高強度鋼與碳纖維混雜復合材料及力學性能分析

性能分析與控制

高強度鋼與碳纖維混雜復合材料及力學性能分析

汽車工業越來越重視可以提高汽車安全性和燃油效率的環境友好型材料的應用。隨著對生產設備效率要求的提高，其所需的技術也在不斷發展，已有許多研究者對材料的成型過程進行了研究。美國Fan等人在研究采用先進高強度鋼制造零件的方法；加拿大Karbasian介紹了熱沖壓過程的影響因素；德國St?hr T對燃油效率進行了研究，通過使用拼焊板和局部淬火技術減輕車輛質量等。

為了符合環保法規，汽車公司開始研究環保型汽車（如電動汽車、燃料電池汽車）。為實現環保型汽車輕量化，采用了一些新技術（如激光拼焊高強度鋼技術），這樣汽車部件就可以采用高強度鋼、碳纖維混雜復合材料等。碳纖維增強復合材料（CFRP）具有極好的強度，且質量較輕。然而，該復合材料低伸長率和低斷裂韌性制約了其在汽車零部件上的應用。為了克服這些限制，美國El-Tawil等人對碳纖維與金屬混雜復合材料的斷裂模式進行研究。研究中，基于ABAQUS軟件將材料斷裂機制應用于分析板材成形模擬數據。將拉伸試樣和ARAMIS裂隙試樣分別通過一個三維（3D）坐標測量機進行拉伸試驗，然后在無潤滑條件下進行測試，裂縫敏感負荷為0.01t，最終得到斷裂機制。

研究使用的平紋碳纖維材料是用預浸布（0.25mm厚）和初始環氧量為35%的樹脂層疊成碳纖維布。研究中，將碳纖維材料取代DP鋼和硼鋼板堆放在CR420鋼板上，以增加強度與質量比值。試驗流程為：①未成型零件拉伸試驗；②成型零件拉伸試驗；③碳纖維材料和CR420材料加固后試驗；④碳纖維鋼板和CR420材料加固后軟件模擬；⑤三點彎曲試驗；⑥拉伸試驗。

用兩種CAE方法確定最合適的碳纖維材料增強CR420鋼板方法：①將碳纖維堆疊到CR420鋼板上；②將CFRP堆疊到預制CR420鋼板上。對這兩種方法進行評價，并進行實際試驗，最終得到基于CAE最合適的模具制造方法，及碳纖維/CR420混雜復合材料板件的最佳成型工藝。

刊名：Sciencedirect on Composite Structures（英）

刊期：2017年第3期

作者：Min-sik Lee

編譯：徐嘉浩