FSAE賽車復合材料碰撞緩沖結構研究.pdf

1、在賽車領域，當賽車發(fā)生碰撞等事故時會產生極大的沖擊能量，故須安裝增強緩沖吸能的防撞裝置來吸收沖擊能量保護車手的安全，而具有良好的能量吸收特性和設計性的纖維復合材料可以提高賽車極限運動的安全性能。本文基于大學生方程式賽車，探究復合材料緩沖結構的吸能特性，引導破壞進程、控制破壞模式，通過合理的設計優(yōu)化，得到具有高吸收能量效率并且輕量的復合材料碰撞緩沖吸能結構。
　　由于不同的失效模式下的能量吸收效率不同以及復合材料各向異性特征，直接設

2、計、制造以及預測復合材料結構在沖擊載荷下的吸能表現(xiàn)具有一定的難度。因此本文首先從結構簡單的薄壁圓柱殼入手，將其設定為復合材料吸能標準元件，探究具有不同鋪層角度、不同鋪層厚度、不同鋪層纖維的結構在準靜態(tài)壓縮下表現(xiàn)出的緩沖吸能特性。通過準靜態(tài)壓縮試驗，歸納并分析試驗現(xiàn)象，探究復合材料緩沖吸能的工作機理，分析不同影響因素對復合材料碰撞緩沖性能的影響，概括復合材料圓柱殼體緩沖吸能的一般規(guī)律，給賽車前部緩沖結構的耐撞性提供設計依據(jù)。
　　根

3、據(jù)復合材料吸能標準元件的準靜態(tài)試驗的結果和數(shù)據(jù)，對典型鋪層方案的元件進行有限元模型建立和數(shù)值分析，通過ANSYS/LS-DYNA非線性有限元軟件仿真復合材料結構在準靜態(tài)壓縮下的破壞吸能情況。此外，對復合材料吸能標準元件動態(tài)沖擊工況也進行仿真，并對比分析動態(tài)沖擊工況與準靜態(tài)軸壓工況下復合材料結構吸能特性的異同，為其進一步的吸能規(guī)律探究和設計優(yōu)化鋪墊基礎。
　　在總結出復合材料結構的吸能特性的基本規(guī)律基礎上，結合大學生方程式大賽的規(guī)則

4、要求和整車布置需要，對賽車緩沖結構進行初步的基礎設計，以此為基礎，將優(yōu)化將分為結構優(yōu)化和鋪層優(yōu)化。利用LS-OPT優(yōu)化軟件，在響應面分析法的基礎上，先通過結構優(yōu)化得出單位質量比吸能最高的復合材料緩沖結構模型，再在這個基礎上對模型加上最大加速度、吸能量、平均加速度的約束條件進行優(yōu)化，得出符合條件最小質量的鋪層，完成鋪層優(yōu)化，得到具有高效率、高比吸能、輕量的賽車復合材料緩沖吸能結構。最后對其進行工藝設計并進行模具和產品的實體加工制造，同時將