多尺度材料模型的應(yīng)用

多尺度材料模型的應(yīng)用

Alan R.Wedgewood et al. SAE 2014-01-0961.

編譯：張?zhí)K鐵

質(zhì)量較輕的高分子復(fù)合材料取代較重的金屬材料在汽車(chē)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。改善燃油效率和減少碳排放作為解決交通運(yùn)輸行業(yè)的重要趨勢(shì)，使得設(shè)計(jì)靈活、以及方便制造和零件裝配的高分子復(fù)合材料得到了快速發(fā)展。由于汽車(chē)零部件在乘員和行人的碰撞安全中扮演著重要角色，因此汽車(chē)行業(yè)對(duì)零部件材料具有嚴(yán)格的碰撞安全要求和動(dòng)態(tài)高速性能，采用聚合物復(fù)合材料的高精度材料模型是用來(lái)預(yù)測(cè)汽車(chē)零部件行駛安全行為和故障發(fā)生率的重要途徑。杜邦公司采用輕質(zhì)復(fù)合材料技術(shù)，將注射成型纖維增強(qiáng)塑料與模壓編織復(fù)合材料結(jié)合到一起，為汽車(chē)碰撞安全提供了一種經(jīng)碰撞吸能性能測(cè)試的良好替代品，避免了耗資巨大的碰撞試驗(yàn)損失。

多尺度材料模型可以有效利用纖維增強(qiáng)塑料和編織復(fù)合材料各向異性的特點(diǎn)，善于捕捉碰撞過(guò)程中非線性應(yīng)變率的變化，降低試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)故障的機(jī)率。復(fù)合材料即是通過(guò)兩種或兩種以上材料的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)材料性能的提升，其性能主要取決于材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括纖維量的分布以及纖維的方向。通過(guò)建立微觀尺度上的聚合物纖維模型來(lái)預(yù)測(cè)整個(gè)復(fù)合材料在宏觀上的性能表現(xiàn)。通過(guò)有限元仿真結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，不斷得到復(fù)合材料的真實(shí)行為表現(xiàn)，縮短車(chē)輛開(kāi)發(fā)的周期，減輕質(zhì)量，降低成本。