车身是汽车的重要组成部分,它是保护成员安全的一道屏障。提高汽车安全性的方法有很多种,包括:优化结构、改善工艺和采用新型材料。随着技术的不断发展,研究人员发现填充吸能材料是提高汽车安全性最有效、最直接的途径之一。但是,目前制造汽车所应用的材料已经渐渐不能满足汽车行业高速发展的需求,新型材料的研发迫在眉睫。碳纳米管作为一种具有超高强度、模量的纳米颗粒,非常适合作为填料来改善复合材料的性能。由于实验条件的不同,碳纳米管与复合材料相结合所形成的碳纳米管复合材料也会有很大差异,严格规范实验方法以及控制实验条件对于碳纳米管复合材料的制备起到至关重要的作用。聚氨酯泡沫材料能够成为汽车上应用最广泛的材料之一,主要是因为其制造成本低、制造方法简单以及本身具有一定的吸能特性。但是,由于其吸能效果相比于其他吸能材料(例如金属泡沫铝)偏低,渐渐地被研究人员忽视。纳米技术的出现促进了新型材料的开发,研究人员运用这些技术可以开发出具有高能量吸收特性的低密度轻质泡沫。本文将碳纳米管与聚氨酯泡沫的优势相结合,合理选用实验方法,制备出不同比例的碳纳米聚氨酯泡沫,对碳纳米聚氨酯泡沫以及其填充结构的吸能特性进行研究,并应用于B柱,以提高B柱的耐撞性。具体研究内容如下:(1)详细介绍碳纳米聚氨酯泡沫的制备过程。通过介绍实验条件以及原料,针对碳纳米聚氨酯泡沫的特性,选择合适的实验原料和制备方法。制备五种不同比例的碳纳米聚氨酯泡沫,作为本文的研究对象。(2)研究碳纳米聚氨酯复合材料的吸能特性。首先,运用准静态压缩试验方法,获取聚氨酯泡沫材料的载荷-位移曲线,并且采用相关吸能理论进行分析计算,选取吸能效果最佳的碳纳米聚氨酯泡沫。泡沫材料的压缩变形过程主要分为四个阶段:线性弹性变形阶段、弹塑性过渡阶段、屈服平台阶段和致密化阶段。然后,利用拉伸、弯曲试验所获取的材料参数作为数值模拟的数据基础,对碳纳米聚氨酯泡沫压缩过程进行仿真分析,验证仿真模型的有效性。(3)以不锈钢薄壁圆管为例,进行聚氨酯泡沫材料填充结构吸能特性分析。理论分析薄壁圆管的三种变形模式:轴对称模式变形、非轴对称模式变形和混合模式变形。然后利用准静态拉伸试验方法获得薄壁圆管的材料参数,制备三种不同的薄壁圆管压缩样件:空薄壁圆管、普通聚氨酯填充薄壁圆管和碳纳米聚氨酯填充薄壁圆管,分别进行准静态压缩试验,分析试验结果,对比能量吸收值与比吸能(SEA)值,验证碳纳米聚氨酯填充薄壁圆管的吸能特性。建立薄壁圆管有限元模型,对空薄壁圆管和碳纳米聚氨酯填充薄壁圆管分别进行数值模拟,验证仿真方法的正确性。(4)碳纳米聚氨酯泡沫填充B柱耐撞性分析。建立移动壁障与B柱有限元模型,将碳纳米聚氨酯泡沫填充于B柱结构,进行碰撞仿真。对比分析填充前后B柱的侵入量、侵入速度和吸能情况,验证碳纳米聚氨酯泡沫应用于车身部件的吸能特性。碳纳米聚氨酯泡沫填充车身部件可以提高车身的耐撞性,碳纳米聚氨酯泡沫具有比金属泡沫质量轻的特点,可以作为一种吸能材料。