碳纤维复合材料传动轴的制备-硕士论文

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1、攫导成毅曰师期二十完..学校代码:10255学号r:2040455东华大学DongHuaUniversity硕士学位论文MasterDissertation碳纤维复合材料传动轴的制备TheManufacturingoftheCFCompositeTransmissionShaft硕士研究生:吴海峰指导教师:潘鼎教授院系:材料科学与工程学院研究方向:树脂基复合材料完成时间:2007年l月东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明:我恪守学术遥德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行

2、研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作将名:美鸣感日期:)叫/东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门成机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部成部分内容编入有关数据库迸行检索，可以采川影印、缩印成扫描等复制手段

3、保存和汇编本学位论文。保密旷，在一ζ年解密后适川J本版权书。本学位论文属于不保密口。编者注:五花支哥亟ZB限已过i毗川机关马牛指叫名:(务局日期:叫年0'月oy.日口朔:叫年同日;在要碳纤维复合材料传动轴的制备摘要随着复合材料原材料生产技术以及成型技术的成熟、成本不断降低，复合材料在民用工业中的应用正获得愈来愈大的发展，21世纪将是复合材料时代。飞机，轮船、汽车、水泵和冷却塔等传动轴多为金属材料制备，有很多优点，但也存在质量重、拆装不方便、加工困难、制造周期长、生产效率低、疲劳性能差、抗阻尼性差等缺点

4、。现今工业一直在寻找减轻材料本身重量并且增加其有效载荷的方法，而应运而生的高性能新型树脂基复合材料正可以满足这种需求。因此，高强度、高模量(硬度)的树脂复合材料传动轴正在传动轴的应用中扮演着越来越重要的角色。本文针对军用舰艇研究单位参照国外碳纤维传动轴的指标所提出的合同要求(见下表所列)，进行了研究设计的全盘计算，对于设计方案用Ansys有限元进行了模拟验证:并对复合工艺进行了一系列研究，对实际的缠绕件的各项性能进行了测试，测试结果表明与设计要求吻合。圆满完成了合同-•--、"任务。号黄纤维复合材料传

5、动轴约制备合同要求产品的技术指标技术参数额定转矩TKN内径d长度Ls许用转速N法兰外径Df2500Nm116mm800mm2500r/min300mm同时，本论文还对该单位提出的增补要求:该传动轴的弹性连接件(金属一碳纤维法兰)的结构，进行了全套设计。对该连接件的受力状态进行了有限元计算，并对带有法兰的完整复合材料传动轴进行了模态分析，及刚度和强度，以及临界速度的全面校核。本文研究内容主要包括以下儿个方面:(1)从设计要求、市场发展和性价比考虑，对复合材料的原材料进行了选择:选定增强纤维为碳纤维T70

6、0S-12K、特种热固性环氧树脂体系:制备了T700S/环氧复合材料的单向板，根据国标测定复合材料的方法，测定了复合材料多层单向板的基本性能。(2)运用经典层合板理论，编制了相应的Malab计算程序，对单板、正负反对称铺层层合板的刚度进行了分析:依据复合材料的强度理论，结合传动轴扭转的特定受力状态，对极限强度的计算方法进行了修正，提出用层一半破坏的强度作为极限强度，研究了正负反对称层合板的强度随铺层角变化的关系曲线。(3)根据复合材料杨氏模量的可设计性，讨论研究了复合材料传动轴临界速度与工程常数，传动

7、轴厚度，直径之间的关系，讨论研究了屈曲失稳强度与轴向杨氏模量，周向杨氏模量和厚度的关系;根据设计要求，设计了相应的铺层，1I摘要并制备了试样对理论计算进行了验证:根据理论计算和实验验证，最终确定了传动轴的设计参数。(4)根据复合材料连接的方式和特点，选择了机械连接的方式，设计了机械连接孔及加强部位各参数:选择了法兰材料，通过计算设计了法兰尺寸:(5)对带有法兰的完整复合材料传动轴进行刚度和强度，以及临界速度的校核。(6)借助Ansys有限元软件，分别对复合材料传动轴的力学、模态进行了有限元的计算:对金

8、属法兰的受力状态进行了有限元计算，并对带有法兰的完整复合材料传动轴进行了模态分析。最终的测试结果表明:碳纤维复合材料传动轴的各项机械性能均优于传统金属传动轴的性能，其剪切强度超过300MPa，可以很好地达到并且超过合同所要求的技术指标。关键词:碳纤维，复合材料，传动轴，设计，制备，Ansys,MatlabIlI."ABSTRACTTheManu也cturingoftheCFCompositeTransmissionShaftABSTRACTWiththe