車用CFRP 層壓圓柱殼沖擊損傷分析及最小穿透能量預測

王丹琦 吳霖滔 聶冰冰 車文傳 鄒鐵方 張君媛

摘 要： 為了探究碳纖維增強復合材料（CFRP）在汽車曲面零部件上的應用前景，該文以碳纖維增強復合材料（CFRP）層壓圓柱殼作為對象，研究其在落錘沖擊工況下的損傷與吸能特性。基于復合材料均質化方法，建立CFRP 層壓圓柱殼落錘沖擊的多尺度模型，探究曲率半徑對沖擊損傷和能量吸收的影響；并采用非線性擬合方法建立了最小穿透能量與層壓圓柱殼材料參數、結構參數及落錘參數之間的函數關系，實現概念設計階段最小穿透能量的快速預測，對比仿真結果擬合公式的誤差在20%以內。結果表明：相較于平板，層壓圓柱殼的峰值載荷寬度更大、更平穩。在60 J 沖擊作用下，層壓圓柱殼各鋪層損傷面積相對均勻，其中纖維損傷與曲率半徑無關，基體損傷面積隨曲率半徑增大而增大；當曲率半徑為100 mm 時，層壓殼承載及抵抗變形能力較好，具有較好的抗沖擊性；當曲率半徑為200 mm 時，層壓殼耗散能量最多，吸能效果較好。

關鍵詞： 汽車輕量化；碳纖維增強復合材料（CFRP）；層壓圓柱殼；沖擊損傷；能量吸收

中圖分類號： TB 332 文獻標識碼： A DOI： 10.3969/j.issn.1674-8484.2024.01.003