面向車身應(yīng)用的LGFRP復合材料制備工藝及力學性能研究.pdf

1、汽車輕量化是解決節(jié)能和環(huán)保問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。纖維增強樹脂基復合材料以其獨特的輕量化效果，應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)已成為汽車工業(yè)車身輕量化技術(shù)的重要趨勢。長玻璃纖維增強聚丙烯(LGFRP)復合材料具有可設(shè)計性強、回收性好、性價比高等優(yōu)點，在汽車車身上的應(yīng)用范圍也越來越廣。然而，目前針對LGFRP復合材料熱模壓成型工藝參數(shù)交互作用、材料設(shè)計參數(shù)及應(yīng)變率效應(yīng)對其力學性能的影響規(guī)律和開孔后的應(yīng)力集中效應(yīng)以及在車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計尚未見系統(tǒng)的研究及報道。本文以

2、LGFRP復合材料在車身結(jié)構(gòu)應(yīng)用為研究背景，采用實驗和數(shù)值分析相結(jié)合的方法，研究了LGFRP復合材料的制備工藝、力學性能、開孔連接性能，并進一步探索了該材料用于電動汽車電池包及防撞梁結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)熱模壓成型工藝參數(shù)對LGFRP復合材料力學性能的影響規(guī)律
　　為探索熱模壓工藝參數(shù)對力學性能的影響規(guī)律并獲得最優(yōu)的力學性能。本文以LGFRP復合材料的拉伸及彎曲強度作為評價指標，研究了預熱溫度、預熱

3、時間、壓力以及保壓時間四個工藝參數(shù)對評價指標的影響規(guī)律，其中對拉伸強度的貢獻率由大到小的順序排列為:預熱溫度、壓力、預熱時間、保壓時間。對彎曲強度的貢獻率由大到小的順序排列為:壓力、預熱溫度、保壓時間、預熱時間。當預熱溫度為215.5℃，預熱時間為16min，壓力為3.8MPa，保壓時間為3min時，LGFRP復合材料的拉伸及彎曲強度值達到最優(yōu)值。
　　(2)纖維含量及應(yīng)變率對LGFRP復合材料力學性能的影響規(guī)律
　　汽車車

4、身不同結(jié)構(gòu)及部位對加載條件與力學性能需求具有明顯的差異性，論文針對LGFRP復合材料可設(shè)計性強的特征，通過實驗研究了纖維含量對LGFRP復合材料力學性能及失效模式的影響規(guī)律。并基于混合定律建立了可以準確計算或預測不同纖維含量下LGFRP復合材料力學性能的細觀力學模型。進而詳細研究了LGFRP復合材料力學性能分散性及相應(yīng)的應(yīng)變速率效應(yīng)。
　　(3)LGFRP復合材料的開孔應(yīng)力集中效應(yīng)及失效模式研究
　　考慮到在汽車結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的

5、開孔連接問題，本文對LGFRP復合材料開展了開孔應(yīng)力集中效應(yīng)的研究。結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(DIC)，對開孔LGFRP復合材料進行了力學性能實驗研究，其結(jié)果表明應(yīng)力集中的影響區(qū)域4倍于開孔半徑。應(yīng)力集中系數(shù)隨孔徑的增加而增大，且小于同等條件下的金屬材料的應(yīng)力集中系數(shù)。進一步建立了包含損傷系數(shù)和開孔孔徑的LGFRP復合材料孔邊應(yīng)力理論模型與數(shù)值分析方法，可以進一步用來研究不同纖維長度及含量的LGFRP復合材料開孔應(yīng)力集中特性，為LGFRP復