高强度钢与碳纤维混杂复合材料及力学性能分析

性能分析与控制

高强度钢与碳纤维混杂复合材料及力学性能分析

汽车工业越来越重视可以提高汽车安全性和燃油效率的环境友好型材料的应用。随着对生产设备效率要求的提高，其所需的技术也在不断发展，已有许多研究者对材料的成型过程进行了研究。美国Fan等人在研究采用先进高强度钢制造零件的方法；加拿大Karbasian介绍了热冲压过程的影响因素；德国Stöhr T对燃油效率进行了研究，通过使用拼焊板和局部淬火技术减轻车辆质量等。

为了符合环保法规，汽车公司开始研究环保型汽车（如电动汽车、燃料电池汽车）。为实现环保型汽车轻量化，采用了一些新技术（如激光拼焊高强度钢技术），这样汽车部件就可以采用高强度钢、碳纤维混杂复合材料等。碳纤维增强复合材料（CFRP）具有极好的强度，且质量较轻。然而，该复合材料低伸长率和低断裂韧性制约了其在汽车零部件上的应用。为了克服这些限制，美国El-Tawil等人对碳纤维与金属混杂复合材料的断裂模式进行研究。研究中，基于ABAQUS软件将材料断裂机制应用于分析板材成形模拟数据。将拉伸试样和ARAMIS裂隙试样分别通过一个三维（3D）坐标测量机进行拉伸试验，然后在无润滑条件下进行测试，裂缝敏感负荷为0.01t，最终得到断裂机制。

研究使用的平纹碳纤维材料是用预浸布（0.25mm厚）和初始环氧量为35%的树脂层叠成碳纤维布。研究中，将碳纤维材料取代DP钢和硼钢板堆放在CR420钢板上，以增加强度与质量比值。试验流程为：①未成型零件拉伸试验；②成型零件拉伸试验；③碳纤维材料和CR420材料加固后试验；④碳纤维钢板和CR420材料加固后软件模拟；⑤三点弯曲试验；⑥拉伸试验。

用两种CAE方法确定最合适的碳纤维材料增强CR420钢板方法：①将碳纤维堆叠到CR420钢板上；②将CFRP堆叠到预制CR420钢板上。对这两种方法进行评价，并进行实际试验，最终得到基于CAE最合适的模具制造方法，及碳纤维/CR420混杂复合材料板件的最佳成型工艺。

刊名：Sciencedirect on Composite Structures（英）

刊期：2017年第3期

作者：Min-sik Lee

编译：徐嘉浩