面向車身應(yīng)用的LGFRP復(fù)合材料制備工藝及力學(xué)性能研究.pdf

1、汽車輕量化是解決節(jié)能和環(huán)保問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以其獨(dú)特的輕量化效果，應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)已成為汽車工業(yè)車身輕量化技術(shù)的重要趨勢(shì)。長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯(LGFRP)復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、回收性好、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在汽車車身上的應(yīng)用范圍也越來越廣。然而，目前針對(duì)LGFRP復(fù)合材料熱模壓成型工藝參數(shù)交互作用、材料設(shè)計(jì)參數(shù)及應(yīng)變率效應(yīng)對(duì)其力學(xué)性能的影響規(guī)律和開孔后的應(yīng)力集中效應(yīng)以及在車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尚未見系統(tǒng)的研究及報(bào)道。本文以

2、LGFRP復(fù)合材料在車身結(jié)構(gòu)應(yīng)用為研究背景，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析相結(jié)合的方法，研究了LGFRP復(fù)合材料的制備工藝、力學(xué)性能、開孔連接性能，并進(jìn)一步探索了該材料用于電動(dòng)汽車電池包及防撞梁結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)熱模壓成型工藝參數(shù)對(duì)LGFRP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響規(guī)律
　　為探索熱模壓工藝參數(shù)對(duì)力學(xué)性能的影響規(guī)律并獲得最優(yōu)的力學(xué)性能。本文以LGFRP復(fù)合材料的拉伸及彎曲強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究了預(yù)熱溫度、預(yù)熱

3、時(shí)間、壓力以及保壓時(shí)間四個(gè)工藝參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響規(guī)律，其中對(duì)拉伸強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率由大到小的順序排列為:預(yù)熱溫度、壓力、預(yù)熱時(shí)間、保壓時(shí)間。對(duì)彎曲強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率由大到小的順序排列為:壓力、預(yù)熱溫度、保壓時(shí)間、預(yù)熱時(shí)間。當(dāng)預(yù)熱溫度為215.5℃，預(yù)熱時(shí)間為16min，壓力為3.8MPa，保壓時(shí)間為3min時(shí)，LGFRP復(fù)合材料的拉伸及彎曲強(qiáng)度值達(dá)到最優(yōu)值。
　　(2)纖維含量及應(yīng)變率對(duì)LGFRP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響規(guī)律
　　汽車車

4、身不同結(jié)構(gòu)及部位對(duì)加載條件與力學(xué)性能需求具有明顯的差異性，論文針對(duì)LGFRP復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特征，通過實(shí)驗(yàn)研究了纖維含量對(duì)LGFRP復(fù)合材料力學(xué)性能及失效模式的影響規(guī)律。并基于混合定律建立了可以準(zhǔn)確計(jì)算或預(yù)測(cè)不同纖維含量下LGFRP復(fù)合材料力學(xué)性能的細(xì)觀力學(xué)模型。進(jìn)而詳細(xì)研究了LGFRP復(fù)合材料力學(xué)性能分散性及相應(yīng)的應(yīng)變速率效應(yīng)。
　　(3)LGFRP復(fù)合材料的開孔應(yīng)力集中效應(yīng)及失效模式研究
　　考慮到在汽車結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的

5、開孔連接問題，本文對(duì)LGFRP復(fù)合材料開展了開孔應(yīng)力集中效應(yīng)的研究。結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(DIC)，對(duì)開孔LGFRP復(fù)合材料進(jìn)行了力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究，其結(jié)果表明應(yīng)力集中的影響區(qū)域4倍于開孔半徑。應(yīng)力集中系數(shù)隨孔徑的增加而增大，且小于同等條件下的金屬材料的應(yīng)力集中系數(shù)。進(jìn)一步建立了包含損傷系數(shù)和開孔孔徑的LGFRP復(fù)合材料孔邊應(yīng)力理論模型與數(shù)值分析方法，可以進(jìn)一步用來研究不同纖維長(zhǎng)度及含量的LGFRP復(fù)合材料開孔應(yīng)力集中特性，為L(zhǎng)GFRP復(fù)