电动车轻量化复合材料车身骨架多尺度分析

复合材料由于其微观结构的非均匀性以及复杂的力学特性,使得其零部件设计难度大大增加。采用多尺度分析的方法,根据T300/Epoxy斜纹机织复合材料细观几何参数,建立其单胞几何模型,引入周期性边界条件对单胞结构进行有限元分析,进而预测复合材料层合板三维弹性性能参数,并通过力学试验证明试验结果和预测结果较为接近;利用LS-Dyna中的MAT_54建立复合材料渐进失效模型,通过三点弯曲试验结果调整模型参数,最终得到的复合材料渐进失效模型仿真结果与试验结果一致;将调整好的复合材料渐进失效模型应用到电动车复合材料车身骨架轻量化设计中,对复合材料骨架进行顶压仿真以及柱碰仿真分析。分析结果表明,复合材料车身骨架设计符合法规要求,与铝合金骨架相比,在重量减轻59%的同时表现出更好的耐撞性能。

基于参数映射的玻纤增强PMH结构数值方法

针对传统数值分析方法对于注塑成型的长纤维增强聚合物-金属混杂(Polymer metal hybrid,PMH)结构存在的缺陷,提出一种基于材料参数映射的全新数值仿真方法。采用多重连续介质理论(Multiple continuum theory,MCT),将微观代表性体积元(Representative elemental volume,RVE)中的复合平均参数转化到各组分(纤维增强体和基体)上,通过各组分平均参数变化来预测复合材料的损坏演变和失效,无须建立反映实际的微观机械应力场模型。基于此材料参数模型,将模流分析得到的纤维取向和残余应力信息与材料的拉伸试验数据进行拟合,得到结构分析模型所需的纤维、基体的弹塑性参数,最后将上述参数结果映射到结构分析模型中。该方法很好地将模流分析得到的大量分析数据映射到结构分析模型中,实现更准确、高效的结构数值分析。基于这种方法,对车身典型PMH大梁结构进行研究,探究金属-聚合物界面粘接层粘接强度对残余应力、翘曲收缩变形及在标准工况下对整车各力学性能的影响,研究表明:当界面粘接强度大于20 MPa后,PMH结构件的翘曲收缩变形量趋于一个较小的稳定值,各典型工况下力学性能不会发生折损。