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橫向壓潰載荷下碳纖維纏繞薄壁鋼管的失效分析
孫佳睿; 馬其華; 蔡明; 胡沛元; 孫澤玉 上海工程技術大學機械與汽車工程學院; 上海201620; 纖維材料改性國家重點實驗室(東華大學); 上海201620; 上海工程技術大學航空運輸學院; 上海201620; 華域汽車車身零件(上海)有限公司; 上海200433
關鍵詞：三點彎曲 纏繞層數 纏繞順序 吸能特性
摘要：采用三點彎曲試驗和仿真相結合的方法分析了碳纖維增強復合材料(CFRP)纏繞鋼(Steel)圓管在橫向準靜態載荷下的彎曲破壞行為。選取五種纏繞層數或順序不同的Steel/CFRP混合管分析其受彎失效歷程、失效模式以及吸能特性。結果表明:各混合管受橫向載荷的失效歷程基本與純鋼管保持一致,失效模式由鋼管的穩定塌陷模式所主導,但纖維纏繞方式不同,失效形貌略有差異。在混合管的吸能特性方面,隨著纏繞層數的增加,混合管的比吸能逐漸增大;±45°纖維的纏繞順序分布對于其吸能特性影響較顯著。相比增加纏繞層數而言,合理的纏繞順序設計可以實現更好的吸能特性提升,其中Steel/CFRP[±45°/90°/90°] 2 的混合管比吸能最好,比純鋼管提高了41.37%。在此基礎上,采用與試驗一致性較好的有限元模型分析了混合管復合材料各層受載作用下的Von-Mises應力分布,證明了不同纏繞角度對于應力承擔量的不同作用,為改進纖維纏繞方式提供了依據。
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