热塑性玻璃纤维头盔服役性能分析与数值仿真

摘要：

为了探究复合材料特别是碳纤维、玻璃纤维在头盔产品上的应用,本文基于模压成型工艺,对热塑性连续玻璃纤维材料增强头盔的成型过程进行实验.探究复合材料头盔所使用层合板最佳铺层方案,并通过实验获得层合板的应力应变曲线.对比不同头盔的穿透、碰撞和刚度服役性能数据,并使用有限元软件LS-DYNA进行数值仿真计算,得到不同材料对头盔性能及质量的影响.使用ABAQUS软件对头盔模型进行拓扑优化,在保持头盔刚度性能基本不变的情况下,优化得到头盔的加强筋结构,以此减轻头盔表层厚度并实现轻量化.结果表明,相比于普通ABS材料的头盔,热塑性连续玻璃纤维头盔的质量减轻了 14.6％、刚度提升了 10.6％;含有加强筋结构的玻璃纤维头盔质量减轻了 14.2％,刚度与普通ABS头盔保持一致,但更节约材料、性价比更高.复合材料头盔的综合性能相比普通ABS塑料头盔有显著提升.

关键词：模压成型、头盔、服役性能实验、数值仿真、拓扑优化

所属期刊栏目：31

分类号：TB332(工程材料学)

资助基金：国家自然科学基金11872017

在线出版日期：2023-03-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：1-9