多尺度材料模型的应用

多尺度材料模型的应用

Alan R.Wedgewood et al. SAE 2014-01-0961.

编译：张苏铁

质量较轻的高分子复合材料取代较重的金属材料在汽车领域得到了广泛应用。改善燃油效率和减少碳排放作为解决交通运输行业的重要趋势，使得设计灵活、以及方便制造和零件装配的高分子复合材料得到了快速发展。由于汽车零部件在乘员和行人的碰撞安全中扮演着重要角色，因此汽车行业对零部件材料具有严格的碰撞安全要求和动态高速性能，采用聚合物复合材料的高精度材料模型是用来预测汽车零部件行驶安全行为和故障发生率的重要途径。杜邦公司采用轻质复合材料技术，将注射成型纤维增强塑料与模压编织复合材料结合到一起，为汽车碰撞安全提供了一种经碰撞吸能性能测试的良好替代品，避免了耗资巨大的碰撞试验损失。

多尺度材料模型可以有效利用纤维增强塑料和编织复合材料各向异性的特点，善于捕捉碰撞过程中非线性应变率的变化，降低试验过程中出现故障的机率。复合材料即是通过两种或两种以上材料的组合来实现材料性能的提升，其性能主要取决于材料的微观结构，包括纤维量的分布以及纤维的方向。通过建立微观尺度上的聚合物纤维模型来预测整个复合材料在宏观上的性能表现。通过有限元仿真结果和试验数据的对比，不断得到复合材料的真实行为表现，缩短车辆开发的周期，减轻质量，降低成本。