含薄弱環(huán)節(jié)復(fù)合材料圓管軸向吸能特性研究.pdf

1、隨著復(fù)合材料制造技術(shù)的發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料開始廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè)，以滿足碰撞安全性和輕量化的設(shè)計要求，因而其碰撞緩沖吸能特性成為了國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點。本文采用試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對碳纖維復(fù)合材料圓管的吸能特性進行了系統(tǒng)的研究，并對影響復(fù)合材料結(jié)構(gòu)吸能能力的關(guān)鍵因素--薄弱環(huán)節(jié)進行了比較深入的探討。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)設(shè)計并制作了三種應(yīng)用于復(fù)合材料圓管的新型薄弱環(huán)節(jié)，即內(nèi)倒角、花冠型和端部開縫

2、薄弱環(huán)節(jié)。通過準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓潰試驗研究了這些薄弱環(huán)節(jié)對復(fù)合材料圓管耐撞性的影響，并將試驗結(jié)果與不含薄弱環(huán)節(jié)及含外倒角薄弱環(huán)節(jié)的試驗結(jié)果進行對比，以評估這些薄弱環(huán)節(jié)的引發(fā)效能。
　　 (2)基于Ni-Ti形狀記憶合金(SMA)絲的形狀記憶效應(yīng)，提出了兩種應(yīng)用于復(fù)合材料圓管的新型SMA薄弱環(huán)節(jié)，即卡箍式SMA薄弱環(huán)節(jié)和交叉纏繞SMA薄弱環(huán)節(jié)，并通過準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓潰試驗研究了SMA薄弱環(huán)節(jié)對復(fù)合材料圓管耐撞性的影響。研究表明，這兩種SMA

3、薄弱環(huán)節(jié)不僅能有效引發(fā)穩(wěn)定漸進的破壞模式，而且能顯著提高復(fù)合材料圓管的能量吸收能力。
　　 (3)以1/4圓管、1/2圓管和3/4圓管為研究對象，通過準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓潰試驗，研究了邊界約束對復(fù)合材料圓管吸能特性的影響；同時，基于1/4圓管的壓潰試驗數(shù)據(jù)，提出了一種用于預(yù)報1/2圓管或完整圓管吸能能力的半經(jīng)驗分析方法。
　　 (4)以含外倒角薄弱環(huán)節(jié)的復(fù)合材料圓管為例，提出了基于理想彈塑性模型進行耐撞性設(shè)計分析的方法，并給出了

4、等效參數(shù)的確定策略。采用該數(shù)值模擬策略，能夠以較少的計算量來預(yù)報復(fù)合材料圓管的耐撞性能，并使得在普通的計算機上進行全尺度復(fù)合材料飛行器結(jié)構(gòu)的耐撞性設(shè)計分析成為可能。
　　 (5)基于Chang-Chang失效準(zhǔn)則，在LS-DYNA中建立了用于模擬復(fù)合材料圓管中面分層破壞的雙層殼有限元模型，提出了外倒角薄弱環(huán)節(jié)和端部開縫薄弱環(huán)節(jié)的建模策略，確定了MAT_054復(fù)合材料損傷模型的失效參數(shù)。采用該有限元模型和模擬策略，能夠較好地預(yù)報復(fù)