[發(fā)明專利]長纖維增強熱塑性復合材料能量吸收模型建立方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810400501.7
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108846159B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 張君媛;李仲玉;張秋實;姜哲;紀夢雪;郭強;王丹琦;周浩;陸炳全
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01N3/303
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;張晶

本發(fā)明涉及屬于汽車用復合材料研究領域，涉及一種長纖維增強復合熱塑性復合材料能量吸收模型建立方法；包括以下步驟：1、建立不同厚度和質(zhì)量分數(shù)落錘沖擊計算模型；2、研究落錘回彈時LFT平板能量吸收特性；3、對不同纖維質(zhì)量分數(shù)不同厚度LFT平板進行非線性擬合，獲得落錘臨界穿透速度和最小穿透能量；4、建立能量吸收分析模型；5、驗證能量吸收分析模型。本發(fā)明考慮復合材料應變率效應，擬合得到平板臨界穿透速度和最小穿透能量；本發(fā)明以最小穿透能量為歸一化參數(shù)建立表征沖擊能量與吸收能量關系的分析模型，預測不同工況復合材料能量吸收量。

技術領域

本發(fā)明涉及屬于汽車用復合材料研究領域的一種能量吸收模型建立方法，更確切地說，本發(fā)明涉及一種長纖維增強復合熱塑性復合材料能量吸收模型建立方法。

背景技術

長纖維增強熱塑性復合材料(Long Fiber reinforced Thermoplastics，簡稱LFT)憑借其比剛度大和易于成型的優(yōu)點，在汽車結構上得到了應用。盡管有限元模擬可以預測碰撞過程中的能量變化，但無法指導結構設計。

復合材料沖擊特性研究主要包括沖擊結束后結構的殘余承載能力和結構能量吸收能力。目前，學者針對穿透能量進行了研究。Caprinoet.al提出了一個經(jīng)驗關系，用一個唯一的指數(shù)函數(shù)描述層合板厚度、纖維體積分數(shù)和沖擊頭直徑對穿透能量的影響。并且他還發(fā)展了用層合板穿透能量歸一化的壓痕深度和沖擊能量的經(jīng)驗冪函數(shù)關系并利用Scarponiet.al的試驗數(shù)據(jù)進行驗證。D.GarciaGonzalez進行了短纖維增強復合材料沖擊行為的試驗和仿真研究，發(fā)現(xiàn)材料表現(xiàn)出脆性失效并統(tǒng)計了穿透能量。

通常情況下能量吸收特性被描述為吸收與沖擊能量的比。Aymerichet.al研究了碳纖維層合板的吸能特性，發(fā)現(xiàn)吸能-沖擊能量圖中可以看出三個不同階段并伴隨著輕微的斜率增長，并嘗試評估材料損傷。但因為不同的層合板表現(xiàn)出不同的吸能能力，無法直接對比，為了克服這一限制Belingardi和Vadori定義了吸能對于沖擊能量的比值分別作為層合板非彈性或者材料損傷程度的測量。進而Belingardi和Vadori改進了該方法，用一個比吸能量(單位體積)來描述損傷程度，這樣就獲得了不同厚度層合板有一個共同的對比基礎，它們是相同材料體系組成的。作者發(fā)現(xiàn)用此方法分析時，不同厚度層合板測量的數(shù)據(jù)均落在一個窄的區(qū)域內(nèi)。MarinoQuaresimin研究了層合板在低速沖擊載荷下的沖擊力學行為，考慮了鋪層順序和厚度的影響，提出了一個評價吸能能力的新方法，定義了一個適用于統(tǒng)計的沖擊試驗數(shù)據(jù)經(jīng)驗曲線，無論材料系統(tǒng)、厚度和鋪層。然而上述大多部分研究均已層合板結構的復合材料為研究對象，而對LFT的研究較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了了解LFT在中等應變率下的能量吸收能力并進一步指導材料結構設計，利用多尺度仿真方法確定了LFT最小穿透能量這一評價材料吸能能力的重要參考指標，并以此提出了一種能量吸收分析模型建立方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的：

一種長纖維增強熱塑性復合材料能量吸收模型建立方法，包括以下步驟：

步驟一：建立不同厚度和質(zhì)量分數(shù)落錘沖擊計算模型；

步驟二：研究落錘回彈時LFT平板能量吸收特性；

步驟三：對不同纖維質(zhì)量分數(shù)不同厚度LFT平板進行非線性擬合，獲得落錘臨界穿透速度和最小穿透能量；

步驟四：建立能量吸收分析模型；

步驟五：驗證能量吸收分析模型。

步驟一中所述的建立不同厚度和質(zhì)量分數(shù)落錘沖擊計算模型，具體是指：

選取平板厚度t和纖維質(zhì)量分數(shù)ω作為在研究LFT平板落錘沖擊能量吸收特性的主要材料參數(shù)；