本文選題：碳纖維復(fù)合材料　切入點(diǎn)：鋁合金　出處：《湖南大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：現(xiàn)階段,汽車設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在滿足安全性、舒適性的前提下,提高車輛的環(huán)境友好度。前者的趨勢是更好的安全性能、舒適而多功能的組件,這些需求將增大整車的質(zhì)量。后者的趨勢是提高燃油效率和減少尾氣排放,要求汽車輕量化。解決上述矛盾的重要途徑是采用新結(jié)構(gòu)和新材料。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因其良好的吸能特性而被用于汽車碰撞吸能。將碳纖維復(fù)合材料與薄壁金屬梁結(jié)合,利用梁的漸進(jìn)疊縮引導(dǎo)復(fù)合材料發(fā)生穩(wěn)定失效,對汽車前縱梁等吸能部件設(shè)計(jì)有重要指導(dǎo)意義。本文基于外表包覆復(fù)合材料金屬梁和內(nèi)嵌蜂窩鋁、塑料等材料金屬梁的優(yōu)良吸能特性,提出碳纖維復(fù)合材料層合板內(nèi)芯加強(qiáng)薄壁鋁梁新結(jié)構(gòu),通過仿真和試驗(yàn)方法,對梁結(jié)構(gòu)吸能特性展開研究。首先,介紹單純薄壁鋁梁和復(fù)合材料層合板內(nèi)芯的幾何結(jié)構(gòu),測定碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和鋁合金材料力學(xué)性能�；谟邢拊浖�,引入節(jié)點(diǎn)位移作為鋁梁初始幾何缺陷,采用改進(jìn)的Hashin失效準(zhǔn)則,開發(fā)用戶子程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料初始損傷判定及演化,建立了單純薄壁鋁梁和不同結(jié)構(gòu)和厚度復(fù)合材料加強(qiáng)薄壁鋁梁軸向沖擊過程有限元模型。然后,針對仿真結(jié)果引入吸能量、比吸能及碰撞力效率等吸能特性指標(biāo)評價(jià),分析單純薄壁鋁梁和不同結(jié)構(gòu)和厚度復(fù)合材料加強(qiáng)薄壁鋁梁吸能特性,選取典型模型分析薄壁梁軸向壓潰形態(tài)及載荷、能量隨位移變化。通過能量變化闡述仿真結(jié)果可靠性并進(jìn)行吸能特性總結(jié)。仿真結(jié)果顯示,復(fù)合材料加強(qiáng)薄壁鋁梁較單純薄壁鋁梁的吸能量和比吸能有顯著提高。最后,根據(jù)仿真結(jié)果合理選擇試驗(yàn)變量、制備試樣,通過落錘裝置開展軸向沖擊試驗(yàn)。針對單純薄壁鋁梁,結(jié)合漸進(jìn)疊縮形態(tài)和載荷-位移曲線分析其軸向壓潰過程。針對復(fù)合材料加強(qiáng)薄壁鋁梁,基于復(fù)合材料失效模式和載荷-位移曲線探討復(fù)合材料對梁結(jié)構(gòu)吸能特性的影響。通過吸能特性評價(jià)指標(biāo)分析試驗(yàn)結(jié)果,對比梁結(jié)構(gòu)仿真與試驗(yàn)壓潰形態(tài)、載荷-位移曲線及吸能特性。在現(xiàn)有金屬梁屈曲理論和復(fù)合材料極限強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)上,給出估算復(fù)合材料加強(qiáng)薄壁鋁梁承載能力的經(jīng)驗(yàn)公式。
[Abstract]:At present, the goal of automobile design is to improve the environmental friendliness of the vehicle on the premise of safety and comfort. The former trend is better safety performance, comfortable and multifunctional components. These demands will increase the quality of the vehicle. The latter trend is to increase fuel efficiency and reduce emissions. The important way to solve the above problem is to adopt new structure and materials. Carbon fiber reinforced composites are used in automobile impact energy absorption because of their good energy absorption characteristics. Carbon fiber composites are combined with thin wall metal beams. The stability failure of composite materials is induced by the progressive shrinkage of beams, which is of great significance for the design of energy absorption components such as front longitudinal beams of automobiles. This paper is based on the exterior coated metal beams of composite materials and aluminum honeycomb embedded in the composite materials. The excellent energy absorption characteristics of metal beams of plastics and other materials are discussed. A new structure of thin-walled aluminum beams reinforced with carbon fiber composite laminated plates is proposed. The energy absorption characteristics of the beams are studied by means of simulation and test methods. The geometric structure of the inner core of pure thin-walled aluminum beam and composite laminated plate is introduced. The mechanical properties of carbon fiber reinforced composite material and aluminum alloy material are measured. Based on the finite element software, the node displacement is introduced as the initial geometric defect of aluminum beam. Based on the improved Hashin failure criterion, a user subroutine is developed to determine and evolve the initial damage of composite materials. A finite element model for the axial impact process of pure thin-walled aluminum beams and composite reinforced thin-walled aluminum beams with different structures and thickness is established. The energy absorption characteristics of pure thin-walled aluminum beams and composite reinforced thin-walled aluminum beams with different structures and thickness are analyzed according to the energy absorption, specific energy absorption and impact force efficiency of the simulation results. The typical model is selected to analyze the axial crushing shape and load of thin-walled beam, and the energy varies with displacement. The reliability of simulation results and the energy absorption characteristics are described through energy variation. The simulation results show that, The energy absorption and specific energy absorption of composite reinforced thin-walled aluminum beams are significantly higher than that of pure thin-walled aluminum beams. Finally, according to the simulation results, the test variables are reasonably selected to prepare the samples. The axial impact test was carried out by the drop weight device. The axial crushing process of the pure thin-walled aluminum beam was analyzed in combination with the progressive folding shape and load-displacement curve. The composite reinforced thin-walled aluminum beam was strengthened. Based on the failure mode of composite material and load-displacement curve, the influence of composite material on the energy absorption characteristics of beam structure is discussed. Based on the buckling theory of metal beams and the ultimate strength theory of composite materials, an empirical formula for estimating the load-bearing capacity of composite reinforced thin-walled aluminum beams is presented.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U465

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本文編號：1572385