横向压溃载荷下碳纤维缠绕薄壁钢管的失效分析

论文摘要

采用三点弯曲试验和仿真相结合的方法分析了碳纤维增强复合材料（CFRP）缠绕钢（Steel）圆管在横向准静态载荷下的弯曲破坏行为。选取五种缠绕层数或顺序不同的Steel/CFRP混合管分析其受弯失效历程、失效模式以及吸能特性。结果表明:各混合管受横向载荷的失效历程基本与纯钢管保持一致,失效模式由钢管的稳定塌陷模式所主导,但纤维缠绕方式不同,失效形貌略有差异。在混合管的吸能特性方面,随着缠绕层数的增加,混合管的比吸能逐渐增大;±45°纤维的缠绕顺序分布对于其吸能特性影响较显著。相比增加缠绕层数而言,合理的缠绕顺序设计可以实现更好的吸能特性提升,其中Steel/CFRP[±45°/90°/90°]2的混合管比吸能最好,比纯钢管提高了41.37%。在此基础上,采用与试验一致性较好的有限元模型分析了混合管复合材料各层受载作用下的Von-Mises应力分布,证明了不同缠绕角度对于应力承担量的不同作用,为改进纤维缠绕方式提供了依据。

论文目录

• 1 试件与实验
•   1.1 样 件
•   1.2 三点弯曲试验
•   1.3 评价指标
• 2 试验结果与讨论
•   2.1 受载与失效
•   2.2 吸能特性
•     2.2.1 缠绕层数的影响
•     2.2.2 缠绕顺序的影响
• 3 有限元仿真分析
•   3.1 模型的描述与验证
•   3.2 混合管CFRP层应力分析
• 4 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 孙佳睿,马其华,蔡明,胡沛元,孙泽玉

关键词: 混合管,三点弯曲,缠绕层数,缠绕顺序,吸能特性,应力

来源: 玻璃钢/复合材料 2019年09期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 材料科学

单位: 上海工程技术大学机械与汽车工程学院,纤维材料改性国家重点实验室(东华大学),上海工程技术大学航空运输学院,华域汽车车身零件(上海)有限公司

基金: 纤维材料改性国家重点实验室开放课题(KF1826),中央高校基本科研业务费专项资金学科交叉重点计划项目(18D110320),中央高校基本科研业务费专项资金资助(2232018A3-02),上海工程技术大学研究生科研创新项目资助(E3-0903-18-01150)

分类号: TB33

页码: 5-13

总页数: 9

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