铺层角度和触发机制对碳纤维复合材料六边形薄壁管准静态轴向压缩性能的影响

复合材料六边形碳纤维薄壁管采用预浸料铺放和纤维缠绕组合工艺成型,并在管端部设置开槽、开孔不同形式的触发机制。对复合材料薄壁管进行准静态轴向压缩载荷实验,分析其变形模式和吸能机理,及铺层角度和触发机制对薄壁管比吸能和总吸能的影响。实验证明,相同触发机制下[±45°]铺层角度的六边形薄壁管试件的比吸能和总吸能比[0°/90°]、[±45°2/0°/0°/90°/0°]、[64°2/0°2/64°2/0°2/64°2]铺层角度试件高123.7%、111.5%、111.5%,相同铺层角度下触发机制为开槽时的初始峰值载荷要高于开孔形式。

可控薄弱环节复合材料圆柱壳的耐撞性研究

为了验证SMA可控薄弱环节的效果,制作了含有与不含有SMA丝的玻璃/环氧复合材料圆柱壳试验件,并对其进行了准静态轴向压缩试验,比较了各种试件的峰值载荷、平均载荷以及吸能能力。试验结果表明,可控薄弱环节不但可以降低试件的峰值载荷,而且能够改善复合材料结构的耐撞性能,有望解决传统复合材料吸能结构设计中静强度(刚度)与耐撞性之间的矛盾问题。

薄弱环节对复合材料吸能元件轴向压溃性能的影响综述

薄弱环节设置是复合材料吸能结构设计的关键技术之一,良好的薄弱环节设计可以使复合材料结构在碰撞中产生稳定的渐进压溃从而吸收较多的碰撞能量。文章详细阐述并讨论了复合材料吸能元件薄弱环节的几何特征、引发机制及薄弱环节对复合材料吸能元件轴向压溃性能的影响,并将现有的薄弱环节归纳为七种典型的形式。在此基础上,指出了今后需要进一步研究的课题,包括:应变率效应对薄弱环节引发机制及吸能元件轴向压溃性能的影响;T型薄弱环节的引发机制及其在复合材料圆管中的应用;SMA薄弱环节的原理和设计方法;三维编织复合材料结构元件的薄弱环节和轴向压溃性能。

C型CFRP薄壁结构轴向吸能特性及其触发机制

为了提高C型碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)薄壁结构的耐撞性,对其在轴向压溃载荷作用下的吸能特性和失效行为进行研究。考虑层间分层效应,建立了C型CFRP薄壁结构的渐进损伤模型。采用二次名义应力失效和基于混合模式能量方法的非线性损伤演化准则分别对层间初始失效和损伤演化进行预测。针对该结构提出混合角度倒角触发和尖顶触发,对比分析了不同触发配置对C型CFRP薄壁结构耐撞性指标和失效模式的影响。结果表明混合角度倒角触发所对应的初始峰值随着混合角度的增大呈减小的趋势。通过减小混合角度尖顶触发与加载板在初始压溃阶段的接触面积,能够有效降低初始峰值。混合角度尖顶触发能够改善失效过程,对提高该结构的耐撞性有积极的影响。

复合材料吸能圆管在半圆凹槽触发机制下的斜向压溃失效行为

有效的触发机制能诱导并改善复合材料吸能结构的轴向渐进压溃行为,但仍无法解决汽车吸能结构在斜向冲击载荷下的失稳问题。为了提出新的设计来改善失稳行为,对复合材料吸能圆管在半圆凹槽触发机制下的斜向压溃行为和失效机制进行研究。建立引入半圆凹槽触发机制的圆管有限元模型,采用界面和层内非线性损伤演化模型来模拟其真实的压溃失效模式。通过对比模拟和实验对应的轴向压溃载荷、吸能和失效模式来验证圆管的准静态压溃模型。进而,预测斜向压溃角度(10°~50°)对圆管在半圆凹槽触发机制下压溃行为的影响,并详细揭示其轴向和斜向压溃失效机制及其区别。结果表明,压溃载荷、吸能及失效面积随角度增大而明显减小,不稳定的压溃过程使材料失效耗能不充分。圆管在轴向压溃下表现为渐进破坏,而在斜向压溃下以“渐进破坏”向“失稳破坏”过渡为特征,导致斜向压溃载荷与吸能曲线均存在一个过渡。本研究加深了对圆管在外部触发机制下斜向压溃失效机制的理解,为改善斜向压溃失稳行为提供了一定的设计依据。