發(fā)布時間：2017-10-18 08:31

  本文關(guān)鍵詞：碳纖維復合材料傳動軸的動力學特性研究

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【摘要】：隨著傳動軸性能要求的不斷提高,高轉(zhuǎn)速、大長徑比和結(jié)構(gòu)復雜的傳動軸被廣泛使用。因此,機械系統(tǒng)在運行過程中容易產(chǎn)生共振。共振會使機械零部件產(chǎn)生松動或發(fā)生疲勞破壞,產(chǎn)生噪聲,影響機械的加工精度。使用碳纖維復合材料生產(chǎn)的傳動軸,在大幅減輕結(jié)構(gòu)自重的同時,可以提高固有頻率,減少噪聲,降低傳動系統(tǒng)能量損失,提高抗振性能。 本文考慮到碳纖維復合材料力學特性的各項異性,沿著纖維方向,復合材料的抗拉和抗壓性能較好,因此碳纖維復合材料的性能參數(shù)具有可設計性。在傳動軸的設計中,可以利用碳纖維復合材料這種可變的性能參數(shù)來滿足不同的動力學性能要求。針對碳纖維復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軸的動力學特性滿足需求。 本文主要針對碳纖維復合材料傳動軸動力學特性中的固有頻率和模態(tài)振型兩方面內(nèi)容進行研究。首先,根據(jù)某電機傳動軸的技術(shù)要求設計出碳纖維復合材料傳動軸試件。其次,根據(jù)推導出的軸類零件的動力學方程,運用matlab軟件編程計算得到了碳纖維復合材料傳動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合材料傳動軸試件建立有限元模型并進行有限元模態(tài)分析。其后,對試件進行激振實驗,測量出其前三階固有頻率并與理論計算和有限元模態(tài)分析得出的數(shù)值進行對比,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合材料傳動軸動力學性能設計的有限元模型。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合材料傳動軸固有頻率及模態(tài)振型的影響。最終得出,碳纖維復合材料傳動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,正負交替鋪層有利于提高其固有頻率。變厚度鋪層也會提高碳纖維復合材料傳動軸的固有頻率。在鋪層角度變化和變厚度鋪層同時作用時,會產(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對其產(chǎn)生影響,鋪層方式的不同只會改變模態(tài)振型出現(xiàn)的順序。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維復合材料 傳動軸 動力學 鋪層方式 有限元分析
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：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 復合材料傳動軸動力學性能的國內(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 碳纖維傳動軸試驗件設計及動力學理論計算18-32
• 2.1 試驗件設計18-21
• 2.1.1 性能指標18
• 2.1.2 金屬端部設計18-19
• 2.1.3 碳纖維薄壁圓管的設計19-20
• 2.1.4 膠接接頭尺寸計算20-21
• 2.2 試驗件固有頻率和模態(tài)振型的理論計算21-31
• 2.2.1 固有頻率和模態(tài)的定義21-22
• 2.2.2 理論計算的基本原理和方法22
• 2.2.3 傳動軸的動力學方程式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 碳纖維復合材料傳動軸動力學有限元分析32-41
• 3.1 碳纖維復合材料傳動軸的有限元分析法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 碳纖維復合材料傳動軸的動力學分析模型34-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第4章 碳纖維復合材料傳動軸的試驗模態(tài)分析41-57
• 4.1 實驗模態(tài)分析概述41-43
• 4.2 碳纖維復合材料傳動軸實驗模態(tài)分析的基本原理43
• 4.3 實驗平臺的搭建43-49
• 4.3.1 激勵方式43-44
• 4.3.2 實驗模態(tài)系統(tǒng)組成44-49
• 4.4 模態(tài)試驗具體過程49-55
• 4.5 理論計算、有限元分析及試驗結(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軸動力學特性的影響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69-72

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本文編號：1053990