碳纤维缠绕复合铝圆管轴向压溃力学性能研究

复合材料科学与工程 ›› 2020, Vol. 0 ›› Issue (2): 5-9.

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碳纤维缠绕复合铝圆管轴向压溃力学性能研究

崔政粱¹, 刘强^1,2*, 赖丽萍³

1.中山大学智能工程学院,广州510006;
2.广东省轻量化电动汽车工程实验室,东莞523000;
3.赣州师范高等专科学校,赣州341000

收稿日期:2019-05-28 出版日期:2020-02-28 发布日期:2020-02-28
通讯作者: 刘强(1981-),男,博士,教授,主要从事结构轻量化和安全方面的研究,Liu5168198110@126.com。
作者简介:崔政粱(1995-),男,硕士,主要从事结构轻量化方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(51675540);广东特支计划人才项目(2015TQ01X371);东莞市社会科技发展重点项目(20185071551596)

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF THE CFRPFILAMENT WINDING HYBRID TUBES UNDER AXIAL CRUSHING

CUI Zheng-liang¹, LIU Qiang^1,2*, LAI Li-ping³

1.School of Intelligent Systems Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China;
2.Guangdong Light-weight Electric Vehicle Engineering Laboratory, Dongguan 523000, China;
3.Ganzhou Teachers College, Ganzhou 341000, China

Received:2019-05-28 Online:2020-02-28 Published:2020-02-28

摘要/Abstract

摘要： 车载储氢气瓶的主要组成部分包括铝合金和缠绕碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plasti,简称“CFRP”)。本文采用准静态轴压的实验方法研究了碳纤维缠绕复合管的破坏模式和纤维角度对复合管耐压性的影响,并将复合管和单独铝管的性能进行了对比。研究发现:所制备样件的外层纤维壁破坏表现为纤维的渐进式脆性断裂模式,内层铝壁破坏主要表现为金刚石模式;纤维缠绕角度在30°到60°范围内,复合管的峰值力随着碳纤维缠绕角度的增大而减小,碳纤维缠绕角度为45°的复合管具有最高的总吸能、比吸能率和压缩力效率;复合管的吸能主要来源于铝合金、碳纤维本身的变形以及碳纤维和铝合金的相互作用。研究表明,缠绕纤维和铝合金之间的相互作用能显著改善单独铝管的耐压性能。

关键词: 纤维缠绕, 复合管, 碳纤维, 轴向压溃

Abstract: The main components of hydrogen storage vessel for vehicle include aluminum alloy and CFRP. This paper aims to study the failure modes of filament winding CFRP/aluminum tubes and the influence of the winding angle on the crashworthiness characteristics through the quasi-static axial compression tests. The characteristics has been compared between the single aluminum tube and hybrid tubes. It is found that the outer fiber shows the progressive brittle fracture mode and the inner aluminum failure is mainly the diamond mode. When the winding angle ranges from 30° to 60°, the PCF of all the specimens decreases while increasing the winding angle and the hybrid tubes with the winding angle of 45° have the highest EA, SEA and CFE. The energy absorption of the hybrid tubes mainly comes from the aluminum, the deformation of the CFRP and the interaction between them. This study indicates that the interaction between the CFRP and aluminum could improve the crashworthiness of single aluminum tube effectively.

Key words: filament winding, hybrid tubes, CFRP, axial compression

中图分类号:

TB332

崔政粱, 刘强, 赖丽萍. 碳纤维缠绕复合铝圆管轴向压溃力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(2): 5-9.

CUI Zheng-liang, LIU Qiang, LAI Li-ping. EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF THE CFRPFILAMENT WINDING HYBRID TUBES UNDER AXIAL CRUSHING[J]. Composites Science and Engineering, 2020, 0(2): 5-9.

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碳纤维缠绕复合铝圆管轴向压溃力学性能研究

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF THE CFRPFILAMENT WINDING HYBRID TUBES UNDER AXIAL CRUSHING

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