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Crashworthiness optimization of variable stiffness B-pillar with thermoplastic composites

耐撞性 复合材料 材料科学 刚度 热塑性复合材料 热塑性塑料 支柱 结构工程 有限元法 工程类
作者
Mengdi Li,Lin Sang,Zhifeng Liu,Shibo Duan,Wenbin Hou
出处
期刊:International Journal of Mechanical Sciences [Elsevier BV]
卷期号:278: 109457-109457 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.ijmecsci.2024.109457
摘要

This study focuses on enhancing of crashworthiness and lightweight of the automotive B-pillar structure by using continuous carbon fiber reinforced thermoplastic composites (CFRTP) and optimized layer design. Firstly, the B-pillar is divided into four regions with variable stiffness. Quasi-static three-point bending test and numerical simulation are performed to calculate the stiffness of the structure. Then, the four regions of the B-pillar with different CFRTP layers are structurally designed to realize variable stiffness. Considering manufacturing requirements, a draping simulation is employed to predict potential layer defects. The results demonstrate that B-pillar structural performance is enhanced after the reorientation of CFRTP prepreg. Afterward, the crashworthiness of the CFRTP B-pillar considering the ply drop-off is evaluated and compared with the traditional Q235 steel counterparts. The results indicate that the CFRTP B-pillar exhibits superior crashworthiness but a substantial reduction in mass by 53.1 %. Finally, the multi-island genetic algorithm (MIGA) is employed to achieve the optimal layer design scheme for lay-up optimization of the CFRTP B-pillar, and the crashworthiness of the CFRTP B-pillar with variable stiffness is further improved. The current work highlights a structural design strategy for CFRTP components for vehicles, which is crucial for the updating of automobile engineering.
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