【摘 要】
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铝-碳纤维混合材料(AL-CFRP)圆管可作为前纵梁应用于汽车上,该结构将质轻高强的CFRP与高延展性的金属铝相结合,在提升轻量化效果的同时兼顾结构耐撞性。AL-CFRP圆管是两种材料的组合结构,在轴向压溃条件下,两种材料的失效机理和失效模式不同,组合结构的失效模式相比单一材料结构更为复杂。另外,CFRP具有温度敏感性,导致AL-CFRP圆管在不同温度下的轴向压溃性能变化。本文将结合轴向压溃试验及
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铝-碳纤维混合材料(AL-CFRP)圆管可作为前纵梁应用于汽车上,该结构将质轻高强的CFRP与高延展性的金属铝相结合,在提升轻量化效果的同时兼顾结构耐撞性。AL-CFRP圆管是两种材料的组合结构,在轴向压溃条件下,两种材料的失效机理和失效模式不同,组合结构的失效模式相比单一材料结构更为复杂。另外,CFRP具有温度敏感性,导致AL-CFRP圆管在不同温度下的轴向压溃性能变化。本文将结合轴向压溃试验及LS-DYNA有限元分析软件对CFRP圆管和AL-CFRP圆管在不同温度下的轴向压溃性能进行研究。选用恰当的金属、CFRP材料模型及碳纤维层间接触、碳纤维与铝合金间接触,并进行CFRP层合板的温度试验。金属材料采用MAT24弹塑性材料模型;CFRP材料选用MAT54材料模型,碳纤维层间接触、碳纤维与铝合金间接触均选用接触型内聚力方法,采用TIEBREAK失效准则来判定损伤起始,并基于断裂能释放率进行损伤演化。进行CFRP层合板的拉伸试验、压缩试验和面内剪切试验,获取不同温度下CFRP层合板的力学性能参数。进行25℃、50℃和80℃温度下CFRP圆管准静态轴向压溃试验和仿真,分析CFRP圆管的失效形式、压溃载荷-位移曲线及轴向压溃性能。首先进行25℃温度下两种不同铺层形式[(90°)6/(0°)6]和[(0°)6/(90°)6]的轴向压溃试验,其次进行不同温度下铺层形式[(0°)6/(90°)6]的轴向压溃试验,建立四层壳单元CFRP圆管准静态轴向压溃模型,对比试验结果,验证模型有效性,最后分析CFRP圆管轴向压溃性能对于温度的敏感性。在25℃、50℃和80℃温度下对AL-CFRP圆管进行准静态轴向压溃的试验和仿真工作,分析AL-CFRP圆管的失效形式、压溃载荷-位移曲线及铝管和碳纤维圆管的吸能情况。建立AL-CFRP圆管的准静态轴向压溃模型,其中的碳纤维圆管铺层形式为[(0°)6/(90°)6],将数值模拟结果与试验结果对比,验证数值模拟方法的准确性,最后研究AL-CFRP圆管轴向压溃性能对于温度的敏感性。基于铺层角度为[(0°)6/(90°)6]的CFRP圆管进行温度敏感性研究。CFRP圆管中的纤维拉伸、纤维压缩损伤不受温度影响;温度越高,基体损伤扩展越快,损伤越严重,其中基体拉伸损伤受温度影响最为明显。AL-CFRP圆管随着温度的升高,碳纤维管和铝管的总内能逐渐降低,其中铝管所占内能百分比逐渐升高,碳纤维管所占内能百分比逐渐降低。AL-CFRP圆管比CFRP圆管具有更好的轴向压溃性能,AL-CFRP圆管作为前纵梁应用于汽车上时,考虑到温度对AL-CFRP圆管轴向压溃性能的影响,应提高设计安全系数,规避温度敏感性带来的危害。
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