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车用三元吸能复合材料的设计和性能研究
| 论文题名： | 车用三元吸能复合材料的设计和性能研究 |
| 关键词： | 汽车防撞;吸能装置;车用复合材料;空心微珠;力学性能 |
| 摘要： | 近年来，随着我国人均汽车保有量的增加，国内的低速碰撞事故总量趋向上升，因此对车辆被动安全的要求也日益增加。对于低速碰撞下的汽车被动安全性来说，其性能优劣与吸能装置的吸能效果关系紧密。目前对于吸能装置结构优化的理论研究已较为完善，而传统金属材料吸能特性较差的问题成为制约汽车被动安全性继续提升的瓶颈。因此，为了打破传统金属材料诸多问题限制，从而进一步改善吸能装置的吸能特性，设计一种成本低廉、轻质环保、具有广泛应用前景的车用吸能材料是十分必要的。 本文通过分析不同填料对于环氧树脂基体的理化性质影响，得出了适合应用于吸能装置的材料种类搭配，并基于吸能特性、轻量化和环保需求，提出了一种空心微珠/木纤维/环氧树脂车用三元吸能复合材料的应用设计方案。同时，分别研究了环氧树脂与固化剂配比、木质素纤维含量、空心微珠粒径和含量对复合材料力学性能的影响。结合力学实验测试数据与SEM图片，得出复合材料组分配比在单独作用下的最优参数解应依次为3:1、3%、60目和15%。 为了改善填料与基体间的结合界面，使用KH550型硅烷偶联剂对填料表面进行接枝处理。通过亲油化度与纤维增重率测试，分别测试了KH550用量、改性溶液PH值、改性时间以及改性温度等工艺参数对纤维和微珠表面的改性效果。其中，微珠最优改性参数为20%、4、2h和50℃，纤维最优改性参数为25%、10、6h和65℃。使用改性后的填料并分析其对复合材料的力学性能、吸能特性以及微观组织的影响，从而确定最适合应用于吸能装置的材料各项参数。 基于材料实际性能参数，在LS-DYNA软件中制作材料属性卡片，通过LS-DYNA及Hyperworks软件进行三元复合材料的吸能装置的低速碰撞试验仿真分析，得出低速碰撞中传统铝合金吸能盒与复合材料吸能盒的变形模式及吸能指标数值差异。最终通过基于整车高速碰撞仿真的汽车安全性验证试验，分析了复合材料吸能盒在高速碰撞下的吸能效果。同时，也发现了复合材料吸能盒在高速碰撞下的不足之处，为后续研究环氧树脂基车用吸能材料提供了新的思路。 |
| 作者： | 赵帅 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 吴哲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北林业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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