复合材料圆柱管吸能特性试验的研究.pdfVIP

复合材料圆柱管吸能特性试验研究 刘兴秋郭永良万志敏 (暗尔诿工业大学分析膏试中心．畸尔演15∞01) ■蔓：丰文研究玻璃纤维增强环氧盛挂管在轴向压缩载荷作用下吸艟特性的一艘熳雒．试验研究了铺设 角度，破坏模式和引发形式对玻璃，环氯田柱瞥能量吸收性照的髟响．同时与铝音盘圈柱管的吸蛇特性进 行比较．结果表明．玻习V环氯圆柱譬的能量吸收性能优于铝台金鹰柱管． 关t词：破璃—和‰耐撞性：瞻量吸收；损伤机理 l引言 在当代汽车要求安全性与轻量化设计的发展趋势下．如何既满足轻量化设计要求，叉 保证碰撞安全性能。是研究的重要课题．一个重要途径就是采用比吸能(单位重量吸收的 能量)较高的材料和结构作为碰撞能量的耗散装置【”】。纤维增强复合材料叮RP)或其结构 损伤破坏时所吸收的能量优于相同尺寸的金属结构．因此．利用复合材料结构作为缓冲吸 能装置成为人们关心的研究热点。本文研究了玻璃纤维，环氧圆柱管的准静态轴向压缩畈能 性能，讨论了铺设角度，玻坏模式和引发形式对玻璃f环氧圆柱管能量吸收性能的影响：同 时与铝台金圆柱管的吸能特性进行比较。结果表明，玻璃用：氧圆柱管的能量吸收性能优于 铝合金圆柱管。 2实验研究 试验研究试件为纤维缠绕成型的E．玻璃纤维／习F氧618圆柱管，铺设方式为【±。]。；铝合 金为LD2Y管：两种管的详细尺寸见表I。为了便于引发和降低初始过载．部分玻璃用：氧 试件的一端或两端进行了45。倒角削弱处理，见图1。 圆柱管的轴向压缩实验均在酣sTRON．1186材料实验机上进行，压缩速率为8．3× 10．3m／J。 衰l试件详细尺寸 圈1玻璃，环氧试件 一9I一 3试验结果分析 3．1损伤破坏过程 图2所示为不同铺设角度的复合材料圆柱管和铝舍金圆柱管典型压缩过程的载荷一位 移试验曲线。由图可以看出，在轴向压缩载荷下，两种圆柱管都发生的是渐进破坏：压缩 的载荷啦移曲线可以看出它们的共同特点是，压缩载荷，由零点逐步增大到屈曲载荷P。． 载荷降低，此后压缩载荷在一个较小豹范围内波动，随着进一步加载．试件自上而下披逐 段压碎，此时结构的破坏表现为渐进行为。渐进压缩阶段压缩载荷变化小．试件用于缓冲 时．可以对被缓冲物体施加比较平稳的制动力，因此具有较好的缓冲性能． 比较图2中的载荷，位移曲线可以发现．纤维／环氧圆柱管的能量吸收能力优于铝台金圆 管。铝合金圆柱管和[+15]，的玻璃，环氧圆柱管有较高的初始过载o，而【+45]5和(+75]s的 玻璃，环氧圆柱管不仅有较大的吸能能力，而且没有明显的初始过载．压缩过程中载荷变化 也相对平稳，更适于作缓冲结构。这些与试件端部存在人为初始缺陷(如例角处理)有关。 初始倒角作为损伤触发使圆管的屈曲载荷峰值降低。因此，可通过结构的端部削弱处理来 实现控制过载的目的。 《6Y^u要一=基。II莹∞ ¨拍∞∞帕柚。加 O 5 10 15 00 25 30 35 ●O 45 OI●DI●晴nHmt，mm 图2纤莹匡，环氧与铝台金圆柱警的载荷．位移曲线 3．2能量吸收能力分析 能量吸收能力用比吸能表征．结构有效破坏长度内单位质量吸收的能量为比吸能 E=E／^f=￡／(p帕t△上) (1) 式中，M、E分别为试件破坏部分的质量和吸收的能量，口为结构的平均密度．D为试件中 面的直径．r为管壁厚度，4￡为试件的有效压缩长度。 图3给出了比吸能随纤维缠绕角度的变化情况。从图中可以看到，当0角在150～45。、