本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)抗撞性優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：汽車碰撞安全問題一直以來都是國內(nèi)外研究人員關(guān)注的問題之一,而提高汽車吸能構(gòu)件的緩沖吸能性能是其中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著復(fù)合材料的興起和快速發(fā)展,因其高比吸能、比強度等優(yōu)異性能而被廣泛用于汽車領(lǐng)域,以替代傳統(tǒng)金屬材料。因此,研究復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的耐撞性(Crashworthiness)是很有必要的。本文采用理論計算、試驗分析和有限元模擬的方法,對復(fù)合材料薄壁管的壓縮性能進(jìn)行了分析和研究,找到了一些影響復(fù)合材料薄壁圓管吸能性能的因素,并對圓管進(jìn)行了以最大比吸能為目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)介紹了復(fù)合材料力學(xué)和圓柱疊層殼經(jīng)典理論等理論基礎(chǔ),對復(fù)合材料圓管進(jìn)行了力學(xué)分析;簡要介紹了優(yōu)化設(shè)計理論和抗撞性優(yōu)化問題。(2)對復(fù)合材料圓管進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實驗,探究了倒角、鋪層方式、泡沫填充等對其吸能的影響。得出以下結(jié)論:對圓管一端加工倒角可以有效降低初始峰值載荷;增加一定數(shù)量的軸向鋪層可以有效增大圓管的比吸能;泡沫填充可以提高圓管的比吸能。(3)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)利用LS-DYNA軟件建立了試件的數(shù)值模型,探究了其中MAT54的失效參數(shù),并且利用多層殼單元模擬對圓管的壓潰模式。(4)利用數(shù)值模擬的方法比較分析了同幾何結(jié)構(gòu)下金屬、復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)的吸能性能,分析總結(jié)了結(jié)構(gòu)對吸能性能影響的規(guī)律,結(jié)論顯示由于變形模式的不同,復(fù)合材料圓管的吸能性能優(yōu)于復(fù)合材料方管和不同直徑的圓錐管,而對于鋁管來說,圓錐管的吸能性能卻是最好的。之后以最大比吸能為目標(biāo),以圓管的內(nèi)徑、壁厚、鋪層方式為變量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。結(jié)論顯示適當(dāng)增加壁厚和減小直徑可以提高圓管的比吸能。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 抗撞性 比吸能 薄壁管
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U462;TB33
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 研究目的和意義10-13
• 1.2 復(fù)合材料吸能構(gòu)件研究概述13-18
• 1.2.1 復(fù)合材料吸能特性的研究方法14-15
• 1.2.2 影響復(fù)合材料吸能性能的因素15-18
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 復(fù)合材料圓管的力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計理論20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 復(fù)合材料圓管的力學(xué)分析20-25
• 2.2.1 正交各向異性材料的工程彈性常數(shù)20-23
• 2.2.2 圓柱疊層殼經(jīng)典理論的分析23-25
• 2.3 優(yōu)化設(shè)計理論25-31
• 2.3.1 實驗設(shè)計及全因子實驗設(shè)計27
• 2.3.2 多項式響應(yīng)面代理模型27-29
• 2.3.3 檢驗?zāi)Ｐ?/span>29-30
• 2.3.4 優(yōu)化設(shè)計的步驟30
• 2.3.5 抗撞性優(yōu)化問題的定義30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 復(fù)合材料圓管吸能特性的試驗研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 E-glass/PET199復(fù)合材料圓管的加工32-34
• 3.3 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實驗34-41
• 3.3.1 實驗系統(tǒng)34
• 3.3.2 實驗結(jié)果及分析34-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 復(fù)合材料圓管壓潰數(shù)值模擬42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 復(fù)合材料圓柱殼有限元模型42-50
• 4.2.1 本構(gòu)方程42-43
• 4.2.2 Chang-Chang失效準(zhǔn)則43
• 4.2.3 失效參數(shù)的確定43-44
• 4.2.4 準(zhǔn)靜態(tài)工況分析44-45
• 4.2.5 單層殼單元模型45-46
• 4.2.6 雙層殼單元模型46-48
• 4.2.7 泡沫填充圓管的模型48-49
• 4.2.8 其他載荷工況下的分析比較49-50
• 4.3 本章小結(jié)50-52
• 第5章 優(yōu)化設(shè)計與比較分析52-63
• 5.1 引言52
• 5.2 對比分析52-56
• 5.2.1 復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)53-54
• 5.2.2 金屬材料薄壁結(jié)構(gòu)54-55
• 5.2.3 復(fù)合材料與金屬材料吸能構(gòu)件對比分析55-56
• 5.3 復(fù)合材料圓管的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化56-58
• 5.4 復(fù)合材料圓管的鋪層角度優(yōu)化58-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果73-74
• 致謝74

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