本文關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸的動(dòng)力學(xué)特性研究

  更多相關(guān)文章： 碳纖維復(fù)合材料 傳動(dòng)軸 動(dòng)力學(xué) 鋪層方式 有限元分析

【摘要】：隨著傳動(dòng)軸性能要求的不斷提高,高轉(zhuǎn)速、大長徑比和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的傳動(dòng)軸被廣泛使用。因此,機(jī)械系統(tǒng)在運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生共振。共振會(huì)使機(jī)械零部件產(chǎn)生松動(dòng)或發(fā)生疲勞破壞,產(chǎn)生噪聲,影響機(jī)械的加工精度。使用碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)的傳動(dòng)軸,在大幅減輕結(jié)構(gòu)自重的同時(shí),可以提高固有頻率,減少噪聲,降低傳動(dòng)系統(tǒng)能量損失,提高抗振性能。 本文考慮到碳纖維復(fù)合材料力學(xué)特性的各項(xiàng)異性,沿著纖維方向,復(fù)合材料的抗拉和抗壓性能較好,因此碳纖維復(fù)合材料的性能參數(shù)具有可設(shè)計(jì)性。在傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)中,可以利用碳纖維復(fù)合材料這種可變的性能參數(shù)來滿足不同的動(dòng)力學(xué)性能要求。針對碳纖維復(fù)合材料與金屬混合制成的軸,可以通過改變軸中碳纖維部分的鋪層方式來使碳纖維傳動(dòng)軸的動(dòng)力學(xué)特性滿足需求。 本文主要針對碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸動(dòng)力學(xué)特性中的固有頻率和模態(tài)振型兩方面內(nèi)容進(jìn)行研究。首先,根據(jù)某電機(jī)傳動(dòng)軸的技術(shù)要求設(shè)計(jì)出碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸試件。其次,根據(jù)推導(dǎo)出的軸類零件的動(dòng)力學(xué)方程,運(yùn)用matlab軟件編程計(jì)算得到了碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸試件的前三階固有頻率和模態(tài)振型。再次,選取SAMCEF軟件針對該碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸試件建立有限元模型并進(jìn)行有限元模態(tài)分析。其后,對試件進(jìn)行激振實(shí)驗(yàn),測量出其前三階固有頻率并與理論計(jì)算和有限元模態(tài)分析得出的數(shù)值進(jìn)行對比,分析差異。最終證明了有限元分析模型和分析過程的有效性,獲得了適合于碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)的有限元模型。最后,采用該有限元模型,探討了不同鋪層順序,鋪層角度,鋪層厚度對碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸固有頻率及模態(tài)振型的影響。最終得出,碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸的固有頻率主要受鋪層角度影響,固有頻率大體上隨鋪層角度的增大而減小,正負(fù)交替鋪層有利于提高其固有頻率。變厚度鋪層也會(huì)提高碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸的固有頻率。在鋪層角度變化和變厚度鋪層同時(shí)作用時(shí),會(huì)產(chǎn)生相互影響。而鋪層順序和鋪層單層厚度對一階固有頻率幾乎不產(chǎn)生影響。對于模態(tài)振型,無論哪種鋪層方式都不會(huì)對其產(chǎn)生影響,鋪層方式的不同只會(huì)改變模態(tài)振型出現(xiàn)的順序。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維復(fù)合材料 傳動(dòng)軸 動(dòng)力學(xué) 鋪層方式 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH133.2;TB332
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 引言9-11
• 1.2 復(fù)合材料傳動(dòng)軸動(dòng)力學(xué)性能的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 研究目的、意義和內(nèi)容15-17
• 1.4 擬解決的關(guān)鍵問題17-18
• 第2章 碳纖維傳動(dòng)軸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算18-32
• 2.1 試驗(yàn)件設(shè)計(jì)18-21
• 2.1.1 性能指標(biāo)18
• 2.1.2 金屬端部設(shè)計(jì)18-19
• 2.1.3 碳纖維薄壁圓管的設(shè)計(jì)19-20
• 2.1.4 膠接接頭尺寸計(jì)算20-21
• 2.2 試驗(yàn)件固有頻率和模態(tài)振型的理論計(jì)算21-31
• 2.2.1 固有頻率和模態(tài)的定義21-22
• 2.2.2 理論計(jì)算的基本原理和方法22
• 2.2.3 傳動(dòng)軸的動(dòng)力學(xué)方程式22-26
• 2.2.4 模型建立26-27
• 2.2.5 matlab仿真及結(jié)果27-31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 第3章 碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸動(dòng)力學(xué)有限元分析32-41
• 3.1 碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸的有限元分析法32-34
• 3.1.1 有限元分析32
• 3.1.2 SAMCEF軟件簡介32-33
• 3.1.3 有限元分析步驟33-34
• 3.2 碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸的動(dòng)力學(xué)分析模型34-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第4章 碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析41-57
• 4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析概述41-43
• 4.2 碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的基本原理43
• 4.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建43-49
• 4.3.1 激勵(lì)方式43-44
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)系統(tǒng)組成44-49
• 4.4 模態(tài)試驗(yàn)具體過程49-55
• 4.5 理論計(jì)算、有限元分析及試驗(yàn)結(jié)果對比分析55-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 第5章 鋪層方式對碳纖維傳動(dòng)軸動(dòng)力學(xué)特性的影響57-66
• 5.1 單一鋪層因素變化58-63
• 5.2 多鋪層因素共同作用63-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 第6章 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 研究總結(jié)66
• 6.2 研究展望66-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72

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本文編號(hào)：1053990