實驗和理論方法比較TWB和CR420/CFRP復合材料中心柱增強體的碰撞試驗結果

車輛中心支柱的增強材料由鋼板拼焊板（TWBs）和CR420鋼/碳纖維增強塑料（CR420/CFRP）混合復合材料形成。成型后進行碰撞試驗，評估由TWB和CR420/CFRP混合復合材料制成的中柱加固件的斷裂韌性。CR420/CFRP混雜復合材料的中柱加固件比TWB加固件的中柱加固件更輕，CR420/CFRP斷裂韌性也有所提高。將實驗碰撞結果與計算機輔助工程仿真進行比較,提供二次認證。詳細的結果使用Abaqus/Explicit軟件進行分析。由于TWB的彈性模量高于CR420/CFRP復合材料的彈性模量，因此CR420/CFRP混合復合材料的沖擊時間比TWB的沖擊時間更長。因此，在進行CR420/CFRP復合材料的碰撞試驗時，沖擊或受到的沖擊較大。當TWB換成下一代CR420/CFRP復合材料時，汽車的重量減輕了大約44%，而沖量提高了大約10.0%。在這個模擬中，對沖擊時間、斷裂韌性和沖擊速度的變化進行評估，并與實驗結果基本一致。

在制造TWB時使用的是厚度為2mm和3mm的CR420（冷軋鋼）板。本研究中使用的CFRP是一種來自Toray的平紋組織的碳纖維。一片半固化片的厚度為0.25mm，使用初始環氧重量為35%的熱固性樹脂。在本研究中，為了提高強度重量比和斷裂韌性，將CFRP堆疊在具有優良伸長率的CR420鋼板上，而不是在高強度鋼板上 采用雙相鋼或硼鋼。在混合復合材料的情況下，將8個層的CFRP堆疊在CR420鋼板的1.4mm厚度上。

用于拉伸測試的鋼是CR420，顯示了拉伸測試樣品和拉伸測試后通過三坐標測量機測量的ARAMIS數據。在斷裂之前進行拉伸測試發生在每個測試樣本中。試驗在無潤滑條件下進行，斷裂檢測載荷為0.01噸。使用ARAMIS在斷裂的試樣上獲得主要和次要的應變，并且應用斷裂機制。顯示了拉伸測試后獲得的FLD曲線。次要的和主要的應變數據被應用于模擬，而處于0.1毫米的破壞演化值被定義為斷裂值。

兩種類型的中柱加固是通過沖壓制成的。首先，通過焊接2t和3t CR420用TWB材料制備中柱加強件。其次，CFRP為0.25毫米，將8層=1.76mm（固化后的厚度）堆疊在CR420的1.4mm上。用于成形的壓力機的容量為5000噸，在上下模具上形成一個孔。模具使用筒式加熱器加熱，直到溫度達到140℃。每個中柱加強件在壓縮超過0.5MPa后制備并固化30分鐘。顯示了TWB和CR420/CFRP復合材料制成的中柱加強件在完成穿孔和修邊后成形工藝后的結果比較。由TWB制成的中柱加固件的重量為1,487g，而由CR420/CFRP復合材料制成的中柱加固件的重量為830g，比TWB制成的中柱加強件輕了44%。

將準備好的中柱加強件固定在夾具上后，通過從800mm的高度落下160kg的沖頭進行沖擊試驗。測試過程中產生的總勢能為1254 J，沖擊前沖擊速度忽略空氣阻力約為3.95 m/s。

獲得以下結果：

1.證實在碰撞試驗中使用了CR420和CFRP的物理性能，并且通過比較，模擬顯示與試驗和參照和比較所獲得數據非常相似的結果。

2.在t=0.021s時與TWB碰撞時的沖頭速度為0，而在t=0.027s時CR420/CFRP復合材料的沖頭速度為0。這個時間差證實復合材料的強度低于TWB中心柱強化部分強度，延遲沖擊時間0.006秒。

3.當TWB換成下一代CR420/CFRP復合材料時，汽車的重量減輕了大約44%，而脈沖改善了大約10.0%。