基于LS-DYNA的CFRP方管轴向压溃仿真方法研究

在LS-DYNA中建立了碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称“CFRP”)方管的轴向压溃力学仿真模型,通过MAT54材料控制参数、多层建模方法和触发对仿真结果的影响研究,获得了一套精度较高的CFRP方管压溃仿真方法。研究中首先通过碳纤维复合材料压缩实验获取CFRP材料的基本参数,非物理参数通过对参数反复调整优化获取最优值,接着研究了不同层数的壳单元建模方法,分别选用了单层壳、双层壳、三层壳和四层壳进行建模,最后分析触发角对单层壳模型和双层壳模型的影响。研究表明当模型采用双层壳模型,选用45°触发角时,模型有最高的精度,峰值力误差为3.79%,吸能误差为2.55%。本文所研究的材料模型及有限元建模方法,对提高复合材料结构仿真精度有重要意义。

EPP泡沫填充对铝蜂窝动态冲击性能的影响研究

采用动态冲击实验方法研究了EPP(聚丙烯塑料发泡材料)泡沫填充对铝蜂窝结构动态冲击性能的影响。研究发现:在相同的冲击速度下,相对空铝蜂窝,EPP泡沫填充铝蜂窝结构的初始峰值应力和平均应力分别提高了32.86%~68.57%和15.00%~72.50%,比吸能下降了33.54%~66.56%;在相同的泡沫密度下,填充结构的初始峰值应力、平均应力和比吸能值均随着冲击速度的增加而增加,2.6 m/s和3.2 m/s时的比吸能比2 m/s时的比吸能3.26 J/g增加了68.10%~152.45%;对比准静态压缩实验,动态冲击中的初始峰值应力提升了1.72%~12.04%,平均应力下降了6.51%~18.84%,比吸能下降了31.50%~65.50%。研究表明,利用EPP泡沫填充铝蜂窝,能改善铝蜂窝结构的轴向动态冲击性能。

含孔CFRP方管的仿真模型及孔参数优化

建立了含孔碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称"CFRP")管件的仿真模型,并对孔参数进行了多目标优化。首先研究建立了含孔CFRP管件的自由网格、映射网格和混合网格三种网格模型,对其计算效率和计算精度进行了比较,发现混合网格模型较适合于含孔结构仿真。其次建立了目标函数与孔参数之间的响应面模型,分析了孔径、孔横向位置参数、孔高度位置参数对响应的影响,发现孔径影响最大。最后采用多目标优化方法对含孔CFRP管件的孔参数进行了优化,当孔直径、孔中心高度比和孔横向偏移比三个设计变量分别取为8.98 mm、0.8、0.43时性能最优,比吸能和峰值力比初始模型分别提高了69.5%和3.6%。文中研究的仿真模型及孔参数优化方法对开展含孔复合材料结构设计具有指导意义。

碳纤维复合材料双胞日字形管轴向压溃吸能特性研究

多胞复合材料管制备难度大,本文研究探索了碳纤维复合材料(Carbon Fiber Recinforced Plastic,简称“CFRP”)日字形管的一体化制备工艺方法,研究了日字形方管轴向压溃下的破坏模式和吸能性能,比较了等质量和等壁厚日字形管与单胞方形管的性能差异。研究表明,CFRP日字形管的吸能性能低于CFRP单胞方管的。与单胞方管相比,等质量的日字形管和等壁厚的日字形管比吸能分别下降了49.05%和3.34%。这是由于为保持日字形管和方管截面质量一致,日字形管需要减少壁厚,这将易引起管发生低吸能的中部断裂破坏模式,而等壁厚的日字形管与方形管相比,由于中间加入了筋板,将导致中间T形角区域破坏不充分。设置触发角是一种能有效降低峰值力并提升比吸能的方法,设置触发角后,峰值力降低了26.21%~41.74%,比吸能提高了2.52%~11.31%。不同于金属管可以通过多胞来增加角从而使其吸能显著增强,碳纤维管多胞化并不能有效提高所制备碳纤维复合材料日字形管的吸能性能。