[发明专利]一种碳纤维材料力学性能仿真标定方法

说明书

本发明创造提供了一种碳纤维材料力学性能仿真标定方法，步骤1:碳纤维单向带和典型铺层测试试样加工，并根据试验要求进行测试和处理试验数据；步骤2:搭建碳纤维仿真模型，并输入步骤1处理得到的数据,进行标定，判断样件仿真得到参数是否合理；步骤3:零部件三点弯曲工况标定，判断三点弯曲仿真得到参数是否合理；步骤4:标定结束，保存材料卡片。本发明创造所述的一种碳纤维材料力学性能仿真标定方法明确了仿真标定中各工况的顺序和要求，可以显著降低碳纤维复合材料的标定难度，缩短项目开发周期，通过两次标定可以提高材料卡片在整车中的标定精度，减少不必要的损失。

技术领域

本发明创造属于碳纤维复合材料力学性能分析技术领域，尤其是涉及一种碳纤维材料力学性能仿真标定方法。

背景技术

随着汽车轻量化的发展趋势，碳纤维增强复合材料以其轻质高强，且减震降噪、耐疲劳等优异性能成为汽车零部件研发的主流材料。目前车身上常用的两种碳纤维工艺为湿式模压成型工艺(WCM)、树脂传递模塑成型工艺(RTM)，对于主机厂和零部件厂而言，如何获得碳纤维材料的准确力学性能参数并在仿真中得到应用，成为轻量化开发的重点和难点。碳纤维复合材料在低速载荷下会产生如基体开裂、分层损伤和纤维断裂等多种复杂的损伤形式，为了准确预测这些复杂的损伤形式，必须建立准确的碳纤维复合材料力学性能有限元仿真模型。碳纤维复合材料为各项异性材料，区别于传统的金属材料,力学性能参数和损伤控制参数要比金属复杂多，且各个参数相互耦合，标定过程相对繁琐。目前碳纤维的模拟仿真中部分采用的LS-DYNA 54号材料卡片类型，54号材料卡片控制参数相对简单，对于拉伸压缩可以较好模拟，但对于剪切等复杂工况的模拟精度较低，不适合工程上的应用。而58号材料卡片通过调整软化系数、最小应力极限、最大有效应变等这些参数可以弥补54号材料卡片的不足。然而58号材料比54号材料控制参数多，标定复杂，不同参数对于不同工况的影响不同，如何获得精确的控制参数还缺少系统的流程和处理方法。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种碳纤维材料力学性能仿真标定方法，该方法可以高效准确的获得碳纤维力学性能参数，并应于仿真模型中。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

S1、碳纤维单向带和典型铺层拉伸、压缩、剪切、零部件三点弯曲测试试样加工，并根据试验要求进行测试；

其中，碳纤维单向带的拉伸试样、压缩试样、剪切试样，包括0度和90度方向，典型铺层方式为0度和90度交替铺层形式，试样形状和单向带一致。拉伸试样、压缩试样、剪切试样均为长条状，零部件三点弯曲的试样是截面形状为几字形的横梁，试样尺寸根据测试仪器和实际应用的厚度而定。拉伸试样的固定位置和加载位置、压缩试样的固定位置和加载位置、剪切试样的固定位置和加载位置、零部件三点弯曲试样的左端支撑位置和右端支撑位置及加载位置按照试验操作手册进行，以准静态的加载速度加载，每个工况重复三次测试，力和位移传感器采集试验测试过程中得到的位移-载荷曲线。

S2、碳纤维单向带和典型铺层拉伸、压缩、剪切试验数据处理，获到纤维和基体两个方向的弹模、强度值；

其中，碳纤维单向带和典型铺层拉伸、压缩、剪切试验测试结束后，检查三次试验测试结果的一致性，对于一致性较差的结果，通过试验照片分析问题产生的原因，必要的话要补做试验。通过单向带0度和90度的拉伸试验得到碳纤维纤维和基体方向的弹性模量和抗拉强度，通过单向带0度和90度的压缩试验得到碳纤维纤维和基体方向的压缩强度。通过单向带0度和90度的剪切试验得到碳纤维纤维和基体方向的剪切模量和剪切强度。典型铺层的试验结果用于步骤S4中仿真标定。

S3、搭建碳纤维单向带和典型铺层拉伸、压缩、剪切仿真模型，并输入试验测试得到的弹模和强度值；