基于混合铺层的热塑性连续纤维车身部件优化设计

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangzi_job
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连续碳纤维增强复合材料(CCFRPs)具有高比强度,高刚度,化学稳定性好等诸多优点,其成型制品甚至可以作为结构件使用,但CCFRPs的复杂结构拉深件成型存在困难,且碳纤维材料成本高,限制了CCFRPs在更大范围内的应用。本文旨在通过优化成型条件解决成型困难问题,并通过合理的工艺,降低其成本,改善经济性。本文应用国产南京沃莱特新材料有限公司生产的PA6碳纤维单项带和PA6玻璃纤维单向带制备了实验方盒,由于方盒具有倒角和多倒角过渡区,存在一定的拉深深度,是一种典型的考核件。针对方盒外部表面质量问题首先通过方盒成型实验,得出模具模面温度是表面质量影响最大因素,进而优化了方盒成型的工艺参数,解决了当前连续纤维增强热塑性复合材料制品成型难度大的问题,使方盒成型彻底,方盒表面光滑,无褶皱等表面质量问题;通过PA6的相对低燃点(550℃),应用马弗炉燃烧法将树脂烧掉,保留碳纤维丝观察每层碳纤维丝连续性,得出纤维丝在方盒成型过程中不会受损。通过对碳纤维方盒和玻璃纤维方盒四种铺层角度0°、90°、±45°的选择和组合,在铺层角度均匀性和对称性原则下,设计了一系列实验,探究铺层角度和铺层顺序对方盒形状制品的承压性能的影响。通过应用万能拉伸机进行静载压溃实验所得的结果,5种不同碳纤维铺层方盒承压力峰值在67 KN-72 KN,3种不同玻纤铺层方盒力峰值在48KN-51 KN,证实了在铺层角度均匀性和对称性原则下,铺层角度的铺层顺序对方盒形复材制品静载性能影响不明显。针对碳纤维复材制品成本高的问题,探究了玻璃纤维铺层混合碳纤维铺层的研究思路,探索出玻璃纤维铺层全部在方盒上部铺层的Ⅲ型混合铺层方式性能最佳,在静载承压能力方面,碳纤维方盒为68 KN左右,Ⅲ型混合铺层方式方盒也在68 KN左右,且破坏方式不存在大的断裂,动载吸能方面,Ⅲ型混合铺层方式方盒与碳纤维方盒基本相似,都在64 J左右。最优的混合铺层方盒未削弱方盒力学性能,满足了方盒服役性能的要求,同时节省了一半碳纤维铺层的用量,保证了复材制品的经济性。
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