针对泵车变幅液压缸轻量化需求,设计了一种碳纤维复合材料液压缸。主要针对液压缸的缸筒和活塞杆进行了轻量化结构设计,并利用ABAQUS有限元软件对其进行了仿真分析。研究结果表明:对于缸筒,0°铺层可以有效降低缸筒的应力和位移;对于活塞杆,增加90°铺层能够有效提高活塞杆的刚度。同时,相较于金属液压缸,碳纤维复合材料缸筒减重26%,碳纤维活塞杆减重约57%,减重效果明显。

摘要针对航空领域专用的碳纤维复合材料板材，以超声波的声衰减模型为基础，研制了用于孔隙率检测的便携式超声仪器。介绍了检测原理、硬件体系结构和软件的开发思想。仪器采用笔记本电脑控制信号的采集、处理和显示，系统轻巧，便于携带，能够快捷、准确地完成碳纤维复合材料板孔隙率的检测，非常适合现场使用。

从刚度设计的角度出发,利用有限元法对用于某空间光学系统的碳纤维复合材料反射镜面板的铺层进行设计,通过对角度相间步长为15°的铺层所制作的各种面板进行静力学分析,得出了在相同载荷的作用下,采用[0°/60°/-60°]s的铺层形式的反射面板产生的变形最小的结论,进而提出了在使用碳纤维复合材料制作空间光学反射镜时,反射面板铺层设计的一般方法,可以对碳纤维复合材料反射镜的制作提供一些参考.

碳纤维复合材料的整体性能十分优越,在多种场景中都发挥着理想的效果,因此在液压油缸中的应用也受到了广泛的关注。近些年国内外针对碳纤维复合材料的研究越来越多,基于这一材料的轻量化油缸设计也有了许多研究成果,碳纤维复合材料可以有效替代液压油缸中的一些金属构件,加工为碳纤维增强环氧树脂复合材料轻量化油缸。由于碳纤维复合材料的性能优势,以及结构的特殊性,所以可塑性、可设计性非常高,不仅能减少液压油缸的重量,同时复合材料强度高和耐腐蚀、抗磨损等优势也是液压油缸加工生产所需要的重要属性。文章主要围绕液压油缸展开论述,分析碳纤维复合材料在其中的应用。

为研究高速钻削产生的分层缺陷,通过试验,利用分层评定系数和田口方法进行研究,重点分析主轴转速、进给量、钻头直径和钻头刀尖角等参数对分层破坏的影响,试验结果显示进给量和钻头刀尖角对分层有重大的影响,主轴转速和钻头直径对分层影响较小,并获得了最小分层的参数组合。

为了避免加工过程中碳/碳化硅复合材料的异形、深腔燃烧室构件出现分层、撕裂和毛刺等缺陷,提出一种超声辅助锉削加工系统。首先基于多级放大原理,应用传输矩阵法,推导了多级变幅杆的频率方程,并利用MATLAB7.1软件对该频率方程进行求解,实现了多级变幅杆的超声振动;基于薄板弯曲振动原理,应用ANSYS Workbench软件对带有直槽的锉削刀具进行结构优化设计,实现了锉削刀具的超声振动;之后,分别对设计和制造出的超声辅助锉削系统进行有限元分析与振动特性测试,结果显示二者与理论分析结果较好的一致性,谐振频率的误差在0.68%～1.75%。最后,利用研制的超声锉削系统对超声速推进器燃烧室进行切削试验,获得了较好的加工效果。

使用自行研制的超声振动发生系统,对碳纤维复合材料进行了铣削加工实验研究,通过建立瞬时铣削模型,分析超声辅助铣削与传统铣削下纤维束的断裂机理,及在不同加工参数下对切削力、工件表面粗糙度的影响。实验结果表明：随着主轴转速的升高,铣削力和工件表面粗糙度减小;随着进给速度的增加,铣削力和工件表面粗糙度增加;随着切深增加,铣削力和工件表面粗糙度增加。与传统铣削相比,在相同的加工参数下,超声辅助铣削加工铣削力和工件表面粗糙度较小。

为解决碳纤维复合材料（CFRP）的加工难题,采用Deform建立了碳纤维复合材料的本构模型和三维侧铣加工有限元模型,探究了径向切削深度对立式铣刀3个方向的切削力（FX,FY,FZ）、工件表面加工质量、切削温度和切屑分离情况的影响。研究结果表明,当被吃刀量为0.2mm、主轴转速为8 000r/min时,采用0.3mm径向切深能够有效减小切削过程中的切削力并且提高工件表面加工质量、降低切削温度;同时,将模拟结果与有关实验进行对比,发现模拟得到的表面加工质量与实验结果比较吻合。

为研究碳纤维复合材料疲劳行为和应力水平对其疲劳剩余刚度的影响,进行碳纤维复合材料的静拉伸实验和疲劳实验,采用扫描电镜(SEM)观察其断口形貌。结果表明室温下碳纤维复合材料具有很好抗疲劳特性,在48%的极限抗拉强度载荷下的循环数超过106;不同应力水平下的剩余刚度下降程度不同,疲劳前期阶段,高应力水平下的剩余刚度下降程度低,低应力水平下降程度较高;不同应力水平下的剩余刚度阶段界限特征显著度不同,低应力下的阶段界限显著,而高应力下的阶段界限较模糊;断口分析表明,随着应力水平的降低,疲劳失效模式更加复杂,高应力水平下,主要表现为纤维簇断裂,而低应力水平下的失效模式包括纤维和基体断裂、界面脱粘及纤维拔出等。

树脂基碳纤维复合材料具有比强度和比刚度高、密度小、耐高温、耐腐蚀等优良性能。将其应用于汽车引擎盖,在保证刚度等力学性能要求的前提下,能够有效地减轻重量,实现汽车轻量化的目的。文中选择了合适的铺层顺序和铺层角度[90°/45°/0°/-45°/90°],优化了铺层方案,满足了汽车引擎盖的性能要求。从结构方面对碳纤维复合材料汽车引擎盖进行分析,指出其优势和不足,对包括引擎盖在内的汽车覆盖件的设计具有积极的参考意义。