纤维缠绕复合材料传动轴的优化设计

摘要

随着碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)在汽车制造领域应用范围的不断扩大以及轻量化概念的深入人心，汽车正朝着轻量化的方向发展。复合材料因为在汽车工业方面具有轻质和高强的特点且有比较典型的四大优势：自身减重；使系统减重和集成化功能；使系统的制造、安装和维修简化；具有减振降噪效果。而传动轴作为汽车中非常重要的部件，采用复合材料对其进行优化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。
　　本文首先介绍了国内外复合材料传动轴的研究现状以及经典层合板理论；其次建立了传动轴的数值计算模型并介绍了ANSYS中的优化方法以及遗传(Genetic algorithm，简称GA)算法，第三以传动轴的缠绕角度、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；最后，应用了GA优化算法对传动轴进行了优化，并对三种优化算法所得到的结果进行了对比。结果表明：尽管二者均可对传动轴进行优化设计，但GA优化算法得到的结果更加理想，即缠绕角度和缠绕厚度更加合理，可满足传动轴轻质高强的工程要求。最后根据GA优化的结果结台动轴应用中的实际受载情况，设计了传动轴的缠绕角度及层教并通过仿真计算证明了本文设计的传动轴可以满足工程实际要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究综述

1.3 本文主要内容、研究目的及意义

2 纤维缠绕复合材料传动轴的分析方法

2.1 复合材料的经典层合板理论

2.2 本章小结

3 纤维缠绕复合材料传动轴的有限元模型及优化方法

3.1 纤维缠绕复合材料传动轴的有限元模型

3.2 ANSYS中的优化方法

3.3 GA优化算法

3.4本章小结

4 零阶和一阶方法优化过程及结果讨论

4.1 设计变量、状态变量和目标函数

4.2 优化结果与讨论

4.3 结果讨论

4.4 本章小结

5 GA算法优化过程及结果讨论

5.1 优化过程

5.2 优化结果与讨论

5.3 本章小结

6 工程实际应用中的传动轴设计及分析

6.1 传动轴设计

6.2 传动轴安全性能分析

6.3 工程实际应用中的传动轴设计

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

在校学习期间发表的论文