1、目的及意义

1.1国内外研究现状

碳纤维复合材料是以碳纤维作为增强体，碳，树脂，陶瓷和金属等作为基体所形成的一种新型固体材料。碳纤维复合材料不仅密度低，比强度大，比模量高，高温性能好，热稳定性高，而且具有可设计性。

碳纤维生产制造方面，近年来我国碳纤维生产能力及成型制造技术不断提高，但相比国外发达国家，国内企业仍未完全掌握碳纤维生产的核心技术，绝大部分高性能碳纤维复合材料都长期依赖进口。制约我国碳纤维复合材料发展主要存在两个方面的问题：①原丝生产技术落后，我国企业所生产的原丝性能不稳定，易发生缠结、断丝等问题，从而影响碳纤维产品的质量，增加制造成本。②制件成型技术落后，大量使用人工铺贴及热压罐成型工艺，产品质量不稳定，成本过大。^[1]

碳纤维复合材料的结构设计方面，随着计算机技术以及有限元理论的不断发展，国外在复合材料传动轴结构设计和仿真中越来越多地使用到ANSYS，ABAQUS等有限元软件或ESA Comp等复合材料专用设计软件。Mutasher^[2] 用ANSYS对混合铝-碳纤维复合材料传动轴的扭转强度进行分析预测，结果表明有限元计算的结果与实验结果比较一致。Sino等采用梁单元有限元模型对复合材料（铺层顺序，纤维方向，横向剪切效应）的影响很大。

碳纤维增强复合材料在交通运输方面的应用主要包括汽车骨架，螺旋桨芯轴，轮毂，缓冲器，弹簧片，引擎零件以及船舶的增强材料等，尤其在汽车方面的应用更是潜力巨大。

世界上最大的碳纤维生产企业日本东丽公司，2011年推出了电动概念车TEE-WAVE AR1，使用了约0.16t的碳纤维增强树脂基复合材料，母材包含热固性树脂和热塑性树脂两种。在超越普通同款式车辆的刚性，碰撞安全性的同时，减少了0.55t左右的钢板用量。^[3]

现代船舶在向大型化发展的同时，其动力设备也随之大功率化。从二十世纪九十年代开始，西方发达国家在船舶设计制造中，开始考虑在传动轴系中实用碳纤维复合材料传动轴。国外主要有德国的Centa，奥地利的geislinger，德国的Vulkan等公司生产研发船用碳纤维复合材料传动轴。Centa将碳纤维管状复合材料用于制作高速客船上的传动组合轴以传送螺旋桨的推力，以满足质轻，降噪，降低热力膨胀，增大跨距，降低轴承数量及重量（也节省船体轴承座结构）等设计要求，同时具有使用寿命长，不锈钢，无损耗，不导电，无磁性和免维护等优点。该公司专门开发了一套计算机程序，以便设计出效果最好的纤维铺层结构，使推进轴具有良好的技术特性。^[4]

1.2目的及意义

用强度更高，质量更轻的材料来取代钢材，使传动轴有更好的技术特性。