复合材料学报

作者：王振, 朱国华, 吴永强, 宋凯,

关键词：铝合金/碳纤维混合前纵梁, 吸能机制, 理论分析, 轻量化, 有限元,

为了揭示铝(Al)/碳纤维增强复合材料(CFRP)混合纵梁的吸能机制并提高其抗冲击性能，首先开展了空铝梁及内嵌碳纤维层合板的Al/CFRP混合纵梁动态轴向冲击实验，实验结果表明，相比于单一铝梁，Al/CFRP混合前纵梁的能量吸收<inline-formula><span class="inline-formula-span"> W_\texte </span><img text_id='M1' class='formula-img' style='display:none;' src='2021-0903_M1.jpg'><alternatives></alternatives></inline-formula>和比吸能<inline-formula><span class="inline-formula-span"> W_\texts </span><img text_id='M2' class='formula-img' style='display:none;' src='2021-0903_M2.jpg'><alternatives></alternatives></inline-formula>分别提高46.1%和17.5%。接着，采用MAT54材料模型，在LS-DYNA商用有限元软件中建立相应的有限元模型(FEM)，并通过实验数据验证了模型的准确性，揭示了混合结构的能量提升机制及碳板的损伤模式，结果表明混合梁中铝梁和碳板的能量吸收分别比单一铝梁和碳板提高了30.7%和43.4%，混合梁的耗散能比单一组分的摩擦吸能之和提高了217.8%；利用理论模型预测了混合纵梁中铝梁、交互效应及整体的平均压溃反力<inline-formula><span class="inline-formula-span"> P_\textc </span><img text_id='M3' class='formula-img' style='display:none;' src='2021-0903_M3.jpg'><alternatives></alternatives></inline-formula>，预测结果与仿真结果及实验结果均吻合较好。最后用有限元手段研究了铝梁壁厚、碳板厚度及碳板铺层角度对Al/CFRP混合结构的耐撞性影响，发现混合梁的能量吸收和峰值载荷随着铝梁厚度及碳板厚度的增加而提高。

来源：2022年第10期

《复合材料学报》期刊编辑部

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