FSAE賽車復(fù)合材料碰撞緩沖結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、在賽車領(lǐng)域，當賽車發(fā)生碰撞等事故時會產(chǎn)生極大的沖擊能量，故須安裝增強緩沖吸能的防撞裝置來吸收沖擊能量保護車手的安全，而具有良好的能量吸收特性和設(shè)計性的纖維復(fù)合材料可以提高賽車極限運動的安全性能。本文基于大學(xué)生方程式賽車，探究復(fù)合材料緩沖結(jié)構(gòu)的吸能特性，引導(dǎo)破壞進程、控制破壞模式，通過合理的設(shè)計優(yōu)化，得到具有高吸收能量效率并且輕量的復(fù)合材料碰撞緩沖吸能結(jié)構(gòu)。
　　由于不同的失效模式下的能量吸收效率不同以及復(fù)合材料各向異性特征，直接設(shè)

2、計、制造以及預(yù)測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的吸能表現(xiàn)具有一定的難度。因此本文首先從結(jié)構(gòu)簡單的薄壁圓柱殼入手，將其設(shè)定為復(fù)合材料吸能標準元件，探究具有不同鋪層角度、不同鋪層厚度、不同鋪層纖維的結(jié)構(gòu)在準靜態(tài)壓縮下表現(xiàn)出的緩沖吸能特性。通過準靜態(tài)壓縮試驗，歸納并分析試驗現(xiàn)象，探究復(fù)合材料緩沖吸能的工作機理，分析不同影響因素對復(fù)合材料碰撞緩沖性能的影響，概括復(fù)合材料圓柱殼體緩沖吸能的一般規(guī)律，給賽車前部緩沖結(jié)構(gòu)的耐撞性提供設(shè)計依據(jù)。
　　根

3、據(jù)復(fù)合材料吸能標準元件的準靜態(tài)試驗的結(jié)果和數(shù)據(jù)，對典型鋪層方案的元件進行有限元模型建立和數(shù)值分析，通過ANSYS/LS-DYNA非線性有限元軟件仿真復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在準靜態(tài)壓縮下的破壞吸能情況。此外，對復(fù)合材料吸能標準元件動態(tài)沖擊工況也進行仿真，并對比分析動態(tài)沖擊工況與準靜態(tài)軸壓工況下復(fù)合材料結(jié)構(gòu)吸能特性的異同，為其進一步的吸能規(guī)律探究和設(shè)計優(yōu)化鋪墊基礎(chǔ)。
　　在總結(jié)出復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的吸能特性的基本規(guī)律基礎(chǔ)上，結(jié)合大學(xué)生方程式大賽的規(guī)則

4、要求和整車布置需要，對賽車緩沖結(jié)構(gòu)進行初步的基礎(chǔ)設(shè)計，以此為基礎(chǔ)，將優(yōu)化將分為結(jié)構(gòu)優(yōu)化和鋪層優(yōu)化。利用LS-OPT優(yōu)化軟件，在響應(yīng)面分析法的基礎(chǔ)上，先通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化得出單位質(zhì)量比吸能最高的復(fù)合材料緩沖結(jié)構(gòu)模型，再在這個基礎(chǔ)上對模型加上最大加速度、吸能量、平均加速度的約束條件進行優(yōu)化，得出符合條件最小質(zhì)量的鋪層，完成鋪層優(yōu)化，得到具有高效率、高比吸能、輕量的賽車復(fù)合材料緩沖吸能結(jié)構(gòu)。最后對其進行工藝設(shè)計并進行模具和產(chǎn)品的實體加工制造，同時將