基于纤维缠绕的汽车空间框架联接方法



基于纤维缠绕的汽车空间框架联接方法

目前，纤维增强塑料的联接方式主要包括单壳体式、管对管式和套接字式。本文创新性地提出基于纤维缠绕的联接方法。

影响纤维缠绕联接结构的主要因素包括树脂性能、纤维缠绕长度、纤维张力以及缠绕方式。为综合这几个变量对结构性能的影响，采用图1中纤维缠绕机将2根导管以90°T型接头联接在一起，以保证联接结构的有效性。需要注意的是，曲面上的缠绕路径应当位于其短程线（曲面上2点之间的最短路径）上，该路径无摩擦，能够防止绕线滑移。

对纤维缠绕联接样件进行拉伸测试，由应力应变曲线可知，载荷达到30kN之前，应力与应变呈线性关系，之后斜率降低直至40kN处样件出现第1次损坏，峰值负荷可达48kN。

只有最优化地利用绕线纤维的抗拉强度才能使联接结构的刚度达到峰值，从而更高效地传递外部载荷。为此，采用有限元分析和拓扑优化方法确定每圈绕线的绕线角度。仿真得到的应力随应变线性增加直至结构失效，与实际拉伸试验相比未出现第1次损坏。实际结构中，T型接头的一端存在法兰，使得绕线的曲率在某些点处产生突变。这一现象导致绕线纤维还受到了切向应力的作用，加剧了微观结构中的裂纹拓展。

刊名：CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology（英）

刊期：2013年第6期

作者：J.Fleischer et al

编译：张为荣