玻璃纤维毡增强热塑性材料的成形性研究

摘要

纤维增强热塑性复合材料在航空航天、汽车、电力、运输等领域得到了广泛应用，特别是玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT）与其他材料如注塑成型复合材料、薄板成型复合材料、金属等相比具有很多优点，如加工时间短、比强度高、可回收利用、重量轻、高刚性等，能够达到减重、减震、降噪目的，在汽车行业的应用也越来越广。玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT）的应用80％以上都用于汽车行业，如汽车的车身、汽车的前端模块、汽车座椅骨架、汽车的前后横梁、保险杠、电池托架、仪表板等。GMT材料成型简单成本低，利于专业化、大批量生产，研究其成形性具有重要意义。本文通过热冲压成型实验以及冲压成型有限元模拟，研究了GMT材料的成形性。
　　首先，根据美国ASTM标准，对玻璃纤维毡增强聚丙烯（GMT-PP）以及玻璃纤维毡增强聚酰胺（GMT-PA）进行拉伸实验以及弯曲实验，并对试样上的载荷与试样的长度信息进行采集，分析了不同温度下拉伸力的大小与拉伸长度的关系，计算了拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量等材料力学参数，为成形性实验以及有限元模拟提供了参考。
　　其次，选取基体材料为PA和PP的两种GMT材料，进行了冲压成型实验。以温度作为变量，研究不同温度下材料能够成形的成形极限。为了保证冲压实验的顺利进行，设计了冲压的模具并进行了实验，分析了温度、冲压深度等因素对GMT成形性的影响。
　　第三，基于有限元软件ABAQUS，根据粘弹性理论及GMT的力学性能参数，对GMT-PP进行了冲压成型模拟，得到了冲压深度与冲压力关系的曲线，并与实验结果进行对比分析，验证了其本构模型选取的合理性，分析了冲压力对其成形性的影响以及损伤最大点可能出现的位置，为类似材料的成形研究提供参考。

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第1章 绪 论

1.1玻璃纤维增强复合材料概述

1.2 国内外相关技术研究现状

1.3 课题研究意义与内容

第2章 GMT的粘弹性理论及其模型

2.1 引言

2.2粘弹性的应力-应变关系

2.3 GMT材料的粘弹性响应

2.4 粘弹性模型

2.5 本章小结

第3章 GMT材料性能的研究

3.1 引言

3.2 GMT材料单轴拉伸实验

3.3 GMT材料弯曲实验

3.4 实验结果分析

3.5 本章小结

第4章 热冲压成型分析

4.1 引言

4.2 GMT制品的成型工艺分类

4.3 冲压模具的设计

4.4 冲压成型实验

4.5 冲压实验结果分析

4.6 本章小结

第5章 热冲压成型模拟

5.1 引言

5.2 ABAQUS有限元模拟过程

5.3 ABAQUS有限元模拟的结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢