纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料保險(xiǎn)杠輕量化設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、隨著汽車環(huán)境污染和資源問題日益嚴(yán)重，汽車輕量化逐漸成為一個(gè)越來越熱門的研究領(lǐng)域。輕量化材料是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑之一，其中纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料作為新興的輕量化材料，由于其良好的力學(xué)性能和巨大的輕量化潛力受到了廣泛的青睞。本文基于我國GB17354-1998汽車前、后端保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)，將長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料(LGFT)和連續(xù)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料(CFRP)兩種復(fù)合材料應(yīng)用到汽車保險(xiǎn)杠防撞梁上進(jìn)行了如下研究:
　　首先

2、，開展了LGFT和CFRP材料試件的制備及相關(guān)力學(xué)性能測(cè)試。按照國標(biāo)進(jìn)行了拉伸和三點(diǎn)彎試驗(yàn)，得到了材料的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂應(yīng)變等參數(shù)，并基于試驗(yàn)與反求分析獲取有限元仿真分析相關(guān)參數(shù)。
　　其次，以某車型鋁制保險(xiǎn)杠防撞梁為原型，采用LGFT及CFRP復(fù)合材料進(jìn)行剛度等代設(shè)計(jì)，并按照法規(guī)要求建立了防撞梁低速碰撞模型。根據(jù)仿真結(jié)果綜合分析了復(fù)合材料保險(xiǎn)杠防撞梁在兩種工況下相對(duì)于鋁制防撞梁的耐撞性和輕量化性能，同時(shí)對(duì)比了三種材料的輕

3、量化成本。結(jié)果表明:在滿足耐撞性能要求下，LGFT與CFRP防撞梁輕量化效果明顯，相對(duì)于原鋁制保險(xiǎn)杠防撞梁分別減輕11.2％和46.1％;材料成本方面LGFT成本有所降低，CFRP成本顯著增加。
　　再次，分析了CFRP復(fù)合材料層合板的吸能特性，采用遺傳算法對(duì)CFRP保險(xiǎn)杠防撞梁進(jìn)行鋪層角度優(yōu)化，以最小碰撞峰值力為目標(biāo)，以碰撞器侵入量為約束建立了鋪層角度優(yōu)化模型，優(yōu)化后的保險(xiǎn)杠防撞梁的最佳鋪層為[0/-45/90/45/45/90

4、/-45/0]。對(duì)鋪層角度優(yōu)化前后的保險(xiǎn)杠防撞梁的有限元仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，鋪層角度優(yōu)化后的CFRP保險(xiǎn)杠防撞梁的峰值力明顯降低。
　　最后，根據(jù)防撞梁在兩種工況下的變形和受力特點(diǎn)并利用LGFT材料便利的制造工藝性，采用了一種連續(xù)變截面厚度設(shè)計(jì)方法。將防撞梁厚度值作為設(shè)計(jì)變量，通過采集試驗(yàn)點(diǎn)構(gòu)建關(guān)于碰撞峰值力、防撞梁質(zhì)量的響應(yīng)面模型，并利用自動(dòng)優(yōu)化專家算法對(duì)代理模型進(jìn)行優(yōu)化求解。結(jié)果表明:優(yōu)化所得結(jié)果參數(shù)響應(yīng)值與模型仿真值的誤差在