多尺度材料模型的應用

Alan R.Wedgewood et al. SAE 2014-01-0961.

編譯：張?zhí)K鐵

質(zhì)量較輕的高分子復合材料取代較重的金屬材料在汽車領域得到了廣泛應用。改善燃油效率和減少碳排放作為解決交通運輸行業(yè)的重要趨勢，使得設計靈活、以及方便制造和零件裝配的高分子復合材料得到了快速發(fā)展。由于汽車零部件在乘員和行人的碰撞安全中扮演著重要角色，因此汽車行業(yè)對零部件材料具有嚴格的碰撞安全要求和動態(tài)高速性能，采用聚合物復合材料的高精度材料模型是用來預測汽車零部件行駛安全行為和故障發(fā)生率的重要途徑。杜邦公司采用輕質(zhì)復合材料技術(shù)，將注射成型纖維增強塑料與模壓編織復合材料結(jié)合到一起，為汽車碰撞安全提供了一種經(jīng)碰撞吸能性能測試的良好替代品，避免了耗資巨大的碰撞試驗損失。

多尺度材料模型可以有效利用纖維增強塑料和編織復合材料各向異性的特點，善于捕捉碰撞過程中非線性應變率的變化，降低試驗過程中出現(xiàn)故障的機率。復合材料即是通過兩種或兩種以上材料的組合來實現(xiàn)材料性能的提升，其性能主要取決于材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括纖維量的分布以及纖維的方向。通過建立微觀尺度上的聚合物纖維模型來預測整個復合材料在宏觀上的性能表現(xiàn)。通過有限元仿真結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)的對比，不斷得到復合材料的真實行為表現(xiàn)，縮短車輛開發(fā)的周期，減輕質(zhì)量，降低成本。