纖維增強型復合材料保險杠輕量化設計與優(yōu)化.pdf

1、隨著汽車環(huán)境污染和資源問題日益嚴重，汽車輕量化逐漸成為一個越來越熱門的研究領域。輕量化材料是實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑之一，其中纖維增強型復合材料作為新興的輕量化材料，由于其良好的力學性能和巨大的輕量化潛力受到了廣泛的青睞。本文基于我國GB17354-1998汽車前、后端保護裝置標準，將長玻璃纖維增強聚丙烯復合材料(LGFT)和連續(xù)碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料(CFRP)兩種復合材料應用到汽車保險杠防撞梁上進行了如下研究:
　　首先

2、，開展了LGFT和CFRP材料試件的制備及相關力學性能測試。按照國標進行了拉伸和三點彎試驗，得到了材料的拉伸強度、楊氏模量和斷裂應變等參數(shù)，并基于試驗與反求分析獲取有限元仿真分析相關參數(shù)。
　　其次，以某車型鋁制保險杠防撞梁為原型，采用LGFT及CFRP復合材料進行剛度等代設計，并按照法規(guī)要求建立了防撞梁低速碰撞模型。根據(jù)仿真結(jié)果綜合分析了復合材料保險杠防撞梁在兩種工況下相對于鋁制防撞梁的耐撞性和輕量化性能，同時對比了三種材料的輕

3、量化成本。結(jié)果表明:在滿足耐撞性能要求下，LGFT與CFRP防撞梁輕量化效果明顯，相對于原鋁制保險杠防撞梁分別減輕11.2％和46.1％;材料成本方面LGFT成本有所降低，CFRP成本顯著增加。
　　再次，分析了CFRP復合材料層合板的吸能特性，采用遺傳算法對CFRP保險杠防撞梁進行鋪層角度優(yōu)化，以最小碰撞峰值力為目標，以碰撞器侵入量為約束建立了鋪層角度優(yōu)化模型，優(yōu)化后的保險杠防撞梁的最佳鋪層為[0/-45/90/45/45/90

4、/-45/0]。對鋪層角度優(yōu)化前后的保險杠防撞梁的有限元仿真結(jié)果進行了對比，鋪層角度優(yōu)化后的CFRP保險杠防撞梁的峰值力明顯降低。
　　最后，根據(jù)防撞梁在兩種工況下的變形和受力特點并利用LGFT材料便利的制造工藝性，采用了一種連續(xù)變截面厚度設計方法。將防撞梁厚度值作為設計變量，通過采集試驗點構(gòu)建關于碰撞峰值力、防撞梁質(zhì)量的響應面模型，并利用自動優(yōu)化專家算法對代理模型進行優(yōu)化求解。結(jié)果表明:優(yōu)化所得結(jié)果參數(shù)響應值與模型仿真值的誤差在