针对矿用单体液压支柱在煤矿井下使用过程中因质量大而不便搬运导致作业效率低的问题,结合碳纤维与低合金钢复合材料,提出一种复合型矿用单体液压支柱轻量化设计方法。从材料和工艺角度,掌握了复合型单体液压支柱产品设计方法,形成了产品生产工艺流程,通过了产品性能试验。试验结果表明,产品不仅质量轻,还具有强度高、耐腐蚀等优势。

为了进一步提升电主轴的加工性能,以常见的A02型电主轴为分析对象,使用热膨胀系数小以及减振性能优异的碳纤维材料替换芯轴的不同部位,以此设计4种碳纤维-金属复合芯轴,探讨其对A02型电主轴的影响。通过有限元分析,对4种碳纤维-金属复合芯轴和常规钢芯轴的动态特性和热特性进行评估。结果表明全碳纤维芯轴的性能最佳,而心部碳纤维芯轴可以在避免使用大量碳纤维材料的基础上实现与全碳纤维芯轴相近的效果;外侧碳纤维芯轴具有成熟的加工工艺,可以直接进行加工试验。列举了几种碳纤维-金属复合芯轴已有或具备可行性的加工方案,为碳纤维材料与电主轴结构更好地结合提供参考。

针对我国的纤维铺放技术还处于起步阶段,在对异型件大曲面的铺放研究相对于国外还比较落后,目前还不能实现在数控铺放机上对其进行铺放。设计一种七自由度碳纤维自动铺放装置,采用龙门架结构作为移动机构,设计机械臂作为旋转关节,而辅助机构主要由铺放头承担。之后对铺放设备关键零部件利用SolidWorks Simulation进行静力学分析及模态分析,然后优化设计结构,最后对设备进行运动仿真。验证结果表明符合设计强度要求,能够快速响应动作。设计与仿真结果能够为今后碳纤维自动铺放装置的设计与研究提供一定的参考意义。

为分析发泡剂掺量、粉煤灰掺量对试件抗压强度、吸水率、导热系数、干密度的影响,开展了泡沫混凝土的配制和粉煤灰改性试验。结果表明,随发泡剂掺量增加,泡沫混凝土试件的强度、吸水率、干密度呈下降趋势,发泡剂掺量为1.25%时,泡沫混凝土试件的导热系数为0.2105 W/(m·K)、吸水率为18.3%,均达到最低值;随粉煤灰掺量增加,改性试件的强度下降、吸水率提高,导热系数和干密度均先升后降;粉煤灰掺量低于30%时,微集料效应明显;若提高粉煤灰掺量,会形成更多水化物,使导热系数下降。复合改性时,掺加碳纤维可提高试件强度,但若掺量过多,则会导致强度逐步下降;导热系数随碳纤维掺量的增加逐步下降。改性前后,各组试件的性能均满足规范要求。

针对大型的碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构，研究采用光纤布喇格光栅测量结构应变场分布，提出采用最小二乘支持向量机（LS—SVMs）建立应变场-损伤非线性黑箱模型辨识结构损伤法，对典型的飞机碳纤维复合材料盒段壁板结构进行健康监测研究。针对大尺寸带有加强桁条和螺钉通孔的复杂结构盒段壁板试件，建立了7个点的布喇格光栅应变测量网络测量试件有代表性区域的应变场。通过施加280个不同的点载荷模拟损伤，建立应变场与损伤的非线性映射关系黑箱模型；采用LS-SVMs的黑箱模型辨识法对应变场进行有效辨识，准确地判别出280种结构损伤的位置和程度。

介绍了一种自适应调整微开模位置的碳纤维复合材料液压机,该液压机是天锻压力机有限公司根据用户的工艺要求而专门设计、制造的,主要适用于HP-RTM、HP-CRTM电池盒盖的复合材料模压工艺,也可适用于SMC、BMC等热固性复合材料的模压工艺,广泛使用于卡车高顶等零部件、建筑材料和卫浴洁具等行业中。

碳纤维复合材料具有轻质、高强等优异性能,被广泛应用于机械设备当中,液压系统中液压缸质量是制约其效率的主要因素之一,液压缸主要由缸筒体、活塞杆和密封结构组成,其中质量减轻最为关键的部件是液压缸筒体,为此液压缸轻量化技术主要通过碳纤维缠绕成型制作液压缸筒体实现,随后与其他部件装配构成碳纤维复合材料液压缸。综述国内外金属/非金属内衬式筒体、全复合材料液压缸筒体最新研究进展,分析国内外碳纤维液压缸筒体的特点;其次对碳纤

采用有限元法分别建立碳纤维束微观结构模型和2.5D碳纤维织物增强碳基复合材料单胞结构模型,计算稳态热边界条件下的碳纤维束等效热导率和碳基复合材料等效热导率,研究碳纤维直径和单丝间距对碳纤维束轴向、径向热导率及碳基复合材料沿厚度方向热导率的影响。结果表明,基体碳的热导率介于碳纤维的径向热导率和轴向热导率之间;纤维束横截面积一定时,随碳纤维直径增大,纤维束轴向热导率升高,径向热导率降低,碳基复合材料沿厚度方向热导率降低;随单丝间距增加,纤维束轴向热导率降低,径向热导率升高,碳基复合材料沿厚度方向热导率升高。

介绍了碳纤维材料的性能以及碳纤维编织填料的成型工艺、性能试验结果;列举了碳纤维密封填料的应用实例。

论述了改性聚四氟乙烯材料的特点以及在水压传动中的应用优势。结合水压元件用材原则和聚四氟乙烯材料的自身磨损特性，合理地选择改性原料，使其更好地应用于水压传动中。