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基于纖維纏繞的汽車空間框架聯(lián)接方法

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

影響纖維纏繞聯(lián)接結(jié)構(gòu)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(gè)變量對結(jié)構(gòu)性能的影響，采用圖1中纖維纏繞機(jī)將2根導(dǎo)管以90°T型接頭聯(lián)接在一起，以保證聯(lián)接結(jié)構(gòu)的有效性。需要注意的是，曲面上的纏繞路徑應(yīng)當(dāng)位于其短程線（曲面上2點(diǎn)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(lián)接樣件進(jìn)行拉伸測試，由應(yīng)力應(yīng)變曲線可知，載荷達(dá)到30kN之前，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，之后斜率降低直至40kN處樣件出現(xiàn)第1次損壞，峰值負(fù)荷可達(dá)48kN。

只有最優(yōu)化地利用繞線纖維的抗拉強(qiáng)度才能使聯(lián)接結(jié)構(gòu)的剛度達(dá)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?fù)鋬?yōu)化方法確定每圈繞線的繞線角度。仿真得到的應(yīng)力隨應(yīng)變線性增加直至結(jié)構(gòu)失效，與實(shí)際拉伸試驗(yàn)相比未出現(xiàn)第1次損壞。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，T型接頭的一端存在法蘭，使得繞線的曲率在某些點(diǎn)處產(chǎn)生突變。這一現(xiàn)象導(dǎo)致繞線纖維還受到了切向應(yīng)力的作用，加劇了微觀結(jié)構(gòu)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