CFRP薄管耐撞性參數(shù)研究及鋪層角度優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、在汽車碰撞事故中，由正面碰撞所造成的受傷率和死亡率一直很高。碳纖維復(fù)合材料具有良好的碰撞安全性能，適用于車身吸能結(jié)構(gòu)。合理設(shè)計復(fù)合材料的鋪層結(jié)構(gòu)，不僅能提高汽車碰撞性能、保護乘員生命安全，同時也將會對汽車輕量化做出較大貢獻，具有重大的意義。
　　本文充分吸收國內(nèi)外對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的響應(yīng)和損傷破壞機制的研究成果，使用LS-DYNA建立了碳纖維復(fù)合材料管碰撞有限元模型，并利用遺傳算法優(yōu)化鋪層角度提高其耐撞性，同時研究了軸徑比

2、和錐角對耐撞性的影響。
　　首先，本文制作了碳纖維復(fù)合材料拉伸、壓縮和三點彎曲試驗的試樣，并按照國標進行了拉伸、壓縮和三點彎試驗，得到了材料的拉伸壓縮強度、楊氏模量和斷裂應(yīng)變等參數(shù)。建立拉伸、壓縮和三點彎曲試驗有限元模型并進行了仿真驗證，通過對比試驗載荷位移曲線進行驗證。試驗結(jié)果表明：碳纖維復(fù)合材料在失效前主要為彈性變形，沒有明顯的塑性變形，類似脆性材料。復(fù)合材料壓縮時的強度、斷裂失效應(yīng)變和楊氏模量都低于拉伸時的相應(yīng)值，其中楊氏模

3、量差別很小。使用基于完全Chang-Chang失效準則的MAT54號材料模擬復(fù)合材料具有較好的計算效率和精度，模型準確的預(yù)測了三點彎試驗的失效機理是上表面的壓縮破壞失效，但是因采用單層殼單元建模，未能再現(xiàn)分層破壞現(xiàn)象。
　　其次，建立驗證了軸向沖擊下復(fù)合材料圓管有限元模型，分析了種群規(guī)模、選擇算子、交叉算子、交叉概率、變異概率等控制參數(shù)對鋪層角度優(yōu)化問題收斂性以及尋優(yōu)能力的影響，得到最合適的遺傳算法控制參數(shù)值為選擇算子采用聯(lián)賽競爭

4、選擇，交叉算子為混合交叉算子，種群規(guī)模為20，變異概率為0.125，交叉概率為1.0。優(yōu)化后的復(fù)合材料圓管最佳的鋪層角度是[0/-45/90/45]S2。
　　最后，分析了軸徑比和錐角對復(fù)合材料管在軸向沖擊下的最大碰撞力和吸能量的影響。結(jié)果表明最大碰撞力和軸徑比之間存在線性的關(guān)系，吸能量和軸徑比曲線類似“W”形狀，軸徑比K=1.6時吸能量和最大碰撞力能得到很好的均衡；錐角對碰撞吸能量幾乎沒有影響，對最大碰撞力的影響很大，當錐角大于