机械工程学报

作者：孔皓阅, 张勇, 洪奕元, 张志雄, 罗圭纳

单位：1. 华侨大学机电及自动化学院 厦门 361021;2. 晋江海纳机械有限公司 晋江 362200;3. 福建海峡石墨烯产业技术研究院有限公司 晋江 362200

关键词：碳纤维复合材料,吸能性,触发机构,撕裂失效；

基金：国家自然科学基金(52575285，51675190)、厦门市青年创新基金(23502Z20206003)和2025年泉州市“揭榜桂帅”(2025QZGZ05)资助项目。

为了改善复合材料吸能柱轴向承载稳定性并提升其材料利用率，提出一种新颖的预先开缝碳纤维增强环氧树脂复合材料(Carbon fiber reinforced plastic, CFRP)撕裂管。采用试验和数值分析方法，充分探讨CFRP撕裂管在不同预开缝数、厚度及管径下的轴向撕裂失效行为和吸能性，试验结果验证了数值模型的准确性，并揭示其轴向撕裂吸能机理。对撕裂管失效行为与吸能性的数值研究显示，预开缝数影响了撕裂管的应力集中分布，随着预开缝的增加，多于预开缝数的起始裂纹逐渐减少且在预开缝达12时产生不均匀的撕裂瓣，导致CFRP的承载稳定性下降约50%。厚度的增加促进CFRP管的分层渐进撕裂，当厚度从1 mm增加到3 mm时使撕裂管的承载稳定性提高约60%。管径影响了CFRP管在撕裂过程中的扩胀与压碎失效，管径由80 mm减小到30 mm时促进了扩胀失效，从而使CFRP撕裂管的比吸能提高约64%。最终，预开缝数6，厚度1.5 mm，外径30 mm的参数组合使得CFRP管具有最佳的稳定性与吸能性，研究结果也为设计具有高稳定与吸能性的复合材料薄壁构件提供了一种新思路。

来源：2026年第4期

《机械工程学报》期刊编辑部

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