实验和理论方法比较TWB和CR420/CFRP复合材料中心柱增强体的碰撞试验结果

车辆中心支柱的增强材料由钢板拼焊板（TWBs）和CR420钢/碳纤维增强塑料（CR420/CFRP）混合复合材料形成。成型后进行碰撞试验，评估由TWB和CR420/CFRP混合复合材料制成的中柱加固件的断裂韧性。CR420/CFRP混杂复合材料的中柱加固件比TWB加固件的中柱加固件更轻，CR420/CFRP断裂韧性也有所提高。将实验碰撞结果与计算机辅助工程仿真进行比较,提供二次认证。详细的结果使用Abaqus/Explicit软件进行分析。由于TWB的弹性模量高于CR420/CFRP复合材料的弹性模量，因此CR420/CFRP混合复合材料的冲击时间比TWB的冲击时间更长。因此，在进行CR420/CFRP复合材料的碰撞试验时，冲击或受到的冲击较大。当TWB换成下一代CR420/CFRP复合材料时，汽车的重量减轻了大约44%，而冲量提高了大约10.0%。在这个模拟中，对冲击时间、断裂韧性和冲击速度的变化进行评估，并与实验结果基本一致。

在制造TWB时使用的是厚度为2mm和3mm的CR420（冷轧钢）板。本研究中使用的CFRP是一种来自Toray的平纹组织的碳纤维。一片半固化片的厚度为0.25mm，使用初始环氧重量为35%的热固性树脂。在本研究中，为了提高强度重量比和断裂韧性，将CFRP堆叠在具有优良伸长率的CR420钢板上，而不是在高强度钢板上 采用双相钢或硼钢。在混合复合材料的情况下，将8个层的CFRP堆叠在CR420钢板的1.4mm厚度上。

用于拉伸测试的钢是CR420，显示了拉伸测试样品和拉伸测试后通过三坐标测量机测量的ARAMIS数据。在断裂之前进行拉伸测试发生在每个测试样本中。试验在无润滑条件下进行，断裂检测载荷为0.01吨。使用ARAMIS在断裂的试样上获得主要和次要的应变，并且应用断裂机制。显示了拉伸测试后获得的FLD曲线。次要的和主要的应变数据被应用于模拟，而处于0.1毫米的破坏演化值被定义为断裂值。

两种类型的中柱加固是通过冲压制成的。首先，通过焊接2t和3t CR420用TWB材料制备中柱加强件。其次，CFRP为0.25毫米，将8层=1.76mm（固化后的厚度）堆叠在CR420的1.4mm上。用于成形的压力机的容量为5000吨，在上下模具上形成一个孔。模具使用筒式加热器加热，直到温度达到140℃。每个中柱加强件在压缩超过0.5MPa后制备并固化30分钟。显示了TWB和CR420/CFRP复合材料制成的中柱加强件在完成穿孔和修边后成形工艺后的结果比较。由TWB制成的中柱加固件的重量为1,487g，而由CR420/CFRP复合材料制成的中柱加固件的重量为830g，比TWB制成的中柱加强件轻了44%。

将准备好的中柱加强件固定在夹具上后，通过从800mm的高度落下160kg的冲头进行冲击试验。测试过程中产生的总势能为1254 J，冲击前冲击速度忽略空气阻力约为3.95 m/s。

获得以下结果：

1.证实在碰撞试验中使用了CR420和CFRP的物理性能，并且通过比较，模拟显示与试验和参照和比较所获得数据非常相似的结果。

2.在t=0.021s时与TWB碰撞时的冲头速度为0，而在t=0.027s时CR420/CFRP复合材料的冲头速度为0。这个时间差证实复合材料的强度低于TWB中心柱强化部分强度，延迟冲击时间0.006秒。

3.当TWB换成下一代CR420/CFRP复合材料时，汽车的重量减轻了大约44%，而脉冲改善了大约10.0%。