车用CFRP层压圆柱壳冲击损伤分析及最小穿透能量预测

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)在汽车曲面零部件上的应用前景,该文以碳纤维增强复合材料(CFRP)层压圆柱壳作为对象,研究其在落锤冲击工况下的损伤与吸能特性。基于复合材料均质化方法,建立CFRP层压圆柱壳落锤冲击的多尺度模型,探究曲率半径对冲击损伤和能量吸收的影响;并采用非线性拟合方法建立了最小穿透能量与层压圆柱壳材料参数、结构参数及落锤参数之间的函数关系,实现概念设计阶段最小穿透能量的快速预测,对比仿真结果拟合公式的误差在20%以内。结果表明:相较于平板,层压圆柱壳的峰值载荷宽度更大、更平稳。在60 J冲击作用下,层压圆柱壳各铺层损伤面积相对均匀,其中纤维损伤与曲率半径无关,基体损伤面积随曲率半径增大而增大;当曲率半径为100 mm时,层压壳承载及抵抗变形能力较好,具有较好的抗冲击性;当曲率半径为200 mm时,层压壳耗散能量最多,吸能效果较好。