复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁压溃特性分析方法

摘要

本发明公开了复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁压溃特性分析方法，为克服车身抗撞性概念设计阶段由于缺乏详细结构的几何模型而无法使用有限元方法或试验方法进行薄壁梁压溃性能分析的问题，步骤：1.推导无复合材料包裹的中空十二直角薄壁梁平均压溃反力解析表达式；2.简化纤维增强复合材料应力应变曲线：拉伸时，应力应变关系表现为线性，直到拉断为止；压缩时，屈服之后应力维持某一水平不变；3.计算纤维增强复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁的塑性极限弯矩和极限屈服膜应力；4.修正纤维增强复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁的有效压溃距离和最终折叠角度；5.推导纤维增强复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁平均压溃反力解析表达式。

主权项

一种复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁压溃特性分析方法，其特征在于，所述的复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁压溃特性分析方法的步骤如下:1)推导无复合材料包裹的中空十二直角薄壁梁平均压溃反力P₁₂表达式：$P_{12}=68.428{\left(\frac{l}{h}\right)}^{1/3}{M}_0;---\left(14\right)$式中：l为薄壁梁截面周长，单位为mm，h为薄壁梁壁厚，单位为mm，M₀为单位长度塑性极限弯矩，单位为N；2)简化纤维增强复合材料应力应变曲线；所述的分析方法中只选取纤维方向沿金属薄壁梁周向即纤维方向与金属薄壁梁轴向夹角90度包裹的薄壁梁作为研究对象；通过材料试验获得E玻璃纤维增强环氧树脂玻璃纤维增强复合材料应力应变曲线并将其简化；即该纤维增强复合材料在拉伸状态下应力应变关系表现为线性，直到拉断为止；在压缩时，应力应变关系表现接近塑性金属材料，即在屈服之后应力维持某一水平不变；3)计算纤维增强复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁的塑性极限弯矩和极限屈服膜应力；(1)塑性极限弯矩M₀′的表达式为：${M_0}^{\prime }=C\frac{{\sigma }_m{h}_m^2}{4}---\left(17\right)$其中：$C=\frac{1}{2}[2+2\frac{{\sigma }_c{h}_c}{{\sigma }_m{h}_m}+2\frac{{\sigma }_c{h}_c^2}{{\sigma }_m{h}_m^2}-{\left(\frac{{\sigma }_c{h}_c}{{\sigma }_m{h}_m}\right)}^2]---\left(18\right)$(2)极限屈服膜应力N₀′表示为：N₀'＝σ_mh_m+Y_cth_c   (21)式中：σ_m为金属材料的屈服应力，σ_c为复合材料的垂直纤维方向的压缩屈服应力，单位均为MPa；h_m为金属薄壁梁的厚度，h_c为复合材料管壁的厚度，单位均为mm；Y_ct为复合材料等效拉应力，单位为Mpa；4)修正纤维增强复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁的有效压溃距离δ_ef′和最终折叠角度α_f′；维增强复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁的超折叠单元的有效压溃距离δ_ef′表示为：δ_e'_f＝δ_efε_d＝2H*0.73*ε_d＝1.46Hε_d   (23)纤维增强复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁的超折叠单元的最终折叠角度应为，α_f'＝arccos(1‑ε_d)   (25)式中：δ_ef为无复合材料包裹的中空十二直角薄壁梁的超折叠单元的有效压溃距离，H为折叠半波长，单位为mm，ε_d为纤维增强复合材料周向铺设时影响金属薄壁梁压溃距离的压实应变；5)推导纤维增强复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁平均压溃反力解析表达式；当m＝12时即为纤维增强复合材料包裹的十二直角截面薄壁梁平均压溃反力P₁₂′：${P_{12}}^{\prime }=8.2\frac{{E_1}^{\prime }+{E_2}^{\prime }+{E_3}^{\prime }}{{\mathrm{Hϵ}}_d}---\left(33\right)$式中：H为折叠半波长，单位为mm，E₁′为环形面变形耗散能量，E₂′为沿固定塑性绞线的弯曲变形耗散能量，E₃′为倾斜绞线的变形耗散能量，单位为N·mm。