你不知道的铝管压性能研究

汽车是民用运载工具,其设计目标前提是满足安全性、舒适性。而在早期为提高安全性,通过增加车辆的乘车质量的设计方式,无疑提高了燃油消耗率增加了尾气排放,使得环境问题日趋严重。此外薄壁梁结构在压溃过程中具有优良的渐进叠缩特性,目前也广泛应用于汽车前纵梁、吸能盒等吸能部件当中。本文基于外包裹金属薄壁铝管和内嵌多胞碳纤维管新材料的优良吸能特性,提出多胞碳纤维复合加强薄壁铝管该种新结构,通过仿真和试验的方式,对其吸能特性展开深入研究。首先,介绍该种新型结构的几何结构及其特点。解决安全性和环境问题这两者不可调和的矛盾是现今轻量化设计的重点和难点。目前汽车轻量化主要从新材料、新工艺、新结构、新装备等方面入手。碳纤维增强复合材料具有超高的轴向强度和模量以及良好的吸能特性,是理想的制备车用抗撞件的材料。本文基于外包裹金属薄壁铝管和内嵌多胞碳纤维管新材料的优良吸能特性,提出多胞碳纤维复合加强薄壁铝管该种新结构,通过仿真和试验的方式,对其吸能特性展开深入研究。首先,介绍该种新型结构的几何结构及其特点。根据ASTM行业准则,测定碳纤维增强复合材料的各项性能参数,为后续仿真提供准备,此外进行单胞碳纤维管的轴向压溃实验,进一步验证碳纤维管作为吸能材料的可行性。并进行薄壁铝管的基础结构试验,依据实验结果对其进行热处理加工以更符合该种材料构型的实验以及仿真要求。针对多种不同结构,结合渐进溃缩形态以及进行载荷-位移曲线分析其轴向压溃过程。基于纤维复合材料以及薄壁铝管的特点以及实验结果分析两者的互相影响和作用。引入峰值力、吸能量、比吸能以及碰撞力效率等吸能特性评价指标,分析不同结构构型的复合构件吸能特性,得出规律性结论。最后,基于有限元仿真软件进行材料卡片的填写,选取Chang-Chang失效准则,建立多种不同结构构型的多胞碳纤维复合铝管仿真模型。进行有限元仿真模型以比对验证试验及仿真的相关性和可靠性。结合有限元仿真以及试验研究,归纳总结基于尺寸因素以及结构因素影响下的碳纤维多胞复合薄壁铝管构件轴向压溃性能的规律。该部分工作可以初步分析碳纤维和薄壁铝管在受到载荷情况下的失效破坏模式,以及长径比和厚径比条件下的薄壁铝管的渐进压溃失效模式。随后,设计碳纤维多胞复合铝管结构构件,制备试样,进行准静态轴向压溃实验。