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白车身车顶碳纤维复合材料前横梁铺层设计及多层次优化方法
1
作者 徐立友 徐正中 +1 位作者 张帅 王芳瑞 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第29期12451-12465,共15页
为了提高汽车车顶前横梁的强度、刚度、轻量化水平,实现材料和结构等方面的平衡,构建碳纤维复合材料前横梁的设计与优化方法,通过提出改进的粒子群优化-细菌觅食优化(particle swarm optimization-bacterial foraging optimization,PSO-... 为了提高汽车车顶前横梁的强度、刚度、轻量化水平,实现材料和结构等方面的平衡,构建碳纤维复合材料前横梁的设计与优化方法,通过提出改进的粒子群优化-细菌觅食优化(particle swarm optimization-bacterial foraging optimization,PSO-BFO)混合算法和铺层多层次优化方法,设计了碳纤维复合材料车顶前横梁。建立白车身有限元模型,并实验验证了模型的准确性,获得优化前的前横梁有限元模型。模拟前横梁在顶压、三点弯曲和压缩工况下的性能,确定铺层优化的边界条件;对T700/WP-R2300材料进行性能测试,为铺层优化提供材料参数;通过自由尺寸优化、尺寸优化确定了碳纤复材前横梁的铺块形状、厚度,结合PSO-BFO混合优化算法优化了铺层顺序。优化后前横梁减重45.47%,顶压、三点弯曲和压缩工况下位移分别降低43.64%、29.58%和28.61%,应力分别降低85%、79.44%和75.03%,验证了多层次优化方法的有效性。 展开更多
关键词 车顶前横梁 碳纤维复合材料 铺层设计方法 多层次优化 轻量化
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铺层方式对GO-CF/BF混杂增强复合材料微观组织与弯曲性能的影响
2
作者 马玉钦 韩玉朋 +3 位作者 黎程山 许怡 张得洋 王浩 《复旦学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期328-339,共12页
为了获得铺层方式对石墨烯碳纤维/玄武岩纤维(GO-CF/BF)混杂增强复合材料性能与微观组织的影响规律,本研究采用有限元仿真,从微观与宏观角度分别对C6、B2C4、B4C2与B6共4种不同铺层方式的GO-CF/BF混杂增强复合材料进行基体浸渗与三点弯... 为了获得铺层方式对石墨烯碳纤维/玄武岩纤维(GO-CF/BF)混杂增强复合材料性能与微观组织的影响规律,本研究采用有限元仿真,从微观与宏观角度分别对C6、B2C4、B4C2与B6共4种不同铺层方式的GO-CF/BF混杂增强复合材料进行基体浸渗与三点弯曲仿真,从而得到不同铺层方式条件下的基体浸渗效果与弯曲强度。当铺层方式为C6时,材料内基体的体积含量最高且弯曲强度也最大,其仿真值高达525.31 MPa。而玄武岩纤维具有良好的断裂韧性与较低的模量强度,同时由于玄武岩纤维与树脂间的粘结率低,因此,当铺层方式为B6时,GO-CF/BF混杂增强复合材料的基体浸渗效果较差,并出现孔洞缺陷。另外当碳纤维发生脆性断裂失效时,载荷逐渐转移到具有较低模量与刚度的玄武岩纤维上,从而影响纤维与基体之间的界面结合能力,基于以上原因使得铺层方式为B6的复合材料弯曲强度仿真值下降到115.16 MPa。结合实际试验结果,表明有限元仿真对GO-CF/BF混杂增强复合材料的浸渗效果与弯曲强度预测较为合理。 展开更多
关键词 石墨烯碳纤维/玄武岩纤维 混杂增强复合材料 铺层方式 有限元仿真 三点弯曲
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铺层方式和搭接长度对CFRP与铝合金胶接-自冲铆接复合接头性能的影响 被引量：2
3
作者 覃记荣 邓开标 +3 位作者 展新 谢正超 苏海亮 马莲花 《锻压技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期152-159,共8页
为研究T700碳纤维板与6061-T6铝合金板胶接-自冲铆接复合工艺接头的力学性能和失效机理,通过拉伸剪切试验分析了不同搭接长度和不同铺层方式对接头强度的影响,深入探讨了接头的连接质量以及连接损伤,并采用扫描电镜分析了层合板铆钉孔... 为研究T700碳纤维板与6061-T6铝合金板胶接-自冲铆接复合工艺接头的力学性能和失效机理,通过拉伸剪切试验分析了不同搭接长度和不同铺层方式对接头强度的影响,深入探讨了接头的连接质量以及连接损伤,并采用扫描电镜分析了层合板铆钉孔周围的失效断裂特征以表征CFRP层合板的损伤机理。试验结果表明:接头的极限失效载荷和能量吸收值随着搭接长度的增加而逐渐增加,搭接长度L在25~30 mm范围内趋于平稳。接头的失效模式随着搭接长度的增加有所改变,搭接长度L在15~20 mm范围时,纤维撕裂破坏和互锁结构破坏基本持平,搭接长度L≥25 mm时以互锁机构破坏失效为主。[0°/90°]_(8 s)铺层方式的接头的极限失效载荷和能量吸收值较高,且主要以锁紧结构破坏失效为主;[±45°]_(8s)和[0°/45°/90°/-45°]_(4 s)铺层方式的接头伴随着胶层失效、基体裂纹、纤维撕裂和铆钉脱落,使承载区遭到严重破坏而失效。 展开更多
关键词 碳纤维复合材料 胶接-自冲铆接 铺层方式 搭接长度 力学性能 失效分析
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考虑制造因素的变刚度层合板的抗屈曲铺层优化设计 被引量：11
4
作者 顾杰斐 陈普会 +2 位作者 孔斌 杨军 甘学东 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期866-875,共10页
与常规层合板相比,变刚度层合板的制造、有限元建模分析和铺层设计有其特殊之处。首先对设计时需考虑的制造因素进行了归纳,提出了变刚度层合板的铺层设计要求。然后给出了变刚度层合板的理想模型和考虑丝束宽度模型的建模方法。基于理... 与常规层合板相比,变刚度层合板的制造、有限元建模分析和铺层设计有其特殊之处。首先对设计时需考虑的制造因素进行了归纳,提出了变刚度层合板的铺层设计要求。然后给出了变刚度层合板的理想模型和考虑丝束宽度模型的建模方法。基于理想模型对ABAQUS的前处理模块进行二次开发,利用编制的参数化建模程序分析了不同铺放角的变刚度层合板的屈曲性能,并讨论了最小曲率半径对铺层的限制和变刚度设计提高屈曲载荷的机制。基于变刚度层合板的抗屈曲机制建立了一种铺层优化设计方法,使用遗传算法经两步优化得到最优铺层。对最优铺层建立考虑丝束宽度的模型以研究丝束宽度和铺层偏移对变刚度层合板抗屈曲铺层优化结果的影响。研究表明,在变刚度层合板的抗屈曲铺层优化中使用简化的理想模型通常来说是可行的。在考虑制造因素的情况下,优化后的变刚度层合板较常规层合板屈曲载荷有显著提高。 展开更多
关键词 变刚度层合板 制造因素 建模方法 屈曲分析 铺层优化
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纤维铺层方式对CFRP-铝合金单搭接胶接接头拉伸性能影响 被引量：4
5
作者 邹田春 李龙辉 +2 位作者 符记 李晔 巨乐章 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1905-1914,共10页
为了分析异质材料胶接接头内部典型应力分布规律与刚度退化特点,探究不同铺层方式对异质材料单搭接胶接接头内部应力分布状态影响规律,开展试验和仿真相关研究。首先,制备不同铺层方式的CFRP(carbon fiber reinforce plastic)-铝合金单... 为了分析异质材料胶接接头内部典型应力分布规律与刚度退化特点,探究不同铺层方式对异质材料单搭接胶接接头内部应力分布状态影响规律,开展试验和仿真相关研究。首先,制备不同铺层方式的CFRP(carbon fiber reinforce plastic)-铝合金单搭接胶接接头试验件,使用拉伸试验机进行拉伸试验,获得基本试验数据。其次,利用连续损伤模型、3D Hashin失效判据和Cohesive Zone Model研究异质材料胶接接头不同部位典型破坏特点。结果表明,随着复合材料板中0°铺层比例增加,胶接接头极限载荷呈现增加趋势,与之相反接头拉伸位移逐渐缩短。接头铺层方式与载荷方向共同影响胶接接头力学性能,当复合材料板内部各个方向纤维铺层较为均匀时,可以有效降低接头应力集中,载荷方向与铺层纤维方向一致时,可有效提高接头连接强度。复合材料板中0°铺层占比对接头的极限载荷和刚度退化(scalar stiffness degradation,SDEG)影响较大,0°占比越小接头承载能力越弱,接头刚度退化越复杂。 展开更多
关键词 复合材料 铺层方式 单搭接胶接 应力分布 刚度退化
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碳纤维复合材料/钢搭接形式对搭接接头性能的影响 被引量：1
6
作者 高有为 李传习 司徒英胡 《湖南电力》 2022年第6期94-98,共5页
为了解纤维铺设方向对碳纤维增强复合塑料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)加固钢结构性能的影响,制作了steel/steel、0°/steel、90°/steel、0°/90°、90°/90°、0°/0°6种接头试件,每种... 为了解纤维铺设方向对碳纤维增强复合塑料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)加固钢结构性能的影响,制作了steel/steel、0°/steel、90°/steel、0°/90°、90°/90°、0°/0°6种接头试件,每种接头试件各5个。试件在常温常湿下养护7天后进行拉伸剪切实验,分析试件的破坏模式、极限承载力和荷载-位移曲线等,探讨接头形式对CFRP/钢搭接接头性能的影响。结果表明,含90°纤维的试件破坏形式为CFRP/钢界面破坏;0°/steel试件的破坏形式为CFRP/钢界面破坏;0°/0°试件的破坏形式为CFRP层间破坏;含90°纤维的试件中,同组试件的荷载-位移曲线形状相差较大,荷载与位移呈非线性变化;含0°纤维的试件中,同组试件的荷载位移曲线形状基本一致,呈线性变化;0°/0°试件的剪切强度最大,90°/90°试件的剪切强度最小。在粘贴CFRP进行加固时,应合理选择铺层方式。 展开更多
关键词 CFRP 单搭接接头 层间性能 浸渍胶 铺层方式
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