CFRP薄壁管吸能特性研究及优化设计

发布时间：2025-08-12 16:39

　　汽车的普及带来诸多不可避免的问题,如交通事故频发和环境污染等。碳纤维增强复合材料(CFRP)由于其轻质高强的优良特质,在汽车结构件设计中非常具有应用潜力。研究表明,CFRP薄壁结构具有数倍于金属的比吸能。因此,CFRP薄壁管的吸能特性研究对于汽车轻量化和汽车碰撞吸能构件设计具有很重要的意义。本文利用有限元仿真方法对CFRP薄壁管展开一系列深入研究。首先,本文通过实验和有限元仿真研究CFRP薄壁圆管在准静态压缩工况下的吸能特性,并分别采用单层壳单元和双层壳单元两种有限元建模方法对其进行对比验证。结果表明,双层壳单元有限元模型既能更准确反应薄壁管吸能和受力情况,又能更好模拟CFRP圆管破坏失效的形变模式。其次,本文运用有限元仿真方法对不同类型CFRP薄壁管在不同载荷条件下的动态响应进行研究。结果表明:轴向压溃工况下,CFRP圆管具有优异的综合吸能特性。对CFRP圆管进一步的参数分析发现:圆管直径和单层碳纤维复合材料铺层厚度对薄壁管的比吸能、峰值力等吸能指标有较大影响,而圆管长度的影响较小。在此基础上,进行了CFRP薄壁锥管和圆管在斜向压溃工况下吸能特性的对比研究。结果表明:加载角度的存在使两...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究的主要内容
2 CFRP有限元仿真及优化设计基本理论
    2.1 CFRP有限元仿真技术
        2.1.1 有限元技术理论
        2.1.2 复合材料有限元建模
    2.2 CFRP薄壁管吸能特性优化设计基本理论
        2.2.1 多目标优化
        2.2.2 代理模型方法
        2.2.3 优化算法
    2.3 本章小结
3 CFRP薄壁管轴向准静态压溃实验和有限元仿真
    3.1 吸能特性评价指标
    3.2 准静态压缩试验
        3.2.1 试件准备与实验方法
        3.2.2 实验结果与分析
    3.3 准静态压溃有限元仿真
        3.3.1 材料模型
        3.3.2 CFRP材料损伤失效准则
        3.3.3 单层壳单元有限元模型
    3.4 结果与对比
    3.5 双层壳单元模型仿真及验证
    3.6 本章小结
4 不同加载方式下CFRP薄壁管吸能特性
    4.1 不同横截面薄壁管轴向压溃吸能特性对比分析
    4.2 几何参数对CFRP圆形薄壁管吸能特性的影响
        4.2.1 直径的影响
        4.2.2 长度的影响
        4.2.3 厚度的影响
    4.3 圆形与锥形CFRP薄壁管斜向压溃吸能特性对比分析
        4.3.1 有限元模型
        4.3.2 结果与分析
    4.4 本章小结
5 CFRP薄壁管的多目标优化设计
    5.1 CFRP薄壁管多目标优化流程
    5.2 CFRP薄壁圆管在轴向压溃工况下的多目标优化
        5.2.1 优化问题定义
        5.2.2 代理模型生成与检验
        5.2.3 优化结果分析
    5.3 CFRP锥形薄壁管在斜向压溃工况下多目标优化
        5.3.1 优化问题定义
        5.3.2 代理模型生成与检验
        5.3.3 优化结果分析
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢



本文编号：4058821