碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料结构由于其优异的性能，近几十年来受到航空航天、汽车、体育器材、风力发电等多个行业的高度关注。在这些复合结构中，由于CFRP管有高比强度和优良的吸能性能，已被广泛的研究和应用在交通工具上。
CFRP管通常作为汽车吸能盒和防护结构而被研究和应用。较多的研究者通常使用实验和模拟的方法来研究CFRP管的失效机理。为了进一步提高CRFP管的吸能能力，一些研究使用铝蜂窝和铝泡沫等材料作为填料来研究其对增强CFRP管能量吸收的影响。然而，尽管复合结构(如复合夹芯板、CSP)在能量吸收方面有许多优点，但对增强CFRP管复合结构的相关研究有限。此外，目前的数值仿真模型只考虑单向或编织层复合材料，虽然“混合层型”复合材料包括单向层和编织层是很常见的，但可用的相关仿真模型及被报道的信息都很少。
近日，悉尼大学的Chen Yuan（第一作者兼通讯作者）及其团队，在《Composite Structures》上发表了题为“Progressive failure of CFRP tubes reinforced with composite sandwich panels: Numerical analysis and energy absorption”的文章，作者研究了一种新型的CFRP管，通过复合夹芯板(CSPs)增强以提高CFRP管的能量吸收能力。首先，使用环氧树脂粘合剂通过底部约束制造铺层顺序为[03/902/03/03/03/(0/90)]的CSP增强CFRP管，然后进行加载速率为2mm/min的准静态压缩实验。随后，基于层内失效的连续损伤力学和CFRP材料层间损伤的内聚力方法以及蜂窝的弹塑性模型，建立了数值模型以预测复合材料管的渐进失效。最后，通过管的能量吸收和失效机理的实验研究验证了数值模拟结果。
图 1 CFRP管在运输工具上的应用：(a)直升机，(b)汽车
图 2 文中CSP-CFRP管的组成及其基本几何参数
图 3 CFRP材料和蜂窝芯的数值建模细节
图 4 CFRP管在实验和模拟中的力-位移曲线
图 5 CFRP管在模拟（左）和实验（右）中的失效行为
图 6 CSP-CFRP管在实验和模拟中的力-位移曲线
图 7 CSP-CFRP管在模拟（左）和实验（右）中的失效行为
图 8 CFRP和CSP-CFRP管的实验和数值结果对比：(a)PCF-EA、(b)CFE和SEA
该研究开发了一种用于增强CFRP管能量吸收能力的新型CSP-CFRP管。实验结果表明，CSP增强CFRP管的总能量吸收和破碎力效率比未强化CFRP管分别大37%和24%，虽然相应的特定能量吸收略有下降1%，但是依然能够表明该复合管的能量吸收情况有整体改善。此外，所提出的数值模型为预测不同层类型（即单向、编织)复合材料和含有复杂成分（层、蜂窝）的复合结构的渐进失效提供了一种新的可用方法。最后，开发了一种有效的，用于设计针对工程能量吸收应用的 CSP-CFRP 管的预测方法。
原始文献：Chen Yuan ,Ye Lin,Fu Kunkun.Progressive failure of CFRP tubes reinforced with composite sandwich panels: Numerical analysis and energy absorption[J].Composite Structures，2021，263：113674.
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