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原文传递车用复合材料传动轴研究

论文题名：	车用复合材料传动轴研究
关键词：	碳纤维传动轴;环氧树脂;铺层设计;有限元法;车用复合材料;层合板
摘要：	本文采用经典层合板理论和有限元方法，设计和制备了一种用于动力传输的复合材料传动轴，以期代替传统的钢材车用传动轴。　　首先，确立了复合材料的树脂体系配方和固化制度。选用E-56环氧树脂、甲基六氢苯酐作为固化剂、聚乙二醇缩水甘油醚作为增韧剂、DMP-30作为促进剂，系统研究了碳纤维湿法缠绕工艺用中温环氧树脂固化体系。研究了增韧剂用量对环氧树脂体系粘度的影响，30℃时，增韧剂添加量从0％增加到30%时，E-56环氧树脂的粘度从4795mPa·s下降为589 mPa·s。采用非等温DSC法研究了环氧树脂体系固化反应动力学，Kissinger方程计算的固化反应表观活化能为62.60 kJ/mol，而Ozawa方程计算的固化反应活化能为68.36 kJ/mol，两者计算结果相近，验证了Kissinger方程和Ozawa方程的准确性。固化反应级数为0.9106，说明该固化反应为复杂反应。体系凝胶时间为106.77℃、固化温度为134.25℃、后处理温度为155.91℃，而80℃时，反应速率只有0.003，120℃时，反应速率达到0.03，最终选择80℃/2h+120℃/4h+80℃/1h作为环氧树脂固化制度。设计了浇铸体模具以及6种不同配方，对环氧树脂浇铸体力学性能进行研究。最终确定固化剂用量85%、增韧剂用量15%、促进剂用量1%的配方作为缠绕用环氧树脂配方，此配方浇铸体的弯曲强度达到94.67MPa，冲击强度达到2.34KJ/m2。　　然后，采用经典层合板理论以及有限元方法，对复合材料传动轴进行铺层设计，研究不同铺层角度、铺层厚度以及铺层顺序对于传动轴性能的影响。经典层合板理论表明，增加0度铺层，可以增加复合材料传动轴的轴向模量，从而提高其固有频率；增加45度铺层，能提高复合材料传动轴的扭矩；增加90度铺层，能够使复合材料传动轴铺层更密实以及增加摩擦，可以能够提高扭转屈服力。非对称铺层下，铺层顺序对复合材料传动轴性能有影响；对称铺层下，铺层顺序对复合材料传动轴性能没有影响。而有限元仿真模拟表明，铺层顺序对频率没有影响，而对扭转屈服力有一定的影响。屈曲分析中，复合材料传动轴两端的Mises应力较大，分布面积较小，极容易产生破坏；中间靠近两端部位Mises应力次之，作用面积大：中间部位Mises应力最小。　　最后，以环氧树脂体系、T700碳纤维为原料，设计了6种不同铺层，采用纤维缠绕工艺，制备了内径30mm.壁厚2mm，长710mm的碳纤维传动轴，设计专门夹头并组装，进行扭矩测试。扭转测试表明，5号铺层[90/15/-15/15/-15/-45/45/-45/45/90]的碳纤维传动轴的扭矩最大，达到551Nm。扭转试验表明，在铺层角度比例完全相同的情况下，不同铺层顺序影响着碳纤维传动轴的扭矩。碳纤维传动轴扭断后，碳纤维分层断裂，变成一束束的碳纤维，具有很高的安全性。
作者：	邹准
专业：	材料学
导师：	袁象恺
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东华大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文