碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法和装置制造方法及图纸

技术编号:21912907 阅读:17 留言:0更新日期:2019-08-21 12:07
本发明专利技术涉及一种碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法和装置,方法具体包括以下步骤:对碳纤维复合材料缠绕金属管在三点弯试验下进行横向加载,直至金属管发生塌陷形变,获取试验数据,根据实验数据计算碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度;根据试验数据和等效屈服强度建立碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型M=M(θ),其中,M表示曲弯矩,θ表示旋转角;根据理论模型通过积分方式获取吸能量W。与现有技术相比,本发明专利技术实现了对碳纤维复合材料缠绕金属管吸能量的检测,建立了碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型,能够适用于计算不同径厚比、不同纤维复合材料缠绕的各类金属管在横向载荷下的吸能量。

Energy Absorption Detection Method and Device for Carbon Fiber Composite Winding Metal Pipe

【技术实现步骤摘要】
碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法和装置
本专利技术涉及一种汽车设计与制造领域,尤其是涉及一种碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法和装置。
技术介绍
薄壁构件被广泛应用于汽车、飞机等领域的防撞系统中。随着这些领域对于安全性与节能性的双重要求,如何在尽可能轻质的情况下提高薄壁结构的抗撞性能显得尤为重要。对于车辆的前后防撞梁、车门防撞梁、保险杆及车身B柱这类薄壁结构而言,在实际撞击过程中弯曲是其主要的变形吸能模式,并且,在工程实际结构中,高达90%的结构件的破坏是由于横向载荷弯曲破坏所引起。因此,对于薄壁结构受横向载荷的吸能研究具有非常重要的工程意义。碳纤维复合材料缠绕金属管可以用于制造更为轻量化而且防撞性能更好的薄壁构件,但是碳纤维复合材料缠绕金属管作为一种不同于普通金属圆管的新型材料,缺乏对其在横向载荷下的弯矩旋转响应和吸能量的检测方法,因此目前难以直接通过碳纤维复合材料缠绕金属管进行精确的薄壁构件设计。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法和装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法,具体包括以下步骤:S1.对碳纤维复合材料缠绕金属管在三点弯试验下进行横向加载,直至金属管发生塌陷形变,获取试验数据,根据实验数据计算碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度;S2.根据试验数据和等效屈服强度建立碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型M=M(θ),其中,M表示曲弯矩,θ表示旋转角;S3.根据理论模型通过积分方式获取吸能量W,其计算表达式为:W=∫M(θ)dθ。进一步地,所述的碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型具体如下;弹塑性阶段:其中,M为弹塑性阶段的弯曲力矩,L0为试验装置跨距长度,θ为弹塑性阶段圆管的旋转角,D0为混合管外径,σ0为碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度,Eh为碳纤维复合材料缠绕金属管的弹性模量,Ih为碳纤维复合材料缠绕金属管的截面惯性矩;截面椭圆化平稳阶段:其中,Mu为极限力矩,θoval为椭圆化转角,R为碳纤维复合材料缠绕金属管的外半径,t为碳纤维复合材料缠绕金属管的总厚度;结构塌陷阶段:M0=4σ0R2t其中,M0为圆管未变形时截面的全塑性弯矩,Ф是圆管变形时的机构角,H是圆管塑性折叠区长度,r是圆管变形时的滚动半径。进一步地,碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度计算表达式为:式中,tm和tc分别为金属管的厚度和碳纤维复合材料的厚度,σm为金属管的屈服强度,σc为碳纤维复合材料的屈服强度,ε为真应变,K为应变强度系数,n为应变硬化指数。进一步地,碳纤维复合材料的屈服强度计算表达式为:式中,α是碳纤维复合材料的第i层缠绕角度,tci[α]是碳纤维复合材料的第i个缠绕层厚度,σ1和σ2分别是平行于碳纤维复合材料纤维和垂直于碳纤维复合材料纤维的强度,τ12是碳纤维复合材料的面内剪切强度。一种碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测装置,所述的装置包括处理器以及存储器,所述处理器调用存储器中的数据执行程序,用于实现以下步骤:S1.获取对碳纤维复合材料缠绕金属管在三点弯试验下进行横向加载直至金属管发生塌陷形变的试验数据,根据实验数据计算碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度;S2.根据试验数据和等效屈服强度建立碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型M=M(θ),其中,M表示曲弯矩,θ表示旋转角;S3.根据理论模型通过积分方式获取吸能量W,其计算表达式为:W=∫M(θ)dθ。进一步地,所述的碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型具体如下;弹塑性阶段:其中,M为弹塑性阶段的弯曲力矩,L0为试验装置跨距长度,θ为弹塑性阶段圆管的旋转角,D0为混合管外径,σ0为碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度,Eh为碳纤维复合材料缠绕金属管的弹性模量,Ih为碳纤维复合材料缠绕金属管的截面惯性矩;截面椭圆化平稳阶段:其中,Mu为极限力矩,θoval为椭圆化转角,R为碳纤维复合材料缠绕金属管的外半径,t为碳纤维复合材料缠绕金属管的总厚度;结构塌陷阶段:M0=4σ0R2t其中,M0为圆管未变形时截面的全塑性弯矩,Ф是圆管变形时的机构角,H是圆管塑性折叠区长度,r是圆管变形时的滚动半径。进一步地,碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度计算表达式为:式中,tm和tc分别为金属管的厚度和碳纤维复合材料的厚度,σm为金属管的屈服强度,σc为碳纤维复合材料的屈服强度,ε为真应变,K为应变强度系数,n为应变硬化指数。进一步地,碳纤维复合材料的屈服强度计算表达式为:式中,α是碳纤维复合材料的第i层缠绕角度,tci[α]是碳纤维复合材料的第i个缠绕层厚度,σ1和σ2分别是平行于碳纤维复合材料纤维和垂直于碳纤维复合材料纤维的强度,τ12是碳纤维复合材料的面内剪切强度。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点:1、本专利技术实现了对碳纤维复合材料缠绕金属管吸能量的检测,建立了碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型,能够适用于计算不同径厚比、不同纤维复合材料缠绕的各类金属管在横向载荷下的吸能量。2、本专利技术考虑了在检测过程中容易发生的圆管塑性变形的硬化行为,能够使的检测的结果更加精确。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为三点弯试验的布置示意图。图3为碳纤维复合材料缠绕金属管弯矩-旋转角曲线示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示,本实施例提供了一种碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法,具体包括以下步骤:步骤S1.对碳纤维复合材料缠绕金属管在三点弯试验下进行横向加载,直至金属管发生塌陷形变,获取试验数据,根据实验数据计算碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度;步骤S2.根据试验数据和等效屈服强度建立碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型M=M(θ),其中,M表示曲弯矩,θ表示旋转角;步骤S3.根据理论模型通过积分方式获取吸能量。对碳纤维复合材料缠绕金属管进行三点弯试验,其分布具体布置如图2所示。横向载荷的加载速率为10mm/min,加载长度为40mm。加载辊和支持辊直径均为15mm,支撑辊的跨距为250mm,碳纤维复合材料缠绕金属管的采样长度为300mm。碳纤维复合材料缠绕金属管的缠绕方式为[90°/±45°/90°],碳纤维复合材料缠绕钢管的几何参数和材料性能参数见表1和表2。金属管采用钢管。表1碳纤维复合材料缠绕金属管的几何参数表2材料参数根据试验数据计算碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度前先要确定其中碳纤维复合材料的屈服强度,其计算表达式为:式中,α是碳纤维复合材料的第i层缠绕角度,tci[α]是碳纤维复合材料的第i个缠绕层厚度,σ1和σ2分别是平行于碳纤维复合材料纤维和垂直于碳纤维复合材料纤维的强度,τ12是碳纤维复合材料的面内剪切强度。碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度计算表达式为:式中,tm和tc分别为金属管的厚度和碳纤维复合材料的厚度,σm为金属管的屈服强度,σc为碳纤维复合材料的屈服强度,ε为真应变,K为应变强度系数,n为应变硬化指数,E是金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法,其特征在于,具体包括以下步骤:S1.对碳纤维复合材料缠绕金属管在三点弯试验下进行横向加载,直至金属管发生塌陷形变,获取试验数据,根据实验数据计算碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度;S2.根据试验数据和等效屈服强度建立碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型M=M(θ),其中,M表示曲弯矩,θ表示旋转角;S3.根据理论模型通过积分方式获取吸能量W,其计算表达式为:W=∫M(θ)dθ。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法,其特征在于,具体包括以下步骤:S1.对碳纤维复合材料缠绕金属管在三点弯试验下进行横向加载,直至金属管发生塌陷形变,获取试验数据,根据实验数据计算碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度;S2.根据试验数据和等效屈服强度建立碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型M=M(θ),其中,M表示曲弯矩,θ表示旋转角;S3.根据理论模型通过积分方式获取吸能量W,其计算表达式为:W=∫M(θ)dθ。2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法,其特征在于,所述的碳纤维复合材料缠绕金属管弯曲理论模型具体如下;弹塑性阶段:其中,M为弹塑性阶段的弯曲力矩,L0为试验装置跨距长度,θ为弹塑性阶段圆管的旋转角,D0为混合管外径,σ0为碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度,Eh为碳纤维复合材料缠绕金属管的弹性模量,Ih为碳纤维复合材料缠绕金属管的截面惯性矩;截面椭圆化平稳阶段:Mu=3σ0tR2,其中,Mu为极限力矩,θoval为椭圆化转角,R为碳纤维复合材料缠绕金属管的外半径,t为碳纤维复合材料缠绕金属管的总厚度;结构塌陷阶段:M0=4σ0R2t其中,M0为圆管未变形时截面的全塑性弯矩,Ф是圆管变形时的机构角,H是圆管塑性折叠区长度,r是圆管变形时的滚动半径。3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法,其特征在于,碳纤维复合材料缠绕金属管的等效屈服强度计算表达式为:式中,tm和tc分别为金属管的厚度和碳纤维复合材料的厚度,σm为金属管的屈服强度,σc为碳纤维复合材料的屈服强度,ε为真应变,K为应变强度系数,n为应变硬化指数。4.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料缠绕金属管的吸能量检测方法,其特征在于,碳纤维复合材料的屈服强度计算表达式为:式中,α是碳纤维复合材料的第i层缠绕角度,tci[α]是碳纤维复合材料的第i个缠绕层厚度,σ1和σ2分别是平行于碳纤维复合材料纤维和垂直于碳纤维复合材料纤维的强度,τ12是碳纤维复合材料的面内剪切强度。5.一种碳纤维复合材料缠绕金属管...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙佳睿马其华董柏岩陈涛
申请(专利权)人:上海工程技术大学
类型:发明
国别省市:上海,31

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1