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汽车轻量化是近年来汽车工业应对能源危机与环境污染等问题的重要手段。目前最受汽车工业青睐的轻量化材料主要有高强度钢板(High Strength Steel,简称HSS)和碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre Reinforced Polymer,简称CFRP),本文提出将上述两种轻量化材料相结合以获取综合性能更为优异的新型Steel/CFRP体系FMLs(Fiber Metal Laminates)车身构件。目前,国内外在FMLs材料的基本力学性能及成形性能方面已经取得了初步的研究成果,但是有关FMLs材料成形极限及破裂失效模式方面的研究少见公开报道。因此,本文采用凸模胀形实验,对新型Steel/CFRP体系FMLs材料(简称FMLs材料)进行成形极限与失效模式的研究,主要研究内容如下:(1)设计了FMLs材料成形极限实验研究方案,并确定了材料具有较高成形极限的温度是80℃;在此温度基础上,利用成形设备完成了无芯层纯钢板、纯CFRP复合材料及FMLs材料的凸模胀形实验;(2)对不同纤维铺层方式、应变路径、冲压速度及中间CFRP层数下的FMLs材料的成形极限进行比较,探究了上述各因素对FMLs材料冲压成形极限的影响规律和影响机理,研究结果表明:相比单向正交铺层和准各向同性铺层FMLs材料,编织铺层FMLs材料具有更高的成形极限;合理增加冲压速度和中间CFRP层数有助于提高FMLs材料的成形极限;(3)比较了CFRP复合材料和相应铺层下FMLs材料的成形极限,研究发现,钢板的存在会降低窄试样(w≤90 mm)CFRP材料的成形极限;同时,也比较了无芯层钢板和FMLs材料的成形极限,研究发现,四种材料的成形能力排序为:无芯层钢板>编织铺层FMLs>单向正交铺层FMLs>准各向同性铺层FMLs;(4)从宏观角度对不同纤维铺层方式、应变路径、冲压速度及中间CFRP层数下的FMLs材料的破裂失效模式进行分析,研究结果表明:FMLs材料表现出明显多样、复杂的破裂失效模式,其失效模式对纤维铺层方式、应变路径及中间CFRP层数的变化均具有较强的敏感性,而冲压速度对FMLs材料失效模式的影响并不显著;(5)基于现有材料参数,利用ABAQUS有限元分析软件,对不同应变路径、冲压速度、中间CFRP层数下的编织FMLs材料凸模胀形过程进行有限元模拟,并将模拟得到的胀形深度和最大冲压力与实验结果比较发现:上述各因素影响的FMLs材料胀形深度和最大冲压力与实验结果的变化趋势具有较高的一致性,预测精度达到80%,验证了有限元模型建立的准确性与有效性。