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PP玻纤复合材料蜂窝夹芯结构力学分析及有限元仿真
| 论文题名： | PP玻纤复合材料蜂窝夹芯结构力学分析及有限元仿真 |
| 关键词： | 汽车车身;复合材料;聚丙烯;玻璃纤维;蜂窝夹芯结构;力学分析;有限元仿真 |
| 摘要： | 汽车轻量化技术即新型轻质材料、结构轻量化设计以及轻量化制造等先进技术的交叉与融合，随着材料的发展、技术的进步，寻找轻质材料是当前汽车轻量化所采取的重要措施之一。复合材料蜂窝夹层结构以其密度低、高比强度、高耐腐蚀性，以及高绝缘性等优点，逐渐成为汽车行业轻质材料研究的热点。但是，当蜂窝夹层结构大面积应用时，其几何建模以及有限元仿真十分繁琐，效率低下，极大的限制了复合材料蜂窝夹层结构在汽车车身上的广泛应用。为解决这一难题，本文结合均匀化理论与有限元仿真，提出蜂窝夹层的宏观等效模型，完成蜂窝微观结构到宏观模型的转变，极大地提高了蜂窝夹层结构的有限元仿真效率，缩短了研发周期。 本文就密排圆柱形聚丙烯（Polypropylene，PP）蜂窝作为芯子，连续玻纤增强聚丙烯层合板（Continuous Glass Fiber Reinforced Polypropylene，CGF-PP）作为蒙皮的三明治夹芯结构的力学性能以及有限元仿真进行了深入的研究。 首先针对三明治结构的中间夹层蜂窝芯，在有限元仿真软件HyperMesh中建立蜂窝芯平压有限元模型并使用Ls-Dyna计算求解，该有限元模型的压缩性能与试验高度吻合。同时以对称性以及可无限延展性为原则，考虑到边界条件施加的易操作性，基于微观蜂窝芯子取其具有代表性的微元结构，利用均匀化理论结合有限元仿真，推导出蜂窝芯宏观等效弹性参数，完成将蜂窝芯从微观到宏观的转变。然后，对夹芯结构的CGF-PP蒙皮进行有限元仿真，并与CGF-PP蒙皮的基本性能测试试验进行对比，最后，分别建立等效蜂窝芯以及微观蜂窝芯三明治结构的三点弯曲有限元模型，并与三点弯曲实验进行对比研究。 结合力学性能分析以及有限元仿真得到以下研究结果：蜂窝芯平压有限元模型与试验误差在10%以内，蜂窝芯在车身上小面积应用时，可参考该有限元的建立分析过程。CGF-PP蒙皮有限元仿真与试验的误差仅约为7.5%，能够很好的模拟以及预测CGF-PP层合板的变形以及失效。等效蜂窝芯三明治结构三点弯曲有限元模型与具有同等结构的三明治试件的三点弯曲试验进行对比，二者峰值力上误差在10%以内，等效以及微观蜂窝芯三明治结构的三点弯曲有限元模型的变形形式基本吻合，而等效蜂窝芯三明治结构模型有限元模型的计算效率是微观结构的90倍以上，充分验证了蜂窝芯宏观等效模型的有效性以及高效率性。 |
| 作者： | 赵东情 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 郑国君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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