效形貌进行深入的探究，得到缠绕成型复合材料圆管的耐撞性能。 其次，采用卷绕成型工艺按照设计方案制备碳纤维复合材料圆管，基于缠绕管的试验平台进行轴向准静态加载，与缠绕管相似，研究了铺层角度、直径和层数对卷绕管耐撞性的影响，并对卷绕管的失效机制和失效形貌进行了详细地探讨，得到卷绕成型复合材料圆管的耐撞性能。同时，对缠绕管和卷绕管的耐撞性能分别从压溃响应和失效模式两方面进行全面比较，结果表明卷绕管的耐撞性更优于缠绕管。 最后，基于LS-DYNA内嵌的复合材料Chang-Chang失效准则建立了碳纤维复合材料圆管的多壳有限元模型，提出了碎片楔的建模策略，确定了所用材料损伤模型的失效参数以及多壳的层间接触算法。将仿真结果与卷绕管的试验结果进行对比，特别是针对圆管的分层失效破坏模式进行了较详细地剖析，结果表明本文的建模方法能够较好的预测卷绕管的轴向压溃响应和失效模式，数值模型具有较高的准确性和可行性，在后续的工作中可以为试验研究提供可靠的结果预报。 本文针对碳纤维复合材料圆管轴向压溃响应开展的系统研究得到了一些有价值的结论，为复合材料薄壁管在工程中的应用提供了一定的参考作用，同时本文的研究方法也在今后的复合材料薄壁管的研究中具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 曹文锋 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 莫富灏;刘潇博 |
| 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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