复合材料薄壁结构的耐撞性研究

作     者：郭笑 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙光永

授予年度：2020年

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）] 080502[工学-材料学] 

主      题：碳纤维 薄壁结构 填充泡沫铝 横向与斜向压溃 耐撞性 有限元模型 理论预测模型 离散优化设计 

摘      要：碳纤维增强复合材料(CFRP)在汽车碰撞安全和轻量化领域有着非常好的应用市场。由于碳纤维复合材料的技术还未完全理解,许多规律和问题尚未揭示清楚,急需开展一系列基础研究,揭示其失效模式和失效机理。因此,为提升复合材料的应用可行性和可设计性,本文针对纤维增强复合材料薄壁结构进行了一系列实验、仿真和理论研究,主要内容如下:(1)通过实验研究揭示径厚比D/T对薄壁铝/玻璃纤维/碳纤维圆管横向耐撞性能的影响。建立薄壁圆管的仿真模型,进一步分析其失效模式。对比分析薄壁铝/玻璃纤维/碳纤维圆管的耐撞性能和成本效益,为将来薄壁吸能结构设计提供指导。(2)通过实验研究载荷角度对薄壁铝/玻璃纤维/碳纤维圆管耐撞性的影响,进一步建立理论预测模型,研究薄壁圆管在斜向载荷下的力学行为和能量吸收特性,为轻量化薄壁结构耐撞性设计提供了新的思路(3)对四种不同的铝/复合材料混合圆管结构进行横向压缩试验。建立相应的有限元模型并验证。利用有限元模型进一步研究了混合比例和堆层顺序对铝/复合材料混合结构横向耐撞性能的影响。(4)通过实验研究泡沫铝填充金属/复合材料混合管的压溃行为,探讨泡沫铝与空金属/复合材料混合管的交互效应。在验证的有限元模型础上,系统地研究了泡沫铝密度、铝管厚度和CFRP管铺层数对泡沫铝填充混合管横向耐撞性能的影响。最后,对填充管进行离散优化设计,进一步提高了泡沫铝填充金属/复合材料混合管的横向耐撞性。