准静态轴压载荷下Al-CFRP梯度混合管的多目标优化设计

依据功能梯度结构设计原理,采用变厚度碳纤维复合材料层缠绕金属铝管的方式制备了Al-CFRP梯度混合样管,采用准静态轴向压缩实验对比了纯Al管、等厚度混合管以及梯度混合管的压溃与吸能特性,验证了梯度管的力学性能优势。在以上分析的基础上建立了梯度混合管有限元模型,通过对比压溃过程中具有典型压溃特征的6个压溃瞬时,发现有限元模型的压溃特性与变形模式均与实验结果具有较高的吻合度。分析了不同梯度系数下Al管壁厚和纤维缠绕角度对梯度混合管压溃性能的影响。结果表明,Al管壁厚对结构压溃性能影响显著,梯度系数对结构的峰值载荷和压溃力效率影响较大,碳纤维复合材料缠绕角度对结构压溃性能影响较小。为获取最优梯度混合管设计方案,采用基于响应面的多目标映射优化方法获得了吸能特性提升显著的梯度混合管结构形式。