【摘要】：碳纖維增強復(fù)合材料具有密度小、比強度高、比模量高等優(yōu)異的材料性能,作為良好的輕量化材料,在航空航天、軍工領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用,在汽車領(lǐng)域復(fù)合材料的應(yīng)用也引起越來越多的關(guān)注。碳纖維復(fù)合材料不但質(zhì)量輕,而且具有良好的吸能特性,適用于車身中的吸能構(gòu)件。碳纖維增強復(fù)合材料由增強體和基體共同組成,在沖擊載荷作用下吸能機制比較復(fù)雜,失效模式表現(xiàn)為:纖維斷裂、基體破碎、層間分層等,本文應(yīng)用LS-DYNA有限元分析軟件對碳纖維增強復(fù)合材料圓管軸向壓潰吸能特性進行研究。本文首先確定碳纖維增強復(fù)合材料圓管試件尺寸、選擇試驗系統(tǒng),進行軸向壓潰試驗。由于單向纖維布和編織纖維布鋪層的碳纖維增強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件吸能特性存在較大差異,本文分別選用單向帶鋪層圓管和編織布鋪層圓管進行試驗研究。對比分析兩種圓管壓潰破壞現(xiàn)象和位移-載荷曲線,確定幾何尺寸相近情況下,單向帶鋪層圓管有較好的吸能特性,并將單向帶鋪層圓管軸向壓潰試驗結(jié)果作為之后數(shù)值模擬研究的評價標準。應(yīng)用LS-DYNA有限元分析軟件進行碳纖維增強復(fù)合材料圓管軸向壓潰的數(shù)值模擬研究,建立與試驗研究一致的單層殼單元圓管軸向壓潰模型,應(yīng)用MAT54材料模型定義碳纖維增強復(fù)合材料。將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比,確定數(shù)值模擬方法的有效性和準確性。單層殼單元圓管軸向壓潰模型能有效反應(yīng)圓管軸向壓潰過程中位移-載荷曲線結(jié)果,但不能宏觀表現(xiàn)出層間分層這一失效模式。建立多層殼單元圓管軸向壓潰仿真模型,應(yīng)用tiebreak接觸定義層間分層失效,并探究單元劃分和圓管殼單元層數(shù)對仿真結(jié)果影響。結(jié)果表明多層殼單元圓管軸向壓潰模型位移-載荷曲線與試驗結(jié)果較為一致,且能直觀地觀察到圓管層間分層失效模式。薄弱環(huán)節(jié)設(shè)置是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件吸能特性的重要影響因素,可確保軸向壓潰過程中,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在該端發(fā)生穩(wěn)定的漸進性破壞。本文研究端部帶缺口的局部薄弱環(huán)節(jié)設(shè)置對圓管結(jié)構(gòu)件壓潰吸能特性的影響,設(shè)計缺口形狀分別為矩形、半圓形、梯形,確定缺口形狀對結(jié)構(gòu)件吸能特性影響較小。在缺口形狀為矩形的情況下,設(shè)置缺口截面尺寸分別為圓管截面尺寸的0.3、0.4、0.5、0.6、0.7倍,確定當缺口橫截面尺寸與圓管橫截面尺寸比值為0.6時,圓管結(jié)構(gòu)件吸能特性最好。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB332
【圖文】：

第 1 章 緒論第 1 章 緒論背景輛汽車誕生以來，汽車制造工業(yè)飛速發(fā)展，汽車使用數(shù)量不斷一種重要的交通工具。近年來隨著我國經(jīng)濟水平的大步飛躍，也持續(xù)增加。如圖 1.1 為 2000 年以來中國汽車產(chǎn)量的增長與知我國汽車銷量逐年增長，年均增長 18 個百分比，在 2009 年，成為歷年最高值。若按照年增長率 7%進行估算，預(yù)計 2020 將突破 3600 萬輛[1]。中國汽車工業(yè)協(xié)會預(yù)測，2018 年中國汽的銷售額繼續(xù)第 10 年成為世界最大汽車生產(chǎn)國家。

量化材料、輕量化制造工藝的研究上。汽車應(yīng)用材料逐漸向密度較小的料轉(zhuǎn)變，鋁合金材料以低于鋼材料密度三分之一的優(yōu)勢，在汽車工業(yè)發(fā)逐漸被使用。又由于鋁合金有約等于鋼 2 倍的比吸能，現(xiàn)已作為輕質(zhì)材用于汽車零部件、車身覆蓋件中[4][5]。隨著材料制造生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展，復(fù)合材料以優(yōu)異的材料性能成為如今的方向。復(fù)合材料是將兩種或兩種以上不同材料，通過復(fù)合工藝加工制造的材料，它既具有原材料性能，又具有由于復(fù)合工藝所產(chǎn)生的原材料不性能[6]。碳纖維增強復(fù)合材料以樹脂作為基體，以碳纖維作為增強材料的金屬材料相比，碳纖維復(fù)合材料有比強度和比模量高、質(zhì)量輕、剛蝕性良好和各向異性等特點，已廣泛應(yīng)用在軍工以及航空航天等工業(yè)[7纖維復(fù)合材料優(yōu)異的材料性能，以及復(fù)合材料技術(shù)的日漸成熟，也已逐車輕量化應(yīng)用材料[10][11], 如圖 1.2 所示為碳纖維復(fù)合材料制成結(jié)構(gòu)件和如車身、車門、方向盤、傳動軸等。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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相關(guān)博士學位論文 前1條

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相關(guān)碩士學位論文 前3條

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本文編號：2716973