碳纤维复合材料辊轴式涂胶辊装置设计

发布时间：2017-06-05 11:12

  本文关键词：碳纤维复合材料辊轴式涂胶辊装置设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：复合材料在其组成结构、物理化学性能及加工工艺等方面与金属、工程材料之类的传统材料有明显区别，其力学性能与之相比也呈现出自身的特性。复合材料本质为各向异性更为明显的多相组成材料，这些材料通常表现为物理化学性能较为优越并且材料内部界面分布均匀，因此复合材料所呈现的材料性能能明显优于其组成材料，同时组合成的复合材料具备一些特有的材料性能，，通过对不同材料的重组加工能达到优化组成材料的刚度、强度、弹性模量等。欧美发达国家在20世纪90年代初期就探索性地将碳纤维复合材料传动轴运用在汽车、船舶、工业系统传动系中。与传统的金属工程材料相比，碳纤维复合材料所具备的强度、刚度较高，碳纤维层合板耐酸腐蚀以及纤维良好的延展性而具备的位移补偿能力，质量较轻而便于优化金属结构布局等特点。随着碳纤维复合材料应用研究的进一步探索，碳纤维复合材料将具有广阔的应用前景。 本文针对碳纤维复合材料构件运进行复合材料经典力学理论进行基础性研究，并分别从应力-应变关系在单层材料中的关系、单层板及层合板柔度和刚度计算、各向异性复合材料强度理论计算等确立了适用于本课题复合材料涂胶辊结构装置设计与计算的理论方法。最后运用蔡-吴张量准则为强度校核标准计算层合板破坏强度极限。 在确立了复合材料有限元理论分析有效性的基础上，运用有限元分析软件ANSYS确立了适用于本课题的计算方法，运用该软件对设计的涂胶辊进行静力学、模态等方面的分析，比对分析结果与理论计算结果，得出有限元软件分析结果与理论计算结果相近。在确立了复合材料厚度的前提下，分析不同铺层角度、比例的涂胶辊模型的应力分布和该辊体扭转性能的影响，选择最佳的铺层方案。完成了对涂胶辊的有限元分析，发挥复合材料的比模量和比刚度特性，在有限的设计时间内，得出相应的方案。
【关键词】：复合材料 层合板 涂胶辊 ANSYS
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB332;TH122
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 碳纤维复合材料国内外应用及研究现状11-15
• 1.2.1 应用现状11-13
• 1.2.2 研究现状13-15
• 1.3 课题研究目的和内容15-17
• 第2章 碳纤维复合材料理论设计基础17-31
• 2.1 复合材料基本力学性能17-18
• 2.2 复合材料基本构造及制法18-19
• 2.3 复合材料加工方法19-21
• 2.4 复合材料辊轴设计力学基础21-25
• 2.4.1 单层复合材料应力与应变关系21-22
• 2.4.2 单层复合材料应力转轴公式22-24
• 2.4.3 层合板面内工程弹性常数24
• 2.4.4 层合板刚度矩阵24-25
• 2.4.5 层合板柔度矩阵25
• 2.5 正交各向异性单层材料强度理论25-29
• 2.5.1 最大应力理论25-26
• 2.5.2 最大应变理论26
• 2.5.3 HILL-蔡强度强度26-28
• 2.5.4 蔡-吴张量理论28-29
• 2.6 层合板强度指标29
• 2.7 本章小结29-31
• 第3章 碳纤维复合材料轴辊结构设计31-43
• 3.1 辊体结构设计及静力学分析31-37
• 3.1.1 碳纤维复合材料涂胶辊纤维厚度分析31-32
• 3.1.2 碳纤维复合材料涂胶辊纤维层数分析32
• 3.1.3 碳纤维层合板的铺层设计32-37
• 3.1.3.1 碳纤维层合板铺层原则分析32-33
• 3.1.3.2 碳纤维层合板铺层角度分析33-36
• 3.1.3.3 碳纤维层合板强度极限分析36-37
• 3.2 碳纤维复合材料涂胶辊纤维铺层方案37-38
• 3.3 碳纤维复合材料涂胶辊校核38-41
• 3.3.1 涂胶辊许用应力值计算38-40
• 3.3.2 涂胶辊临界转速计算40-41
• 3.3.3 涂胶辊剪切应力计算41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 基于 ANSYS 软件的复合材料涂胶辊有限元分析43-60
• 4.1 研究背景43
• 4.2 有限单元法分析简介43-45
• 4.3 复合材料模型建立45-49
• 4.3.1 单元类型选择45-48
• 4.3.2 定义材料层叠结构48-49
• 4.3.3 失效准则定义49
• 4.4 复合材料涂胶辊表面铺层结构有限元分析49-54
• 4.4.1 定义单元机材料常数49-50
• 4.4.2 定义复合材料涂胶辊失效参数50-51
• 4.4.3 定义复合材料涂胶辊层叠结构51
• 4.4.4 复合材料涂胶辊求解分析51-54
• 4.5 复合材料涂胶辊线性静力分析54-55
• 4.6 复合材料涂胶辊模态分析55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 4.8 碳纤维复合材料涂胶辊制作与实验58-60
• 4.8.1 静扭实验58
• 4.8.2 实验结果分析58-59
• 4.8.3 复合材料涂胶辊使用效果分析59
• 4.8.4 本章小结59-60
• 第5章 总结与展望60-62
• 5.1 本文总结60-61
• 5.2 不足与展望61-62
• 参考文献62-64
• 攻读学位期间发表的论文64-66
• 致谢66

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