连接形状对碳纤维传动轴扭转性能的影响

发布时间：2017-07-29 07:15

  本文关键词：连接形状对碳纤维传动轴扭转性能的影响

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【摘要】：碳纤维复合材料传动轴与金属端之间有多种连接方式,主要包括：机械连接、胶接、混合连接等。由于胶接连接的应用最广泛,本文中采用的连接方式为胶接。在国内外,碳纤维传动轴的搭接接头通常采用的是圆形连接,针对非圆形连接的研究非常少,因此该领域具有很大的研究空间,本文重点分析了连接形状对碳纤维传动轴扭转性能的影响。当碳纤维复合材料传动轴采用非圆形连接时,本文的分析结果具有一定的参考价值。 本文主要研究了正多边形连接和椭圆形连接,即在搭接接头区域的连接形状为正多边形或椭圆形。由于碳纤维传动轴的长度对扭转强度没有影响,同时为了简化软件分析的模型,本文将传动轴部分简化成整个轴截面形状为正多边形或者椭圆形,并保证胶层处不会发生破坏。通过改变搭接接头的连接形状分析碳纤维传动轴的扭转性能,再根据分析结果选取合适的连接形状、几何尺寸及铺层方式,最终达到改善传动轴力学性能的目的。 利用SAMCEF有限元法和Tsai-Wu张量准则对碳纤维传动轴的连接形状和铺层方式进行了结构设计和软件分析,具体包括三点：其一,对于采用正多边形连接的碳纤维传动轴,分析铺层方式(铺层厚度、铺层顺序、铺层比例)与边数n(n≥5)对承扭性能的影响；其二,对于采用椭圆形连接的碳纤维传动轴,分析铺层方式(铺层厚度、铺层顺序、铺层比例)与椭圆长短半轴长之比与承扭性能的关系；其三,对比正多边形与椭圆连接形状的仿真结果,并分别与碳纤维圆管进行比较,分析连接形状对扭转性能的影响。 分析结果表明：在正五边形、正六边形、正八边形、正十边形和正十二边形等一系列正多边形连接中,正六边形连接的承扭性能最好；在长短轴长之比分别为1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3等一系列椭圆形连接中,长短轴长之比为1.15的椭圆形连接的承扭性能最好；相比于椭圆形连接,正多边形连接的承扭性能更好,同时正六边形连接和正八边形连接的扭转性能均优于碳纤维圆管。
【关键词】：碳纤维 传动轴 正多边形连接 椭圆连接 有限元法
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB332;TH133.2
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9-11
• 1.2 碳纤维传动轴的国内外研究现状11-13
• 1.3 碳纤维复合材料连接方法国内外研究现状13-16
• 1.4 本文研究的意义、目的及主要内容16-19
• 第2章 碳纤维传动轴的设计基础19-33
• 2.1 碳纤维传动轴设计理论20-24
• 2.1.1 碳纤维传动轴的强度分析20-22
• 2.1.2 碳纤维复合材料的设计原则22-24
• 2.2 连接接头的设计理论24-26
• 2.2.1 胶接连接的设计原则24-25
• 2.2.2 非圆截面套接连接计算公式25-26
• 2.3 性能指标与材料参数26-27
• 2.4 碳纤维传动轴有限元分析方法27-31
• 2.4.1 搭接接头的有限元分析方法27-28
• 2.4.2 SAMCEF对碳纤维传动轴的分析28-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 碳纤维传动轴正多边形连接的设计与分析33-54
• 3.1 碳纤维传动轴正多边形连接的设计33-39
• 3.1.1 正多边形连接的结构设计33-36
• 3.1.2 正多边形搭接接头的胶接设计36-37
• 3.1.3 正多边形连接扭转力学性能的影响因素37-39
• 3.2 正多边形边数对扭转性能的影响39-43
• 3.3 正多边形连接与圆形连接的对比与分析43-45
• 3.4 铺层方式对正多边形连接的扭转性能影响45-53
• 3.4.1 铺层厚度45-47
• 3.4.2 铺层比例47-50
• 3.4.3 铺层顺序50-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 碳纤维传动轴椭圆形连接的设计与分析54-71
• 4.1 碳纤维传动轴椭圆形连接的设计54-58
• 4.1.1 椭圆形连接的结构设计54-56
• 4.1.2 椭圆形搭接接头的胶接设计56-57
• 4.1.3 椭圆形连接扭转力学性能的影响因素57-58
• 4.2 椭圆形长短轴长之比对扭转性能的影响58-61
• 4.3 椭圆形连接与圆形连接的对比与分析61-62
• 4.4 铺层方式对椭圆形连接的扭转性能影响62-70
• 4.4.1 铺层厚度62-64
• 4.4.2 铺层比例64-67
• 4.4.3 铺层顺序67-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第5章 总结与展望71-73
• 5.1 研究总结71-72
• 5.2 研究展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈立军;武凤琴;张欣宇;杨建;李荣先;;环氧树脂/碳纤维复合材料的成型工艺与应用[J];工程塑料应用;2007年10期

2 陈建祥;王琼琦;罗小乐;;复合材料管与接头胶接构件的强度与疲劳性能研究[J];玻璃钢/复合材料;2012年01期

3 于德昌 ,姜从典 ,陈绍杰 ,于怀孝;碳纤维复合材料的连接试验[J];航空材料;1979年03期

4 张雷;曲文卿;庄鸿寿;;碳纤维复合材料与金属连接及接头力学性能测试[J];材料工程;2007年S1期

5 刘君伍;黄建云;;复合材料胶接接头传载能力分析[J];纺织高校基础科学学报;2008年01期

6 关志东,Yang Chihdar;复合材料管接头拉扭作用下胶层应力分析[J];复合材料学报;2004年03期

7 胡晶;李晓星;张天敏;韩华渠;;碳纤维复合材料传动轴承扭性能优化设计[J];复合材料学报;2009年06期

8 黎小平,张小平,王红伟;碳纤维的发展及其应用现状[J];高科技纤维与应用;2005年05期

9 罗益锋;;碳纤维复合材料新动向[J];高科技纤维与应用;2009年03期

10 尹翔宇;朱波;刘洪正;郑连勇;张春雷;;碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的研究现状[J];高科技纤维与应用;2011年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 宋立军;复合材料孔隙率检测方法及其实现技术的研究[D];浙江大学;2005年

2 洪宝剑;碳纤维复合材料传动轴的设计研究[D];武汉理工大学;2012年

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本文编号：587960