混凝土泵车碳纤维臂架的设计与实验研究

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1、不同连（申请工学硕士学位论文）接形状碳纤维传动混凝土泵车碳纤维臂架的设计与轴扭转实验研究性能研究培养单位：机电工程学院学科专业：机械工程方研究生：方耀成耀成指导老师：胡业发教授2014年5月武汉理工大学万方数据分类号学校代码10497UDC学号1049721101261学位论文题目混凝土泵车碳纤维臂架的设计与实验研究英文Designandexperimentalresearchof题目CFRPconcretepumptruckboom研究生姓名方耀成姓名胡业发职称教授学位博士指导教师单位名称机电工程学院邮编430070副指导教师姓名职称学位单位名称邮编申请学位级别硕士学科

2、专业名称机械工程论文提交日期2014年4月论文答辩日期2014年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席陈作炳评阅人王晓光教授张锦光教授2014年5月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的

3、规定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：万方数据中文摘要混凝土泵车以泵车性能优越,效率高，机动性好，在现代化建设的诸多领域有着无可替代的作用。随着现代化建筑领域的发展，混凝土泵车的展开高度已无法满足需要，因此混凝土泵车臂架往更长更高的发展趋势成为必然。传统的混凝土泵车采用高强度合金钢所制成，高强度合金钢在焊接方面有着严重的缺陷，同时采用金属材料所制成的臂架，其重量相当大，对混凝土泵车的安全性能以及工作场地有很大的局限性。

4、碳纤维复合材料具有高强度、重量轻等优势。本文研究了碳纤维复合材料应用在碳纤维臂架上的可行性，对臂架的结构、强度以及疲劳性能等方面进行了计算、仿真和试验。混凝土泵车在工作过程中载荷十分复杂，臂架的回转过程中会产生惯性力，同时混凝土输送过程中还有动载荷，环境的影响下风载还会对臂架产生附加弯矩，因此本文首先对臂架的载荷形式进行分析以及对最危险的工作状态的受力计算提出理论计算公式，为后面的碳纤维臂架的分析设计提供前提。碳纤维臂架其臂架端部长期处于复杂的交变应力，若全部采用碳纤维材料进行设计，那么臂架端部的疲劳性能将无法满足要求，因此本文中将碳纤维臂架分为两部分进行设计，第一部分为

5、碳纤维臂架梁结构，采用纯碳纤维进行设计分析，得出铺层厚度为15层以及铺层角度为[0/0/45/0/0/0/0/0/0/0/0/-45/0/0/0]时满足强度与刚度要求，第二部分为臂架端部结构，采用金属包夹碳纤维增强层的结构形式进行设计，这样不仅提高了臂架端部的疲劳性能，同时也减轻了臂架的重量，通过有限元分析以及理论计算最终确定了臂架端部结构的具体参数。碳纤维臂架梁与臂架端部结构采用胶接的方式固定在一起，胶接形式为阶梯搭接，经过理论计算得出搭接长度以及台阶数，并通过胶层剪切强度进行校核。本文最终所设计的碳纤维臂架的结构强度以及刚度满足设计要求同时极大的减轻了臂架重量，提高了

6、臂架端部结构的疲劳性能。关键词：碳纤维，混凝土泵车臂架，胶接，有限元分析I万方数据AbstractOwingtosuperiorperformance,highefficiencyandgoodmaneuverability,Concretepumptruckplaysirreplaceableroleinmanyareasofmodernizationconstruction.Withthedevelopmentofmodernconstruction,concretepumptruckhavebeenunabletomeettheneedofheight,sothet

7、rendthatconcretepumptruckboomstolongerandhigherwillbecomeinevitable.Traditionalconcretepumptruckismadebyhighstrengthalloysteel,andhighstrengthalloysteelhasseriousdefectsinwelding,atthesametime,itsboomismadeofmetalmaterial,soitsweightisquitelarge,ithassignificantlimi