变刚度碳纤维/环氧树脂复合材料薄壁圆管轴向压溃响应与破坏机制

作者：宋涛; 余许多; 江晟达; 余木火; 樊良伟; 孙泽玉^*

来源：复合材料学报, 2021, 38(11): 3586-3600.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20210126.002

• 变刚度
• 复合材料结构
• 薄壁管
• 压溃试验
• 破坏机制
• 数字图像相关技术
• 有限元分析

通过控制缠绕线型改变轴管纤维角度,制备了一种轴向刚度渐变、压溃稳定的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)变刚度薄壁圆管。对变刚度、[±45°]n以及[90°]n三类CFRP缠绕轴管进行轴向准静态压缩测试,结合数字图像相关技术(DIC)及有限元结果,对比三类结构压溃初始应变模式、损伤演化与应力状态结果,研究了变刚度结构的压溃响应与破坏机制。结果表明:不同纤维角度CFRP轴管因轴向刚度不同,压溃的初始破坏与损伤演化过程相异,三类结构产生不同的压溃响应与破坏模式。变刚度区连续变化的大角度纤维能有效地引发分层和"开花式"混合破坏,缓慢释放应变能,使变刚度CFRP轴管吸能效果明显优于其他两类结构。其峰值载荷为66.97 kN,压溃效率为50.8%,比吸能为10.1 kJ/kg,相对于[±45°]n结构比吸能提升156.35%,压溃效率提升518.76%,相对于[90°])n结构比吸能提升16.9%,压溃效率降低27.3%。

• 单位
  东华大学; 材料学院; 上海汽车集团股份有限公司