碳纤维复合材料车身B柱下接头动态冲击实验与仿真研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:reap
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汽车的诞生扩大了人们的生活范围,缩短了人们路上的时间消耗,给人们的生活带来了便利,但同时也给环境造成了负担。发展汽车轻量化技术可以缓解一系列环境问题,因此一直是高校和汽车生产商研究的热点。众所周知,使用轻量化材料对减少汽车排放非常有效。我们关注到其中的碳纤维复合材料(CFRP)不仅质量轻,而且比强度、比模量高,吸能性好。特别是热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)除上述特点之外,还有韧性高、可回收利用、成型时间短等优点。但是其价格成本较高,近年来随着工艺的进步,其价格也在逐年减低。在考虑汽车轻量化的同时,还需关注汽车的安全性。在汽车发生的交通事故中,常见的形式有正碰、侧碰、追尾、汽车翻滚等。在汽车的整体中其侧面强度较弱,相较于汽车前后端缓冲区较小,吸能性差,可能会对驾驶员造成危害。而在汽车侧围中汽车B柱及其下部接头起着重要的承力作用,接头上部分支连接汽车B柱,左右分支连接两个门槛梁,结构复杂。因此,本文主要考虑汽车的侧面碰撞工况,探索CFRTP材料在车身B柱下接头的应用,在保证汽车安全性的基础上进行车身的减重。首先,由于发生在汽车碰撞过程中的材料变形应变速率分布在10-1103/s之间,属于高应变过程,为了准确测得此应变率下复合材料的力学性能,设计了一套装载于落锤机上的夹具,进行了CFRP的压缩、拉伸、剪切性能测试,并将其与静态测试结果对比。然后,对碳纤维预浸布加压加热制备材料力学性能测试样件以及车身B柱接头。接头上下面板之间的连接考虑了两种连接方式—粘接、粘铆接。对两种不同连接方式的接头进行三种不同速度(3.5、4.5、5.5m/s)的落锤冲击实验,输出锤头位置的力-位移曲线,从而获得接头的侵入量、承载力等关键参数。最后,通过有限元方法对B柱下接头的动态碰撞试验进行了模拟,将上述应变率下的参数用于有限元模型,分析仿真与实验的拟合度。进而从碰撞峰值力、接头侵入量以及比吸能等方面对热塑性和热固性碳纤维B柱下接头进行仿真对比,分析两种材料的优劣。结果表明,对材料的力学特性而言,本文涉及的碳纤维车身B柱下部接头,对比金属材料质量轻,对比热固性碳纤维材料来说,不仅质量更轻,碰撞峰值力低,且吸能性好,但是侵入量比较大。
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