實(shí)驗(yàn)和理論方法比較TWB和CR420/CFRP復(fù)合材料中心柱增強(qiáng)體的碰撞試驗(yàn)結(jié)果

車輛中心支柱的增強(qiáng)材料由鋼板拼焊板（TWBs）和CR420鋼/碳纖維增強(qiáng)塑料（CR420/CFRP）混合復(fù)合材料形成。成型后進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，評估由TWB和CR420/CFRP混合復(fù)合材料制成的中柱加固件的斷裂韌性。CR420/CFRP混雜復(fù)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(shí)驗(yàn)碰撞結(jié)果與計(jì)算機(jī)輔助工程仿真進(jìn)行比較,提供二次認(rèn)證。詳細(xì)的結(jié)果使用Abaqus/Explicit軟件進(jìn)行分析。由于TWB的彈性模量高于CR420/CFRP復(fù)合材料的彈性模量，因此CR420/CFRP混合復(fù)合材料的沖擊時(shí)間比TWB的沖擊時(shí)間更長。因此，在進(jìn)行CR420/CFRP復(fù)合材料的碰撞試驗(yàn)時(shí)，沖擊或受到的沖擊較大。當(dāng)TWB換成下一代CR420/CFRP復(fù)合材料時(shí)，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(shí)間、斷裂韌性和沖擊速度的變化進(jìn)行評估，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。

在制造TWB時(shí)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(huán)氧重量為35%的熱固性樹脂。在本研究中，為了提高強(qiáng)度重量比和斷裂韌性，將CFRP堆疊在具有優(yōu)良伸長率的CR420鋼板上，而不是在高強(qiáng)度鋼板上 采用雙相鋼或硼鋼。在混合復(fù)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(biāo)測量機(jī)測量的ARAMIS數(shù)據(jù)。在斷裂之前進(jìn)行拉伸測試發(fā)生在每個測試樣本中。試驗(yàn)在無潤滑條件下進(jìn)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(yīng)變，并且應(yīng)用斷裂機(jī)制。顯示了拉伸測試后獲得的FLD曲線。次要的和主要的應(yīng)變數(shù)據(jù)被應(yīng)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(qiáng)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(jī)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(dá)到140℃。每個中柱加強(qiáng)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(fù)合材料制成的中柱加強(qiáng)件在完成穿孔和修邊后成形工藝后的結(jié)果比較。由TWB制成的中柱加固件的重量為1,487g，而由CR420/CFRP復(fù)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(qiáng)件輕了44%。

將準(zhǔn)備好的中柱加強(qiáng)件固定在夾具上后，通過從800mm的高度落下160kg的沖頭進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。測試過程中產(chǎn)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(jié)果：

1.證實(shí)在碰撞試驗(yàn)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(yàn)和參照和比較所獲得數(shù)據(jù)非常相似的結(jié)果。

2.在t=0.021s時(shí)與TWB碰撞時(shí)的沖頭速度為0，而在t=0.027s時(shí)CR420/CFRP復(fù)合材料的沖頭速度為0。這個時(shí)間差證實(shí)復(fù)合材料的強(qiáng)度低于TWB中心柱強(qiáng)化部分強(qiáng)度，延遲沖擊時(shí)間0.006秒。

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