發(fā)布時間：2020-06-19 04:40

【摘要】：隨著材料技術和汽車輕量化的發(fā)展,短纖維增強復合材料逐漸應用于汽車行業(yè)并且使用量在逐年增加。對短纖維增強復合材料力學性能研究主要以試驗為主,仿真方面多以建立微觀單細胞單纖維或多纖維結構模型研究纖維和基體之間應力傳遞和對纖維的影響,而對于短纖維增強復合材料宏觀力學性能的仿真研究比較少。采用LS-DYNA中已有的材料本構模型,其本構模型不能完全考慮材料的力學性能,如短纖維增強復合材料具有各向異性、粘彈性、動態(tài)應變率效應,LS-DYNA的22#材料只能考慮各向異性和動態(tài)應變率。為了綜合仿真模擬材料的力學性能,本文基于德國MATFEM公司CrachFEM失效模型研究帶有斷裂失效短纖維增強復合材料的力學性能�；贑rachFEM失效模型理論,開展了不同纖維方向和不同應變率的單軸拉伸試驗研究材料的各向異性、粘彈性和動態(tài)應變率效應,同時也進行了多種斷裂失效試驗研究材料的斷裂失效。根據單軸拉伸試驗數(shù)據和已有的理論基礎擬合材料彈塑性力學性能參數(shù),根據斷裂失效試驗數(shù)據和CrachFEM失效模型擬合材料韌性正向失效極限曲線,編輯短纖維增強復合材料(PP+GF30)材料仿真卡片。同時建立單軸拉伸試驗有限元模型,進行不同纖維方向和不同應變應變率的單軸拉伸試驗力與位移曲線仿真對標,驗證材料卡片對短纖維增強復合材料各向異性、粘彈性和動態(tài)應變率擬合精度;建立三點彎曲、穿孔試驗的有限元模型,進行斷裂失效試驗的力與位移曲線的仿真對標,驗證CrachFEM失效模型對短纖維增強復合材料斷裂失效擬合精度,開發(fā)的材料卡片很好的描述了材料的力學性能�；趪鴺薌B 11551-2014和GB/T 20913-2007建立整車正面100%重疊剛性壁碰撞有限元模型和正面40%重疊可變形壁障碰撞有限元模型。采用CrachFEM失效模型、常應變失效模型、GISSMO失效模型三種失效模型的材料仿真卡片,進行短纖維增強復合材料水箱支架整車級的碰撞仿真,分析水箱支架的斷裂失效行為。并通過對左右兩側B柱加速度和A柱變形進行分析,可知采用短纖維增強復合材料水箱支架滿足企業(yè)對整車碰撞安全性的要求。
【學位授予單位】：廈門理工學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U467.14;U465
【圖文】：

進而應用于汽車主要承力部件，如底盤、輪轂、車身等結構件[16-21]。圖1-1為纖維增強復合材料在整車上應用示意圖。圖1-1 纖維增強復合材料在整車應用示意圖目前國內外對纖維增強復合材料性能進行了綜合的研究，如力學性能、電磁學、熱性能、疲勞等。纖維增強復合材料的損傷失效機理研究也越來越成熟：從宏觀來看，長纖維增強復合材料斷裂失效可分為纖維斷裂、基體斷裂以及纖維和基體界面脫膠開裂等失效形式[22]；從微觀角度而言，纖維增強復合材料的斷裂失效可以分為面內纖維斷裂、面內基體斷裂和面內剪切屈服等失效形式[22,23]，纖維增強復合材料的斷裂是由以上三種斷裂失效形式共同作用的結果。長纖維增強復合材料無論是從試驗還是仿真都做了大量的研究，但是短纖維增強復合材料由于纖維短，纖維之間以及纖維與基體之間的不連續(xù)性，使得其結構相互作用復雜，對材料局部變形、斷裂失效過程、宏觀強度以及韌性方面產生明顯的影響，短纖維增強復合材料的斷裂失效行為相較長纖維增強復合材料更為復雜。對短纖維增強復合材料的研究以建立微觀結構模型為主

常用的材料斷裂失效模型有 Johnson-Cook 損傷失效模型(應力三軸度小于 1/3 的脆性斷裂失效)、G-T-N 損傷失效模型(應力三軸度大于 1/3 的韌性斷裂失效)、修正的Mohr-Coulom(modified Mohr-Coulom，MMC)損傷失效模型等[62]。隨著德國 MATFEM 公司開發(fā)的 CrachFEM 失效模型在主機廠推廣的應用，CrachFEM 失效模型也逐漸成為常用的斷裂失效模型。CrachFEM 失效模型是以金屬斷裂失效理論為基礎建立起來的，將材料的斷裂失效分為韌性正向失效、韌性剪切失效和局部頸縮引起的失穩(wěn)失效，失效形式如圖 2-1、2-2、2-3 所示。韌性斷裂是材料在受力過程中發(fā)生顯著的塑性變形引起宏觀層面斷裂，材料韌性斷裂的微觀方面成因則是已存在或者隨著變形新生成微裂紋或者微孔洞的成核、長大直到相互聚合直至斷裂的模式，微裂紋和微孔洞的成因是金屬材料中第二相粒子、位錯堆積或者其他缺陷引起的[63,64,65]。CrachFEM 韌性失效準則通過等效失效應變和主應變比描述斷裂特征的斷裂極限曲線，作為材料韌性斷裂失效的評估依據。高應力三軸度下斷裂失效為韌性正向失效，而低應力三軸度下則為韌性剪切失效。

【相似文獻】

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1 胡興弟;蘆連;廖慧紅;黃衛(wèi);楊洪;董森;;基于CrachFEM材料模型的車燈沖擊破壞研究[A];第十五屆中國CAE工程分析技術年會論文集[C];2019年

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1 張坤倫;基于CrachFEM的汽車塑料水箱支架正面碰撞失效仿真分析[D];廈門理工學院;2018年

本文編號：2720317