汽车轻量化是降低车辆能耗和环境污染的重要手段,使用轻量化材料是实现汽车轻量化的有效方式。纤维复合材料以其优异的力学性能已经广泛应用在航空航天等领域,随着纤维复合材料生产成本的降低和加工工艺的成熟,纤维复合材料在汽车产业已经得到广泛关注,并且开始逐步替代钢制部件。纤维金属层合板是将纤维复合材料和金属薄板结合起来,形成的一种新型复合材料,其整体性能不仅仅是两种或多种性能的简单叠加,而是多种材料性能互补形成的新型复合材料。与纤维复合材料层合板相比,纤维金属层合板具有更高的能量吸收特性;与金属板相比,具有更高的比强度和比弹性模量,能够满足车身抗冲击特性和轻量化的要求,因此在汽车应用上有很大潜力。本文将玄武岩纤维复合材料和铝合金的优势相结合,将玄武岩纤维复合材料与铝合金薄板通过粘接方式,制成玄武岩纤维铝合金层合板样件,对其结构力学性能进行了实验和模拟研究。分别研究了不同铺层结构和受到不同角度载荷冲击时,玄武岩纤维铝合金层合板的抗冲击性能,最后应用到发动机罩外板进行基础性研究。具体研究内容如下:(1)进行了样件的制备及相关力学性能实验。首先制备单向玄武岩纤维复合材料层合板实验样件,根据单向纤维复合材料基本力学性能测定方法,进行拉伸、压缩和剪切实验,获得玄武岩纤维复合材料单层板的力学性能参数;然后对铝合金板进行去污、脱脂和脱氧处理,并与玄武岩纤维层合板粘接,制成玄武岩纤维铝合金层合板实验样件,分别对纯玄武岩纤维层合板和玄武岩纤维铝合金层合板进行弯曲实验和冲击实验,对比分析其弯曲性能和抗冲击性能。(2)研究不同层数连续壳单元对仿真精度影响,建立有效的有限元模型。因为单元层数对纤维复合材料层合板有限元模型的仿真精度有很大影响,本文基于Hashin失效准则和双线性内聚力单元理论,分别采用2层、4层和8层连续壳单元对纤维层进行模拟,建立纤维层合板和纤维金属层合板三点弯曲仿真模型和低速冲击模型,进行有限元仿真并与实验结果对比,研究单元层数对仿真结果的影响。(3)研究不同铺层结构和不同角度冲击载荷下,纤维金属层合板的抗冲击性能。本文研究只包含一层铝合金薄板,根据铝合金薄板和纤维层的相对位置,分别建立三种不同铺层结构的纤维金属层合板冲击仿真模型,即铝合金薄板位于纤维金属层合板最顶部、中间和最底部,以5J冲击能量进行冲击仿真,从能量吸收、接触力大小和纤维层损伤程度三个方面进行抗冲击性分析;对纤维金属层合板进行不同角度冲击,研究不同角度下纤维金属层合板的抗冲击性。(4)将纤维金属层合板应用于发动机罩外板,对发动机罩进行锁闩工况、扭转工况和正向弯曲工况模拟仿真,与原发动机罩对比,分析发动机罩的刚度性能;建立成人头部冲击器撞击发动机罩有限元模型,进行成人头部冲击仿真,研究分析纤维金属层合板应用于发动机罩外板时的行人头部保护性能。