随着碳纤维复合材料原材料成本的降低、成型技术的日臻完善和性能的不断提高,其在汽车上的应用是主要发展趋势之一。然而,碳纤维复合材料的设计与应用除了涉及到结构一体化的问题,还要考虑其连接设计。由于复合材料各向异性的力学特点,其连接结构设计和强度分析往往要比金属材料复杂。常用的连接方式有机械连接,胶接连接和混合连接。机械连接方便拆卸,容易检修且对界面要求较低,是目前应用最多的连接方式。本文将以碳纤维复合材料的螺栓连接结构作为研究对象,采用试验和有限元分析相结合的方法,研究螺栓连接结构的挤压性能,为碳纤维复合材料车门防撞梁连接设计提供参考依据。主要研究内容如下:(1)碳纤维复合材料螺栓连接结构单剪挤压测试与破坏模式的评价分析:分析螺栓扭矩及几何尺寸(孔径、端距/孔径比、板宽/孔径比、铺层、垫片尺寸)对连接结构破坏载荷和破坏模式的影响,得出螺栓连接单剪设计的参考值,即螺栓扭矩为9N·m、孔径为6.1 mm、端距/孔径比为3、板宽/孔径比为6、垫片尺寸为17.8 mm。在相同铺层比例[(0°)46%/(±45°)46%/(90°)8%]下,厚度增加可以提高失效载荷,但挤压强度并没有提高。(2)碳纤维复合材料螺栓连接双剪结构挤压测试与破坏模式的评价分析:分析螺栓扭矩及几何尺寸(孔径、端距/孔径比、板宽/孔径比、铺层)对连接结构破坏载荷和破坏模式的影响,得出螺栓连接双剪结构设计的参考值,即螺栓扭矩为9 N·m、孔径为6.1 mm、端距/孔径比为3、板宽/孔径比为6。在相同铺层比例[(0)°46%/(±45°)46%/(90°)8%]下,厚度增加可以提高失效载荷,但挤压强度并没有提高。(3)在Abaqus有限元软件中,通过编写VUMAT子程序,定义改进的三维Hashin准则、整合了Tan、Tserpes材料刚度退化模型,建立碳纤维复合材料螺栓连接结构有限元模型进行分析,将有限元分析结果与试验结果对比分析,验证有限元模型的可靠性。(4)针对碳纤维复合材料汽车车门的防撞梁,选择螺栓连接测试的铺层方案,采用Fibersim分析软件对碳纤维预浸料在防撞梁成型模具上的铺敷性进行分析,并对预浸料的铺敷效果进行优化。根据实验得到的螺栓连接结构设计的参考值,设计碳纤维复合材料防撞梁的连接区,对防撞梁进行三点弯曲试验与仿真分析,得出最佳铺层方案(0/45/0/-45/0/45/90/-45/0/45/0/-45/0)s下实验破坏载荷达到8027 N,防撞梁螺栓连接处没有发生明显破坏。设计了包括车门外板、窗框、防撞梁、车门锁扣等一些附属配件的装配方案,并最终进行了车门的装配工作。