橫向壓潰載荷下碳纖維纏繞薄壁鋼管的失效分析
關(guān)鍵詞：三點(diǎn)彎曲 纏繞層數(shù) 纏繞順序 吸能特性
摘要：采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方法分析了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)纏繞鋼(Steel)圓管在橫向準(zhǔn)靜態(tài)載荷下的彎曲破壞行為。選取五種纏繞層數(shù)或順序不同的Steel/CFRP混合管分析其受彎失效歷程、失效模式以及吸能特性。結(jié)果表明:各混合管受橫向載荷的失效歷程基本與純鋼管保持一致,失效模式由鋼管的穩(wěn)定塌陷模式所主導(dǎo),但纖維纏繞方式不同,失效形貌略有差異。在混合管的吸能特性方面,隨著纏繞層數(shù)的增加,混合管的比吸能逐漸增大;±45°纖維的纏繞順序分布對(duì)于其吸能特性影響較顯著。相比增加纏繞層數(shù)而言,合理的纏繞順序設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)更好的吸能特性提升,其中Steel/CFRP[±45°/90°/90°] 2 的混合管比吸能最好,比純鋼管提高了41.37%。在此基礎(chǔ)上,采用與試驗(yàn)一致性較好的有限元模型分析了混合管復(fù)合材料各層受載作用下的Von-Mises應(yīng)力分布,證明了不同纏繞角度對(duì)于應(yīng)力承擔(dān)量的不同作用,為改進(jìn)纖維纏繞方式提供了依據(jù)。
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