【摘 要】
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碳纤维复合材料优秀的吸能潜力已经吸引了众多国内外相关研究,并越来越多地被应用到航空航天、汽车、船舶等领域的吸能结构中。然而大量文献表明,碳纤维复合材料只有在渐进失效的情况下才能表现出高吸能特性,保证渐进失效的重要措施是引入触发元件,优秀的触发元件不仅可以带来渐进失效的失效模式,也可以进一步增加稳定压溃载荷水平,获得更高的吸能特性。此外,碳纤维复合材料复杂的损伤机理也为吸能研究带来困难。本文采用双倒
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碳纤维复合材料优秀的吸能潜力已经吸引了众多国内外相关研究,并越来越多地被应用到航空航天、汽车、船舶等领域的吸能结构中。然而大量文献表明,碳纤维复合材料只有在渐进失效的情况下才能表现出高吸能特性,保证渐进失效的重要措施是引入触发元件,优秀的触发元件不仅可以带来渐进失效的失效模式,也可以进一步增加稳定压溃载荷水平,获得更高的吸能特性。此外,碳纤维复合材料复杂的损伤机理也为吸能研究带来困难。本文采用双倒角内翻压溃帽作为触发元件,对[90/0]6、[90/-45/0/+45]3、[90/-15][+15/-15]5、[90/-45][+45/-45]5四种不同铺层及30mm、40mm、50mm、60mm四种不同管径的碳纤维复合材料管进行了轴向准静态压溃实验,并基于ABAQUS/EXPLICIT及其VUAMT子程序接口进行数值仿真。结果表明,该压溃帽作用下,碳纤维复合材料的比吸能值可达60～110 k J/kg,证明这种压溃帽是一种非常优秀的触发元件,其触发过程是由于环向周长减小引起环向压缩断裂,类似于“减层”的触发方式。对于不同铺层,轴向方向的铺层占比越多,吸能越好,对于不同管径,40 mm管径的比吸能最高。数值仿真模型采用基于断裂韧性的刚度退化方式,结果与实验吻合良好。
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