种海锋
,
何钦象
,
祖磊
玻璃钢/复合材料
近年来,随着汽车轻量化概念的深入人心,碳纤维复合材料(CFRP)在汽车制造领域应用范围不断扩大.而汽车传动轴是汽车中非常重要的部件,采用复合材料对其进行设计无论是对理论研究还是对工程应用,以及对环境和提升国内汽车制造工业的转型升级,都具有十分重要的意义和巨大的经济价值.本文首先建立传动轴的有限元模型,其次以传动轴的缠绕角度、缠绕层数、缠绕厚度为基本因素,采用ANSYS中的参数化设计语言,分别应用零阶优化方法和一阶优化方法对传动轴进行优化设计,使其缠绕角度和缠绕厚度更加合理.结果表明,本文优化方法可使传动轴满足轻质、高强的工程设计要求.
关键词:
纤维缠绕
,
复合材料
,
传动轴
,
优化设计
祖磊
,
何钦象
,
李辅安
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2006.03.004
由微分几何理论,导出了纤维缠绕圆环壳曲面的滑移和架空判据.基于薄膜理论和网格理论,结合圆环壳几何特征,得到了内压作用下纤维螺旋加环向缠绕圆环壳的平衡方程组,给出了均衡缠绕线型的确定方法.以稳定缠绕条件和壳体强度要求为约束,缠绕层最小质量为优化目标,利用收敛效率较高的序列二次规划算法(SQP)求得了不同爆破压强下的各项最优均衡缠绕参数.文中的设计方法真实反映了环壳结构特征和实际工程设计要求,算例表明可直接应用于纤维缠绕环壳的初步设计.
关键词:
复合材料
,
圆环壳
,
均衡型
,
线型优化
,
序列二次规划
王荣
,
何钦象
,
祖磊
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2014.04.004
基于微分几何推导出了不等极孔椭球类容器纤维缠绕的非测地线稳定缠绕方程,并根据薄膜理论、层合板理论、蔡-吴失效准则得到了赤道处纤维层的最小厚度1.281 7 mm,计算出的纤维方向的应力小于纤维的极限强度3.92 GPa.发现纤维缠绕椭球容器的应力状态是赤道处最先发生破坏,且会出现局部失效现象.以缠绕层最小质量M为目标函数,蔡-吴失效准则为约束条件,在给定内压5 MPa的情况下,得到了优化后的容器质量为34.072 kg.相比于等极孔的容器而言,非测地线缠绕具有高度非线性、不稳定性及精度难以控制等问题.
关键词:
不等极孔
,
纤维缠绕
,
非测地线
,
优化
唐修卿
,
何钦象
,
李辅安
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2010.04.006
应用微分几何理论,建立了纤维复合材料在回转壳封头上稳定缠绕的数学模型,推导出了缠绕角、中心角与轴向坐标之间的微分方程.结合缠绕轨迹在封头上叠带的几何关系,给出了厚度的计算方法.算例表明该计算方法反映了纤维缠绕回转壳封头上厚度的分布规律,可直接应用于结构的初步设计.
关键词:
纤维缠绕
,
微分几何
,
回转壳封头
,
缠绕角
,
厚度
