可在线涂装的“碳纤维/钢”复合结构汽车B柱分总成的研发

为提高汽车安全性和轻量化水平,开发了一种可在线涂装的“碳纤维/钢”复合结构B柱分总成,该分总成包括钢制B柱加强板和碳纤维增强复合材料(CFRP)B柱中部支撑板,采用结构胶粘接而成。研究了真空袋压与热压罐成型工艺对CFRP层压板涂装前后性能的影响,并对“碳纤维/钢”的粘接强度、B柱分总成的刚度和强度等力学性能进行了研究,结果表明,复合结构B柱分总成在涂装前后的性能均优于传统钢制总成,CFRP中部支撑板减重64.1%。     

预应力碳纤维板加固T梁的试验与理论研究

针对已有研究成果中试件尺寸偏小的不足,对3根预应力碳纤维板加固的大尺寸T形受弯构件实施静力破坏试验,并比较预应力加固与传统加固两种加固方式的技术效果,考察预应力技术对碳纤维加固效率的影响,分析采用预应力碳纤维加固对构件截面性能的影响,在此基础上推导及提出预应力碳纤维加固受弯构件的界限补强率以及极限承载力的计算公式.试验结果表明:预应力碳纤维加固可显著地提高受弯构件的承载能力,有效增大碳纤维材料的强度利用效率,改善构件的正截面应力分布,从而使构件具有较传统加固技术更优越的受力性能.     

基于抗撞性的汽车B柱碳纤维加强板优化设计

考虑到碳纤维增强聚合物基复合材料的特点,本文中将某乘用车B柱原钢材加强板用碳纤维材料替代,并进行优化。首先在整车侧面碰撞有限元模型的基础上进行B柱子结构模型的解耦,利用子结构动态模型进行了B柱加强板的材料替换和性能计算,确定了初始纤维板铺层和厚度;为充分发挥复合材料可设计性的优势,采用面向复合材料的结构优化方法进行了纤维复合材料的铺层厚度、角度和铺层顺序优化。对比原车结构,在抗撞性不变的前提下,碳纤维B柱加强板取得显著的轻量化效果。     

碳纤维复合材料汽车B柱中部支撑板设计与分析

通过对碳纤维复合材料(CFRP)结构设计及流程进行了简单论述,以汽车B柱中部支撑板为研究对象进行碳纤维零部件优化设计,并对其进行零部件级仿真分析和整车侧面碰撞性能分析。综合对比所有分析工况结果和金属中部支撑板重量减重55%情况,碳纤维复合材料轻量化设计方案的B柱中部支撑板达到了最佳的减重指标。     

基于顶压及侧碰简化模型的轿车车身B柱结构优化设计

综合考虑车顶强度和侧面碰撞的安全性能,对某轿车的B柱结构进行优化设计。基于顶压和侧碰的简化模型对B柱内板分成上下两部分进行焊接,将其高强度钢选型和厚度作为离散设计变量,同时对材料成本、车顶最大承载作用力、B柱侵入速度和侵入量进行约束,建立B柱结构优化的数学模型。采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法对B柱拼焊板结构进行优化设计。结果表明:在优化计算效率大大提高的同时,材料成本降低了8. 0%,B柱结构总质量降低了19. 3%,B柱侵入速度、侵入量分别减小了5. 6%和3. 5%,车顶承载能力提高了17. 3%,有效提高了车顶强度和侧面碰撞的安全性能。     

碳纤维复合材料在汽车前地板下纵梁加强板应用初探

为了探究碳纤维复合材料在结构件上应用的可行性,选取前地板下纵梁加强板作为研究对象,分别选取了两套树脂体系(低温型碳纤维增强树脂基复合材料及高温型碳纤维增强树脂基复合材料)进行了对比试验。通过此项目掌握了车用碳纤维复合材料应用于前地板下纵梁加强板的主要性能评价方法。也对今后考虑碳纤维在线涂装随车身过烘干炉以及实现与金属车身的粘接提供了一些借鉴思路。     

无中顶横梁车身B柱结构设计

本文对无中顶横梁车身B柱加强板总成结构设计进行了研究。分析了市场变化对车身设计的影响。研究了B柱加强板总成结构特点,针对6种设计方案进行成本重量、结构、工艺等对比分析。进而通过CAE仿真分析,改进结构设计。最后根据设碰撞安全法规对结构设计进行优化,论证设计可行性。本文研究的无中顶横梁车身B柱加强板结构设计,满足碰撞法规要求;结构设计合理;车身强度和扭转刚度以及吸能溃缩形式良好。     

预应力混凝土空心板桥梁加固方法对比分析

为了研究对预应力混凝土空心板桥加固后,结构刚度、延性及抗裂性能的变化,对比分析不同加固方法对结构力学性能的影响,利用Ansys软件,分析采用不同方法加固后的结构响应。结果表明:粘贴钢板对空心板承载能力提高最大,碳纤维加固法对结构延性提高最为明显,增大截面加固法对抑制结构裂缝最为有效。     

帽形截面薄壁焊接结构轴向耐撞性的优化设计方法研究

以帽形截面薄壁梁为例,研究了焊点布局对薄壁梁结构轴向耐撞性的影响。建立了精度较高的用于分析薄壁梁结构轴向耐撞性的有限元模型,提出了考虑焊点影响的帽形截面薄壁梁在轴向冲击载荷作用下的平均碰撞力的解析解,并以薄壁梁结构的轴向平均碰撞力和弯曲刚度为约束条件,对一帽形截面薄壁梁进行了轻量化设计,大幅提高了优化设计的效率。讨论了一些重要参数(如截面形状、材料性能、载荷形式等)对薄壁梁结构轴向耐撞性能的影响。     

截面形状不同对钢箱短柱弱轴方向最大承载力N-M相关曲线的影响

为了探明截面形状不同对带有加劲肋钢箱型截面短柱弱轴方向最大承载力N-M关系曲线的影响,为该类结构设计提供科学的理论依据和基础。本文采用有限元分析方法,对带有加劲肋钢箱型截面构件在轴压和弱轴方向弯矩共同作用下的弹塑性性能进行研究。研究中,变化箱型截面宽厚比RR和长宽比L/B设计参数,建立20个有限元模型。为了探明各设计参数对钢箱型截面短柱弱轴方向最大承载力N-M关系曲线的影响,加载时考虑轴压和弯矩加载速率比β为0,1/3,1,3,∞等5种加载工况。研究表明:宽厚比RR对钢箱型截面短柱弱轴方向压弯最大承载力N-M相关曲线影响较大,RR越小结构的压弯最大承载力越大;L/B对压弯构件弱轴方向的N-M相关曲线也有一定的影响,随着L/B的增加,结构压弯最大承载力变小。     

不同锚固方案下CFRP板增强混凝土板梁力学性能研究

为了研究碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)板增强钢筋混凝土板梁的力学性能,基于CFRP板的混合锚固提出了改进的混合锚固方案(Improved Hybrid Bonding,IHB),并采用该种锚固方案对不同附加锚固位置下对增强梁受弯性能的影响展开了研究.采用了三点弯曲的加载方法对CFRP板增强梁进行了性能试验,采用有限元软件ABAQUS对试验梁进行了数值分析,并引入了不用界面本构模型来模拟附加锚固措施的各种边界条件.从试件破坏形态、裂缝扩展状况、荷载挠度关系、CFRP板—混凝土界面剪应力等方面,对比分析了试验结果和有限元模拟结果.研究表明,采用本文提出的IBH附加锚固方案可有效提高钢筋混凝土结构的承载能力,且当采用与试件F—B相同锚固位置时混凝土梁的承载能力更高;IHB—CFRP板增强结构的界面剥离破坏表现为表层混凝土的剥离,且主要集中在跨中锚固件位置附近.     

车身碳纤维接头结构横向弯曲性能研究

通过试验获取车身单帽型碳纤维增强复合材料T型接头的横向弯曲关键性能,分析结构失效模式对试验结果的影响;对试验过程进行有限元模拟,并与试验结果对比;在调整结构尺寸参数和铺层数目时,计算结构横向弯曲性能与质量的相对灵敏度。试验结果表明,层合板渐进损伤引起T型接头横向弯曲刚度衰减,T型接头下表面大面积失效导致结构最终失去承载能力;有限元分析结果与试验结果基本吻合;灵敏度分析结果显示,合理增大尺寸参数R和H,可以较小的质量增大代价获得明显的结构性能提升。     

锈蚀钢筋混凝土圆柱加固后的抗震性能

通过试验研究了利用加大截面和碳纤维布包裹复合加固后的锈蚀圆柱的抗震性能,研究变量包括钢筋锈蚀程度、轴向荷载大小以及碳纤维布包裹层数。根据试验结果编制程序,对复合加固锈蚀柱的骨架曲线进行了数值模拟,并分析了轴压比、碳纤维布用量、锈蚀量和加固钢筋用量对加固效果的影响。结果表明:碳纤维布包裹与增大混凝土截面复合加固锈蚀钢筋混凝土构件是一种有效的方法,改善了试件的延性,提高了加固试件的极限承载力和耗能能力,与仅用增大截面加固的试件相比,复合加固试件抗震性能改善明显;提出的骨架曲线确定方法,可用于锈蚀钢筋混凝土结构加大截面和碳纤维布复合加固后的地震时程分析。     

钢桁拱变截面带肋箱形压杆稳定性试验研究

大跨度钢桁拱桥为适应拱肋结构受力特点,其拱肋区域杆件采用了变截面带肋箱形杆件。各国钢结构设计规范对此类特殊结构形式的变截面压杆并无明确的规定,为验证设计可行性,研究变截面带肋箱形压杆的极限承载力,设计了一个变截面箱形压杆试件,进行了箱形压杆的极限承载力试验及理论计算。研究表明,对长细比小于50(按小截面端计)的箱型变截面杆件,在稳定性验算时建议可采用小截面端的截面属性进行验算,在变截面位置应设置横隔板或加劲肋,以提高板件的局部稳定。     

不同工艺激光拼焊硼钢板热冲压性能研究

文章以Al-Si镀层热成形硼钢板为母材,分别采用半剥层激光拼焊(partialablation)和不剥层直接填丝焊(noablation,withfillingwire)工艺制成拼焊板(TWB),研究两种拼焊板焊缝区域的力学性能、硬度和冲击韧性,并应用量产热冲压模具进行了B柱试冲,对冲压后B柱的焊缝区性能和三点弯曲性能进行了比较。研究表明:无论是半剥层激光拼焊还是不剥层直接填丝焊激光拼焊,其焊缝区域力学性能均不弱于母材,冲压后B柱零件的抗弯曲性能也与无焊缝的B柱量产零件相当。     

预应力混凝土空心板加固试验研究

＂单板受力＂是目前中小跨径桥梁的主要病害,分别对空心板相关指标以及结构理论承载能力等进行计算和理论分析,并通过原板未加固荷载试验和采用粘贴碳纤维补强加固对比荷载试验,结果表明,采用粘贴碳纤维加固补强与原结构共同受力性能良好,显著提高结构极限承载能力和开裂荷载。结合有限元思想结构进行内力分析,论证了目前中小跨径桥梁,基于＂单板受力＂采用这种加固方法加固的实用性和可靠性。     

带板肋的钢-UHPC轻型组合桥面板计算与试验研究

为解决钢混结合段区域U形加劲肋传力不流畅,受力以及施工复杂等问题,提出一种新型的带板肋的超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面板,通过有限元分析将其抗疲劳性能与带U肋超高性能组合桥面板进行对比分析研究,并进一步对该结构在负弯矩作用下的承载能力,UHPC层的开裂应力,破坏模式以及荷载挠度关系进行实桥足尺模型试验研究。结果表明:(1)板肋组合桥面结构在疲劳性能上有更大优势,其在疲劳细节2,3,4上的应力幅均大大低于U肋组合结构;(2)足尺模型试验得到板肋轻型组合桥面结构的开裂应力为20.1 MPa略低于U肋轻型组合结构23.6 MPa;(3)板肋组合结构的破坏模式均为加劲肋屈服导致结构丧失承载能力而发生破坏,而U肋组合结构的破坏模式为横隔板屈曲失稳破坏于工程应用不利;     

带有加劲肋钢箱截面短柱强轴方向压弯最大承载力N-M相关曲线的研究

随着我国千米级大跨度桥梁建设的增多,钢箱型截面加劲梁在桥面系结构中的应用越来越广泛。探明带有加劲肋钢箱型截面短柱压弯构件最大承载力N-M关系将对该类结构设计提供科学的理论依据和基础。为此本文采用有限元分析方法,对带有加劲肋钢箱型截面构件在轴压和强轴方向弯矩共同作用下的受力性能进行研究。研究中,考虑箱型截面宽厚比RR和长宽比L/B两个设计参数,模型分析时考虑轴压和弯矩共同加载时的速率比β为0,1/3,1,3,∞等5种加载工况,共建立100个有限元模型。研究表明:宽厚比RR对钢箱型截面压弯构件最大承载力N-M相关曲线影响较大,RR越小结构最大承载力N-M相关曲线越大;L/B对压弯构件强轴方向的N-M相关曲线影响较小,可以忽略。通过最小二乘法统计分析,给出了RR与N-M相关曲线之间的经验公式。     

考虑结构、材料和工艺要求的复合材料B柱优化

为实现汽车轻量化,提高汽车耐撞性,并考虑汽车B柱结构形式和材料特性,采用了一种复合材料B柱削层结构。利用复合材料可通过削层工艺方便地实现变截面厚度的特性,分两步对复合材料B柱削层结构进行了多目标的优化。首先,通过分析B柱结构形式确定削层区域,以轻量化为目标,构建代理模型并采用多岛遗传算法进行优化,得到各个子层区域的铺层层数。然后,综合考虑削层结构的工艺和性能特点,研究不同铺层角度和铺层顺序对耐撞性的影响,确定了铺层最佳方案。最终结果表明,在满足工艺要求的条件下,复合材料B柱结构的质量减轻了61.4%,并提升了整车在顶压和侧面碰撞中的耐撞性。     

碳纤维加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过对2片钢筋混凝土梁、6片用碳纤维布加固的钢筋混凝土梁的模型试验研究,分析试验梁在循环荷载作用下梁体顶面应变、受拉区钢筋应变、碳纤维布的受力特点、跨中截面抗弯刚度、梁体裂缝等.研究结果表明,钢筋混凝土梁用碳纤维布加固后,在经过200万次循环荷载作用后,其强度与抗弯承载能力明显提高,且随粘贴层数的增加,其承载能力提高的幅度也增大.由此可知,碳纤维布与混凝土的共同工作性能良好,满足抗疲劳要求.