纏繞成型碳纖維混雜增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁筒的碰撞吸能特征.pdf

1、自從機(jī)動(dòng)車類交通工具產(chǎn)生及發(fā)展以來，使用者對(duì)汽車安全問題一直甚為關(guān)心，同時(shí)汽車安全問題一直困擾著相關(guān)的行業(yè)。國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，近十年來民用汽車的擁有量保持大幅度的增長趨勢(shì)。由于我國交通道路情況的不斷改善、交通監(jiān)管及交通知識(shí)普及的力度增大，交通事故的發(fā)生數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但始終維持在20萬起以上。針對(duì)汽車的被動(dòng)安全性，汽車工業(yè)做出了很多努力，目前整車結(jié)構(gòu)對(duì)于交通事故中人員的損傷具有一定的防護(hù)能力。但專家學(xué)者不止于此，為汽車工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)

2、展不斷思考及創(chuàng)新。近年來，空氣污染成為困擾我國居民的嚴(yán)重危害，環(huán)境問題日益突出，基數(shù)巨大的馬路空氣污染制造者——機(jī)動(dòng)車造成的環(huán)境問題也日益引發(fā)全球的關(guān)注。如何在不降低汽車使用性能的前提下，減少發(fā)動(dòng)裝置排放的有害氣體含量成為引領(lǐng)汽車領(lǐng)域的一個(gè)全新的課題。隨之而提出的汽車輕量化概念為汽車行業(yè)提供了現(xiàn)實(shí)的解決方案。新材料行業(yè)的不斷發(fā)展為汽車輕量化提供了強(qiáng)有力的支持?！耙运艽摗奔从盟芰洗驿摬牡氖褂?，因?yàn)槔w維增強(qiáng)復(fù)合材料具有高強(qiáng)、高模及質(zhì)輕等

3、特點(diǎn)，正在逐漸取代合金和木材，用于航天、汽車、建筑、健身器材等領(lǐng)域。
　　纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成型工藝很大程度上決定了其性能及其產(chǎn)品的使用條件，本實(shí)驗(yàn)選取的成型的工藝為纏繞成型。其具有制造成本低，制品質(zhì)量高度可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。所用增強(qiáng)材料為無捻粗紗材料，無須紡織，減少了工序，降低了成本。用于汽車的能量吸收管件的能量吸收性能的主要測試方法有準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)，壓縮破壞過程中，復(fù)合材料通過分層、開裂和纖維的斷裂吸收能量。為了獲得高

4、能量吸收性能的材料，往往期望管件以漸進(jìn)穩(wěn)定的破壞形式破壞。
　　本實(shí)驗(yàn)選取碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維及環(huán)氧樹脂為原料，在纏繞成型中統(tǒng)一制作成三層結(jié)構(gòu)的管件。中間層纖維取向接近90°，起到軸向力的主要承擔(dān)作用。最外層和最內(nèi)層纖維取向接近于0°，主要起到束縛控制中間層裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展的作用?；谇叭说难芯?，設(shè)計(jì)了五種結(jié)構(gòu)的幾何形狀為圓形復(fù)合材料管件。由于能量吸收部件安裝部位靠近發(fā)動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)對(duì)各試樣進(jìn)行了溫度處理（100℃下處理200h

5、）。約50mm高的試樣一端保持水平，另一端打磨出45°的倒角，水平端放置于壓縮試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。壓縮試驗(yàn)包括準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)。破壞后的試樣通過樹脂包埋固定形態(tài)，切割打磨后觀察且截面形態(tài)，輔助分析其破壞機(jī)制。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同試樣在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮中表現(xiàn)出較高的能量吸收值，該實(shí)驗(yàn)管件屬于速度敏感型，表現(xiàn)為在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮與動(dòng)態(tài)沖擊狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的能量吸收特征。未經(jīng)溫度處理試樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示碳纖維增強(qiáng)管件的能量吸收性能優(yōu)于

6、玻璃纖維增強(qiáng)管件及碳/芳綸纖維增強(qiáng)管件。而碳/芳綸增強(qiáng)管件在經(jīng)過溫度處理后，能量吸收性能得到提升。在五種類型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管件中，經(jīng)過溫度處理的A/C1.6’復(fù)合材料管件（芳綸纖維/碳纖維/芳綸纖維：0.15mm(88°)/1.66mm(10°)/0.83mm(88°)）表現(xiàn)出最為優(yōu)異的能量吸收性能（Es值最高）：在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)中為98 kJ/kg，在落塔沖擊試驗(yàn)中為82 kJ/kg。根據(jù)微觀截面圖片，分析得到碳/芳綸纖維增強(qiáng)管件