国产碳纤维缠绕复合材料轴类构件可靠性设计.pdf

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1、68期工程塑应用Vo1．41．NO．9ENGINEERINGPLAAPPLCAT。NSep．2013doi：lO．3969／j．issn．1001—3539．2013．09．015国产碳纤维缠绕复合材料轴类构件可靠性设计周冲，王丹勇，陈以蔚，李树虎，魏化震，王荣惠，张春杰(中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031)摘要：使用可靠性随机分析理论与确定性有限元求解技术，建立了一种适合于国产碳纤维缠绕复合材料传动轴构件设计研发的可靠性分析方法。使用该方法，能够有效计算国产碳纤维复合材料轴类构件使用过程可靠性指标以及失效概率，通过对结构响应变量起主要影响作

2、用的随机输入变量分析，确定影响构件质量的主要因素，预测出构件在工作过程中的失效件数，从而给出制备工艺是否需要继续提升的判断依据，为把关构件的合格率提供了理论保障。关键词：复合材料；传动轴；可靠性；有限元；蒙特卡洛法中图分类号：TB330．1文献标识码：A文章编号：1001-3539(2013)09．0068—05ReliabilityDesignforDriveShaftsMadeofDomesticCabronFiberFilament—woundCompositeZhouChong，WangDanyong，ChenYiwei，LiShuhu，WeiH

3、uazhen，WangRonghui，ZhangChunjie(Institute53ofCNGC，Jinan250031，China)Abstract：Themethodofreliabilityanalysisfordesigningdriveshaftsmadeofdomesticcarbonfiberfilament．woundcompositeswaspresentedbycombiningthereliabilitystochasticanalysistheoryanddeterminacyfiniteelementmethod．Therel

4、iabilityanalysiswasaneffectivemethodforcalculatingthereliabilityandfailureprobabilityoftheshaftsmadeofdomesticcarbonfibercomposites．Byanalyzingtherandominputvariableswhichplayedmajorrolesinresponsevariablesofstructure，themainfactorswhichinfluencingthequalityoftheshaftscouldbedete

5、rminedandthefailurepartsoftheshaftsintheprocessofworkingwaspredicted．Therebythejudgementforwhetherthepreparationprocesstechnologybeingneededtocontinuetoimprovewasgiven，whichprovidedatheoreticensuranceforcontrollingthequalificationrateoftheshafts．Keywords：composite；driveshaft；reli

6、ability；finiteelement；Monte—Carlomethod由于碳纤维缠绕复合材料具有良好的抗振、抗率设计在国内外已经有了许多新的研究成果和实疲劳等优异特性，在连接轴零部件设计中得到广泛际应用。美国NASA在2O世纪60年代中期便提应用。众多研究人员发现，将制备轴类构件的金属出机械部件应使用强度干涉模型进行可靠性概率材料替换为碳纤维缠绕复合材料，可在总体结构自设计[11；LiuPeiling等f2将可靠性指标的Racwitz重得到大幅减轻的同时，降低噪声，减少传动系统能Fisseler迭代算法与随机有限元法相结合，计算了构量损失，并提高

7、其抗振性能。件结构的可靠度；K．Bae等研究了弹性模量、厚目前，随着国内生产技术水平的不断提高，国度及载荷为不确定参数的平面可靠性拓扑优化问内相继建成了一些能年产过百吨甚至千吨的碳纤维题；H．S．Jung等研究了三维几何非线性结构的可生产基地，大量国产碳纤维将用于制备复合材料轴靠性拓扑优化问题；陈亮建立了适合工程应用的类等构件。然而由于国产碳纤维在材料性能、质量板壳有限元一阶摄动随机有限元的可靠度方法；刘一致性、工艺性能等方面与进口碳纤维相比仍存在李[6结合可靠性分析方法和理论，对起重机金属结一定差距，并且其材料自身力学性能离散性非常大，构的安全性进行了

8、可靠性评价。到目前为止，世界常规设计方法已不再适用于国产碳纤维增强复合材各国也相