车用CFRP 层压圆柱壳冲击损伤分析及最小穿透能量预测

王丹琦 吴霖滔 聂冰冰 车文传 邹铁方 张君媛

摘 要： 为了探究碳纤维增强复合材料（CFRP）在汽车曲面零部件上的应用前景，该文以碳纤维增强复合材料（CFRP）层压圆柱壳作为对象，研究其在落锤冲击工况下的损伤与吸能特性。基于复合材料均质化方法，建立CFRP 层压圆柱壳落锤冲击的多尺度模型，探究曲率半径对冲击损伤和能量吸收的影响；并采用非线性拟合方法建立了最小穿透能量与层压圆柱壳材料参数、结构参数及落锤参数之间的函数关系，实现概念设计阶段最小穿透能量的快速预测，对比仿真结果拟合公式的误差在20%以内。结果表明：相较于平板，层压圆柱壳的峰值载荷宽度更大、更平稳。在60 J 冲击作用下，层压圆柱壳各铺层损伤面积相对均匀，其中纤维损伤与曲率半径无关，基体损伤面积随曲率半径增大而增大；当曲率半径为100 mm 时，层压壳承载及抵抗变形能力较好，具有較好的抗冲击性；当曲率半径为200 mm 时，层压壳耗散能量最多，吸能效果较好。

关键词： 汽车轻量化；碳纤维增强复合材料（CFRP）；层压圆柱壳；冲击损伤；能量吸收

中图分类号： TB 332 文献标识码： A DOI： 10.3969/j.issn.1674-8484.2024.01.003