镀铝碳纤维仿真分析及其对发动机连杆性能的影响

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当前我国碳纤维复合材料产业正处在由发展壮大向产业成熟过渡的关键时期。与传统树脂基碳纤维相比,铝基碳纤维具有防辐射、导电性能好等特点,目前已成为最具发展潜力的复合材料之一。在实际工程中,碳纤维的应用可以明显减轻设备重量,提高设备的机械性能。镀铝碳纤维作为铝基碳纤维复合材料的其中一种形式,研究其力学性能,具有重要的实际应用价值。本文针对镀铝碳纤维对发动机连杆性能的影响,归纳了有关碳纤维复合材料的国内外发展应用概况,并着重完成了以下方面的研究:1.使用Pro/E软件依据镀铝碳纤维丝束结构参数与纱线尺寸参数,建立镀铝碳纤维丝束及织物三维模型,为后续拉伸、冲击有限元模拟分析作铺垫;2.结合拉伸试验与仿真分析方法,探讨了镀铝碳纤维丝束及其平纹织物的力学性能,所得试样应力-位移仿真曲线与实验曲线上升趋势较吻合,且镀铝碳纤维丝束拉伸强度的模拟值与实验值的相对误差仅为3.3%,验证了模型的正确性以及仿真分析的可行性;3.使用有限元软件ABAQUS/CAE建立镀铝碳纤维层合板、镀铝碳纤维织物冲击仿真模型,从冲击力、位移、能量变化层面探究镀铝碳纤维层合板和镀铝碳纤维织物抗冲击变形能力,相比于织物形式,层合板形式结构更加稳定完整,受力更加均匀,变形量小;4.探究了镀铝碳纤维层合板及金属板(42Cr Mo)在大变形条件下的力学表现,镀铝碳纤维层合板的抗拉强度值为1531MPa,金属板的抗拉强度值为961.8MPa,结合应力云图与数值曲线,确定了镀铝碳纤维材料比模量高、比强度高的特点;5.基于ABAQUS线性摄动分析步方法,对金属材料连杆以及镀铝碳纤维材料连杆进行模态计算与分析,两种材料的连杆振动主要表现形式均为水平弯曲振动,这符合振动理论,且一阶固有频率均在2000Hz以上,远大于发动机连杆正常工作频率,能够有效的避开共振区;6.考虑连杆、螺栓之间作用力的传递及相互约束关系,利用ABAQUS软件分别对金属材料连杆、镀铝碳纤维材料连杆在预紧工况、爆压工况下的受力进行结构强度分析,其应力分布与实际工况相符合,同时满足材料屈服强度要求。本文围绕着镀铝碳纤维丝束、镀铝碳纤维织物及层合板形式等进行了探索,对金属材料连杆、镀铝碳纤维材料连杆进行了模态以及结构强度分析,为镀铝碳纤维材料的实际应用提供了参考。
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