法兰轴管一体成型的全碳纤维复合材料传动轴制备与扭转试验

现有碳纤维复合材料传动轴通常由金属法兰与碳纤维复合材料轴管组成,金属法兰因其质量大,且需采用胶接或铆接形式与轴管进行连接,会增加启动或制动时的惯性,影响整体性能。因此,开展了法兰轴管一体成型的全碳纤维复合材料传动轴制备与扭转试验研究,采用轴管卷料及法兰翻边与环包工艺制备全碳纤维复合材料传动轴,其全长为1980 mm,传动轴铺层方案为[(±45°)32/45°],然后进行了静扭试验及扭转疲劳试验验证。由试验结果可得,全碳纤维复合材料传动轴在12000 N·m静扭试验下,未发生破坏,测得其扭转刚度为1.93×10^(5)N·m/rad;全碳纤维复合材料传动轴在20万次扭转疲劳试验中未发生破坏,满足正常工作要求,扭转疲劳试验中最大剩余扭转刚度为2.02×10^(5)N·m/rad,最小剩余扭转刚度为1.89×10^(5)N·m/rad。

碳纤维传动轴胶接胶层应力均匀化分析

碳纤维传动轴胶接联接在传递载荷时,会出现端部胶层应力大、中间应力小的现象,这种现象会使胶接接头的胶层首先从端部破坏,影响联接性能。从应变角度阐述胶接胶层应力曲线规律,说明了影响胶层应力分布的因素有胶层内、外周向变形量和胶层厚度,提出几种胶接胶层应力均匀化方法,并用有限元分析方法进行了验证。结果表明:(1)增加胶层厚度可以使胶层应力均匀化,但均匀化程度不明显,且在工程中会增加胶层缺陷;(2)采用变胶层厚度的鼓形结构胶接能够使胶层应力均匀化明显,最后指出影响鼓形胶接胶层应力均匀化的因素有变厚度胶层长度L、胶层的最大厚度H。

碳纤维复合材料汽车传动轴设计与振动特性分析

汽车传动轴是车辆传动系统中的重要部件,在汽车运行中承担传递转矩的任务。从理论出发设计了碳纤维复合材料汽车传动轴,并通过理论-有限元-实验三者结合的方法对设计的某类汽车传动轴进行了详细的分析,论述了碳纤维汽车传动轴的优异性能。结果表明,运用碳纤维复合材料传动轴设计制造的一体式汽车用复合材料传动轴在满足强度需求的同时,其最低临界转速远高于实际转速需求,为车身的安全性与舒适性提供了保障。此外,通过Abaqus有限元软件对设计传动轴振型进行了理论计算,得出了传动轴振型图像以及振幅数值,并通过实验测量出了实际临界转速,为复合材料传动轴设计与运用提供依据。

碳纤维传动轴刚度不平衡胶接接头的失效行为研究

建立了碳纤维传动轴刚度不平衡胶接接头的有限元模型,对扭转载荷下刚度不平衡胶接接头的失效行为进行分析,预测了胶接接头的失效扭矩和失效模式,并进行扭转实验证明有限元分析方法的有效性,最后研究了被粘物剪切模量比和壁厚比对刚度不平衡胶接接头失效行为的影响,为工程上碳纤维传动轴胶接接头的设计提供了参考。

碳纤维复合材料汽车传动轴材料结构及性能一体化设计

为促进碳纤维复合材料在汽车零部件轻量化设计中的应用,同时解决碳纤维复合材料传动轴优化设计过程中铺层缠绕工艺约束不易添加的问题,提出一种适用于碳纤维复合材料汽车传动轴的材料结构性能一体化设计方法。在ABAQUS软件中建立复合材料单胞和传动轴的有限元模型,运用基于热应力法的均匀化理论预测微观单胞的弹性性能;通过Python编程实现微宏观参数化建模及性能参数的传递,采用改进的多目标粒子群算法进行优化求解。算例结果表明:使用一体化设计方法得到的复合材料传动轴满足扭转刚度及模态性能要求,且有铺层缠绕工艺约束的复合材料传动轴相比原钢制传动轴质量减轻了22.8%,实现了轻量化目的,可为车身其他零部件的轻量化设计提供指导。

汽车用碳纤维传动轴结构设计与有限元分析

碳纤维复合材料具有比重小,比强度和比模量高,耐疲劳等特点。针对某汽车传动轴的强度和临界转速要求,设计了一种碳纤维复合材料汽车传动轴,并采用Abaqus有限元分析软件对传动轴进行了仿真分析,仿真结果显示了复合材料传动轴在受扭转载荷情况下的应力应变分布情况以及失效情况,碳纤维轴管应力应变分布均匀,仿真结果与设计理论相吻合,并与实验结果相验证,说明所设计的碳纤维复合材料传动轴的性能可以满足汽车传动轴的要求。

碳纤维复合材料直升机传动轴设计研究

碳纤维复合材料具有比强度高、比模量高、质量轻、减振性能好等特点,针对某直升机传动轴的强度和临界转速要求,设计了一种碳纤维复合材料直升机传动轴。采用ABAQUS对碳纤维传动轴薄弱环节胶层进行内聚力有限元仿真,仿真结果证实胶层设计合理,并对碳纤维复合材料直升机传动轴的固有频率进行了仿真分析和实验分析,实验结果与理论分析相吻合,且与仿真结果的误差较小,说明所设计的碳纤维复合材料传动轴的临界转速可以满足直升机传动轴要求。

船舶复合材料轴系振动性能的仿真分析研究

碳纤维复合材料传动轴系(简称复合材料轴系)的振动性能是船舶动力传动系统复合材料轻量化技术的重点内容之一,对优化轴系设计,提高轴系可靠性及综合性能具有十分重要的意义。本文介绍了船舶复合材料轴系振动特性的仿真分析过程,对轴系的扭转、纵向及回旋振动开展了模态分析,并研究了轴承刚度、轴系布置方案对复合材料轴系振动特性的影响。结果表明,通过模态分析可以判断复合材料轴系的共振情况,轴承刚度对复合材料轴系的固有频率影响较小。经过减重优化后的复合材料轴系由于轴的弯曲刚度变大,对应前三阶纵向振动频率下降,回旋振动频率提高。本文为船舶复合材料轴系振动性能分析及轴系方案优化提供了一定的理论基础。

温度对CFRP传动轴胶层影响研究

通过对高温(70℃)、低温(-25℃)和室温(20℃)环境作用336 h后的CFRP传动轴进行扭转试验,研究其胶层失效扭矩的演变规律。试验结果表明:高温和低温环境作用336 h后,试验件胶层的失效扭矩均出现了不同程度的下降,而低温环境下胶层扭转强度的下降程度更为明显。其中,70℃环境作用下失效扭矩下降了4.58%,-25℃环境作用下失效扭矩下降了6.41%。此外,基于内聚力模型模拟分析了扭转载荷下胶层失效扩展过程,引入了温度退化参数,并将其运用于胶层内聚力模型中,实现了对高温和低温作用下胶层失效的仿真分析,仿真结果与试验结果具有良好的一致性,验证了引入温度退化参数用于分析温度作用下胶层性能的合理性;通过输出不同温度下胶层的内部应力,进一步研究了胶层内部应力在高温和低温环境作用后的变化情况,结果表明,高温和低温作用后胶层内部应力值均大于室温作用下的应力。