針對碟形彈簧質(zhì)量大且不耐腐蝕等問題,基于螳螂蝦鰲具有的獨(dú)特螺旋纖維結(jié)構(gòu),借助玄武巖纖維具有的密度小、耐腐蝕和環(huán)保等特性,構(gòu)建了仿螳螂蝦螯玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料碟簧的有限元理論模型,并探尋了單向玄武巖纖維織物螺旋鋪排角度與復(fù)合材料碟簧載荷抗力之間的作用規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明:單向玄武巖纖維織物螺旋鋪排角度為90°時(shí),復(fù)合材料碟簧可獲得最大載荷抗力6244 N,較非螺旋鋪排的單向玄武巖纖維織物復(fù)合材料碟簧的載荷抗力(4846 N)提升28.90%,這歸因于纖維鋪排角度與碟簧環(huán)形對稱結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。計(jì)算結(jié)果與驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果一致。

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【部分圖文】：

圖1 螳螂蝦螯結(jié)構(gòu)

螳螂蝦螯是螳螂捕食和御敵的利器，它可以像錘子一樣擊碎甲殼類、貝類及螺類等動(dòng)物的硬殼，其具有的輕質(zhì)、抗沖擊特性遠(yuǎn)超過絕大多數(shù)人造機(jī)械。圖1a為螳螂蝦螯的外觀圖[12]，由其剖面可以觀察到螺旋區(qū)的結(jié)構(gòu)組成;其螺旋區(qū)的掃描電子顯微鏡圖如圖1b所示[12]，該結(jié)構(gòu)中生物纖維呈周期性螺旋鋪....

圖2 玄武巖碟簧有限元模型(a)和網(wǎng)格劃分示意圖(b)

通過螳螂蝦鰲微觀螺旋區(qū)的啟示，以單層單向玄武巖纖維模擬螳螂蝦鰲的單層生物纖維，設(shè)計(jì)了不同層間角度的碟簧，并通過設(shè)定有限元模擬中的鋪層角度實(shí)現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)的碟簧有限元模型如圖2a所示，碟簧尺寸為:外徑為Ф50mm，內(nèi)徑為Ф22mm，自由高度為6mm，內(nèi)錐高度為2mm，厚度為4....

圖3 碟簧有限元分析

圖5為鋪層角度θ=45°的應(yīng)力分布，可以看出，應(yīng)力的分布方向與鋪層角度的變化一致，并且與圖4中相同，也具有從上至下的鋪層大應(yīng)力區(qū)域逐漸減小的趨勢，這從第10層與第1層的應(yīng)力分布對比可以看出。圖5中顯示的第1層～第5層的應(yīng)力變化對應(yīng)著1個(gè)變角度周期，整個(gè)碟簧(10層鋪層)對應(yīng)2個(gè)變....

圖4 鋪層角度θ=0°時(shí)的應(yīng)力分布

使用單向玄武巖纖維織物基于濕法成形制備了螺旋鋪層角度為90°的碟簧，即模擬結(jié)果顯示載荷最大的鋪層角度的碟簧(圖3c)，其中碟簧尺寸與模擬過程中所設(shè)置的尺寸一致，制備的碟簧如圖7a所示。利用WDW-300型萬能試驗(yàn)機(jī)對碟簧進(jìn)行壓縮測試，試驗(yàn)過程中上壓板勻速加載，加載速度為2mm·....

本文編號(hào)：4040530