车用CFRP层压圆柱壳冲击损伤分析及最小穿透能量预测

作     者：王丹琦 吴霖滔 聂冰冰 车文传 邹铁方 张君媛 WANG Danqi;WU Lintao;NIE Bingbing;CHE Wenchuan;ZOU Tiefang;ZHANG Junyuan

作者机构：长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室(原汽车安全与节能国家重点实验室)北京100084 吉林大学汽车工程学院长春130025 

出 版 物：《汽车安全与节能学报》 (Journal of Automotive Safety and Energy)

年 卷 期：2024年第15卷第1期

页      面：29-38页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52072216) 汽车安全与节能国家重点实验室开放基金项目(KFY2203)。 

主　　题：汽车轻量化 碳纤维增强复合材料(CFRP) 层压圆柱壳 冲击损伤 能量吸收 

摘      要：为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)在汽车曲面零部件上的应用前景,该文以碳纤维增强复合材料(CFRP)层压圆柱壳作为对象,研究其在落锤冲击工况下的损伤与吸能特性。基于复合材料均质化方法,建立CFRP层压圆柱壳落锤冲击的多尺度模型,探究曲率半径对冲击损伤和能量吸收的影响;并采用非线性拟合方法建立了最小穿透能量与层压圆柱壳材料参数、结构参数及落锤参数之间的函数关系,实现概念设计阶段最小穿透能量的快速预测,对比仿真结果拟合公式的误差在20%以内。结果表明:相较于平板,层压圆柱壳的峰值载荷宽度更大、更平稳。在60 J冲击作用下,层压圆柱壳各铺层损伤面积相对均匀,其中纤维损伤与曲率半径无关,基体损伤面积随曲率半径增大而增大;当曲率半径为100 mm时,层压壳承载及抵抗变形能力较好,具有较好的抗冲击性;当曲率半径为200 mm时,层压壳耗散能量最多,吸能效果较好。