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材料科学
Al-CFRP混合管径向冲击作用下的吸能特性评价
为研究碳纤维增强复合材料缠绕薄壁铝管(Al-CFRP)在径向冲击作用下的吸能特性,首先对混合管进行了落锤冲击实验,分析了其破坏模式并通过对比试验与仿真结果,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,通过典型时刻(1、2、4和6ms)内衬Al管和外层CFRP管的变形和应力云图,分析了径向冲击作用下混合管的失效过程与吸能机理。基于验证的有限元模型,进一步讨论了纤维缠绕角度、内衬Al管壁厚和CFRP层数对混合管径向抗冲击性能的影响规律。结果表明,在径向冲击作用下,Al-CFRP混合管的整体刚度和抗变形能力随着纤维角度、Al管壁厚和外层CFRP层数的增加而得到了提升。结合仿真结果的参数化分析,建立了基于COPRAS的混合管综合性能评价模型,采用BP神经网络预测下的GA寻优算法得到了径向冲击作用下综合性能最佳的混合管形式。结果表明,优化后的混合管A20C8S65在吸能效率和综合性能分别提升9.7%和6.2%的同时,降低了20.6%和33.9%的峰值载荷与成本,兼顾了混合管的径向抗冲击性能和材料成本。
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