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Steel/CFRP复合材料拉伸变形行为研究
| 论文题名： | Steel/CFRP复合材料拉伸变形行为研究 |
| 关键词： | 汽车制造业;碳纤维预浸料;高强度钢板;变形行为;成形性能 |
| 摘要： | 近几年，随着汽车行业的快速发展，耗油量逐渐增加，大气污染日益严重，在保证汽车安全性和舒适性的前提下，车身轻量化成为追求的目标。一方面，高强度钢正在逐渐取代普通中、低碳钢将成为汽车行业的主流，因其具有强度高且板厚薄的优点，主要用于车身结构的轻量化。另一方面，碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）因其比重轻、高强度和可设计性强等特性，被广泛用于汽车制造行业。将高强度钢板和碳纤维预浸料复合制成车用Steel/CFRP构件，研究其变形行为和成形性能，对提升汽车轻量化空间起着关键性的作用。 本文以钢板与碳纤维预浸料组成的Steel/CFRP复合材料为研究对象，研究碳纤维层数、拉伸速度、温度因素对复合材料拉伸行为、剪切失稳角、最大载荷的影响，揭示不同因素对复合材料变形行为的影响程度，得到了合理的铺层设计和工艺条件。通过对Steel/CFRP复合材料拉伸变形行为的系统研究，得出以下主要结论： （1）Steel/CFRP复合材料拉伸过程主要包括弹性变形阶段、强化阶段、平稳阶段、颈缩阶段。弹性变形阶段和强化阶段呈现出典型的线弹性变形行为和非线性强化效应。在平稳阶段呈现出均匀延伸的变形性质，碳纤维预浸料发生了断裂破坏，失去了承载能力，处于均匀延伸区的钢板承担全部拉伸载荷。 （2）碳纤维层数、拉伸速度、温度三个因素中，温度对剪切失稳角和最大拉伸载荷的影响均最大。在碳纤维层数为5，拉伸速度为80mm/min，温度为120℃时，剪切失稳角是最小的，表明Steel/CFRP复合材料具有较强的成形能力。在碳纤维层数为9，拉伸速度为160mm/min，温度为25℃时，最大拉伸载荷最大，表明此时Steel/CFRP复合材料抵抗断裂破坏的能力也最强。 （3）在相同碳纤维铺层数下，有钢板存在时碳纤维预浸料的剪切失稳角比无钢板要大得多，钢板的存在显著降低了碳纤维预浸料的成形能力；另一方面，不同碳纤维铺层下，虽然Steel/CFRP复合材料的拉伸变形行为与纯CFRP预浸料大致相似，但最大拉伸载荷却比纯CFRP预浸料要大得多，表明钢板的存在显著提高了Steel/CFRP复合材料的抗拉伸断裂能力。 （4）在分析碳纤维预浸料和钢板本构模型的基础上，采用线性叠加和多元线性回归分析方法，建立了以碳纤维层数、拉伸速度及温度为参变量的Steel/CFRP复合材料本构模型。 |
| 作者： | 徐海峰 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 郭玉琴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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