1. 研究目的与意义（文献综述）

碳纤维复合材料是60年代继玻璃纤维后发展起来的一种新型材料，是目前最先进的复合材料之一。在性能方面，碳纤维复合材料具有比强度、比模量大；可设计性强；各向异性性能；抗疲劳性能好；破裂安全性能良好；阻尼减震性好；抗磁、隔音、绝缘；抗腐蚀性。作为一种新型材料，碳纤维复合材料有良好的力学性能和经济性能，己被广泛应用到宇航、火箭、导弹、汽车、化工、纺织、医疗器材等各个领域，碳纤维复合材料传动轴是碳纤维复合材料在汽车上比较成功的应用之一。国内外关于复合材料缠绕成型中缠绕参数的影响的研究比较成熟，同时有限元数字模拟技术具有试验法和理论解析法无法伦比的优势，己经成为结构设计的重要方法。ANSYS在研究分析复合材料结构时由于其结构设计时功能强大、快捷有效，本文采用ANSYS有限元分析的方法对碳纤维复合材料传动轴在ANSYS中的建模、划分网格、施加约束、力学分析等问题进行研究。

汽车传动轴是将发动机的旋转运动和扭矩传递给驱动桥以驱动车辆行驶的重要零部件，在动力传动系统中承受主要作用。传动轴设计一般应满足强度、刚度、临界转速和疲劳等工作要求。寻找强度更高、质量更轻、等同结构的材料来取代钢材一直是汽车行业的发展趋势，而碳纤维复合材料的轻质高强特性满足了汽车行业的需求。使用碳纤维复合材料取代传统钢材来制造汽车的底盘零件和车身，碳纤维复合材料汽车传动轴在满足相同的力学性能的同时，可以减轻汽车的质量，从而减少汽油消耗。一般情况下，当传统传动轴的长度超过lm时，为了避免因临界转速低而产生共振现象，常常将传动轴分成2段。但是，传动轴分成2段后有质量增加、结构复杂、振动加剧等问题。使用碳纤维复合材料制造传动轴，可以将原来的两件传动轴简化成单件，并且减少传动轴质量、降低噪音。在缠绕成型中，碳纤维的缠绕厚度、缠绕方向、缠绕角度、缠绕的顺序等因素对碳纤维复合材料传动轴的性能有很大的影响，国内外许多工程师针对这些参数对缠绕制品的影响做过研究，并且得到了一些结论。本文在此基础上进一步通过ANSYS有限元分析，主要研究分析不同铺层方式下碳纤维复合材料传动轴的变形和应力分布，分析不同铺层角度、顺序、厚度对传动轴扭转性能的影响，确保碳纤维复合材料传动轴的安全性并进行优化设计从而具有更好的经济性能。

2. 研究的基本内容与方案

• 基本内容

  1）分析研究对象的结构特点，研究对象形状的简化、弹性工程参数表示的材料、支承的简化、边界约束的施加、载荷的施加等，进行有限元分析模型的建立；

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  3. 研究计划与安排

  第1～3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确立基本的研究思路，完成开题报告；

  第4～8周：建立基本的有限元分析模型；

  第9～11周：对传动轴的铺层及尺寸进行优化分析；

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  4. 参考文献（12篇以上）

  [1] 胡晶，李晓星，张天敏，等．碳纤维复合材料传动轴承扭性能优化设计[j]．复合材料学报，2009(06)：177-181．

  [2] 赵娟．基于ansys的碳纤维复合材料传动轴的铺层设计[d]．武汉理工大学，2011．

  [3] 马祥禹，张锦光，蔡光胜，等．汽车用碳纤维传动轴结构设计与有限元分析[j]．玻璃钢/复合材料，2017(08)：5-9．

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