基于纖維纏繞的汽車空間框架聯接方法

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基于纖維纏繞的汽車空間框架聯接方法

目前，纖維增強塑料的聯接方式主要包括單殼體式、管對管式和套接字式。本文創新性地提出基于纖維纏繞的聯接方法。

影響纖維纏繞聯接結構的主要因素包括樹脂性能、纖維纏繞長度、纖維張力以及纏繞方式。為綜合這幾個變量對結構性能的影響，采用圖1中纖維纏繞機將2根導管以90°T型接頭聯接在一起，以保證聯接結構的有效性。需要注意的是，曲面上的纏繞路徑應當位于其短程線（曲面上2點之間的最短路徑）上，該路徑無摩擦，能夠防止繞線滑移。

對纖維纏繞聯接樣件進行拉伸測試，由應力應變曲線可知，載荷達到30kN之前，應力與應變呈線性關系，之后斜率降低直至40kN處樣件出現第1次損壞，峰值負荷可達48kN。

只有最優化地利用繞線纖維的抗拉強度才能使聯接結構的剛度達到峰值，從而更高效地傳遞外部載荷。為此，采用有限元分析和拓撲優化方法確定每圈繞線的繞線角度。仿真得到的應力隨應變線性增加直至結構失效，與實際拉伸試驗相比未出現第1次損壞。實際結構中，T型接頭的一端存在法蘭，使得繞線的曲率在某些點處產生突變。這一現象導致繞線纖維還受到了切向應力的作用，加劇了微觀結構中的裂紋拓展。

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

刊期：2013年第6期

作者：J.Fleischer et al

編譯：張為榮