【摘 要】
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随着我国社会经济的发展,汽车的销量产量也在逐年上升。大量燃油汽车的使用,带来了一系列的能源消耗、环境污染等问题。大量科学研究表明,汽车减重能够有效地降低油耗以及减少污染,是实现节能减排的一项重要的举措。在车身结构中使用铝合金、镁合金、碳纤维等轻质材料是实现汽车轻量化的一种有效途径。碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)是一种新型复合
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随着我国社会经济的发展,汽车的销量产量也在逐年上升。大量燃油汽车的使用,带来了一系列的能源消耗、环境污染等问题。大量科学研究表明,汽车减重能够有效地降低油耗以及减少污染,是实现节能减排的一项重要的举措。在车身结构中使用铝合金、镁合金、碳纤维等轻质材料是实现汽车轻量化的一种有效途径。碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)是一种新型复合材料,在现代工业中有广泛应用。CFRP的拉伸强度和弹性模量都很高,强度可以达到普通钢种的十倍,这些优异的性能使得碳纤维增强复合材料在汽车轻量化应用中发挥显著作用。工业上使用CFRP材料粘贴在钢板上对钢板进行加固强化,但是,在实际应用过程中,CFRP材料与钢板之间的常常会出现纤维失效、界面剥离等破坏,因此有必要对CFRP-Steel复合材料的界面性能以及失效形式进行研究。本论文通过热冲压成形的工艺制备CFRP-Steel复合板,主要对热冲压实验过程中的淬火保压时间以及CFRP材料的层数对结构件弯曲性能的影响进行研究。结果表明,钢板与CFRP结合的最佳温度为200℃-210℃。在三点弯曲性能检测实验中,粘贴CFPR的钢板的弯曲性能明显强于未粘贴的钢板,最大载荷平均提高了9.76%。弯曲性能最好的试样是淬火时间为20 s的试样,该组能承受的最大载荷为1747 N。同时,探究了CFRP材料的层数对弯曲性能的影响,发现4层CFRP材料较2层CFRP在最大载荷方面没有明显提高,但是能够明显提高材料的最大位移。同时,本文使用ABAQUS有限元软件对CFRP-Steel复合板的三点弯曲过程进行模拟计算,并且研究了CFRP材料的三种堆叠方式对结果的影响,得到CFRP-Steel复合板中各个部分发生损伤的由易到难的顺序是:CFRP基体、CFRP碳纤维、粘结界面、钢。这明了CFRP-Steel复合板中粘结界面抵抗损伤的能力是强于CFRP材料的,还发现了90°堆叠方式抵抗弯曲变形的能力最强。同时通过数值模拟的结果与实验结果得出的规律基本一致,说明了前期实验结果的可靠性以及有限元模拟方法的适用性。
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