CFRP增强梁的冲击过程模拟及其抗冲击性能研究

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随着汽车轻量化的发展，铝合金材料在车体中大量应用，为提高铝合金框架结构中梁的抗冲击性能，研究人员进行了大量的尝试，其中CFRP增强铝合金梁就是探索其抗冲击性能的一种结构形式。但是，目前对这种复合结构形式在横向冲击载荷下的动态响应及结构的抗冲击性能的认识还处于探索之中。本研究利用有限元数值仿真技术及工程软件，对CFRP增强铝合金梁结构在冲击载荷作用下的动力学响应问题进行了探讨，应用弹塑性动态仿真方法，获得了模拟冲击过程的实践经验和模拟冲击过程的计算结果，主要体现在以下方面： 1.在对冲击动力学的基础理论、冲击动力学问题的一般分析方法概述基础上，将冲击动力学的基本方程和有限元分析相结合，详细地阐述了解决冲击问题的数值模拟法—非线性有限元法的基本原理及求解过程，提出用显式中心差分法求解非线性有限元动力学方程组，用对称罚函数法解决接触碰撞问题； 2.应用大型有限元显式动载荷分析软件ANSYS/LS-DYNA，建立了CFRP增强铝合金梁和单纯铝合金梁的有限元冲击模型，对在横向冲击过程进行了动态模拟仿真，分别获得了CFRP增强铝合金梁和单纯铝合金梁在冲击过程中的应力分布、应变及变形分布、吸收冲击功能力等特性进行了对比分析。分析结果表明采用CFRP增强铝合金梁，能够有效地提冲击功吸收能力，减少冲击变形，模拟结果与有关文献[18]的实验结果基本吻合； 3.利用APDL程序命令，通过修改铝合金梁壁厚参数的方法，对不同壁厚参数的CFRP增强铝合金梁和单纯铝合金梁的抗冲击性进行了分析比较，获得了铝合金梁壁厚对梁的抗冲击性能的影响关系。本研究的数值仿真法，对于CFRP增强铝合金梁的结构设计有一定的参考价值，也可为FRP增强金属结构的动载荷分析，提供必要的理论参考。该研究对于指导类似车体构架抗冲击性能设计等实际问题，也具有现实的指导意义。

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作者
董立新;
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作者单位

西南交通大学;

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授予单位西南交通大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名戴光泽;
年度 2006
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类计算数学的应用;
关键词
铝合金梁; 抗冲击性能; 铝合金材料; 有限元数值仿真; 动力学响应;

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