碳纤维复合材料直升机传动轴设计与分析开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

直升机传动轴是连接发动机和旋翼系统的关键部件，其性能直接影响直升机的安全性、可靠性和飞行性能。

随着对直升机性能要求的不断提高，传统金属传动轴由于其重量大、抗疲劳性能差等缺点逐渐难以满足需求。

碳纤维复合材料以其高比强度、高比模量、抗疲劳性能优异等优点，成为新一代直升机传动轴的理想材料。

2. 本选题国内外研究状况综述

碳纤维复合材料传动轴的设计和制造是近年来国内外研究的热点，其研究成果对推动航空航天技术的发展具有重要意义。

1. 国内研究现状

国内在碳纤维复合材料直升机传动轴领域的研究起步相对较晚，但近年来取得了显著进展。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本研究将以碳纤维复合材料为研究对象，以直升机传动轴为应用背景，系统地开展以下几个方面的研究：
1.碳纤维复合材料力学性能分析：研究碳纤维复合材料的基本性能，包括物理性能、力学性能和热性能等，并在此基础上，研究碳纤维复合材料层合板的力学性能，包括拉伸、压缩、弯曲和剪切等性能，以及层合板的失效准则。

2.直升机传动轴典型工况载荷分析：分析直升机传动轴在不同飞行状态下的载荷情况，包括扭矩、弯矩、轴向力和剪切力等，为传动轴的设计提供依据。

3.直升机传动轴结构设计：根据直升机传动轴的工作环境和性能要求，设计合理的传动轴结构，包括轴径、壁厚、连接方式等。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、数值模拟和试验验证相结合的研究方法，具体步骤如下：
1.文献调研：查阅国内外相关文献，了解碳纤维复合材料传动轴的研究现状、发展趋势以及相关技术，为本研究提供理论基础和技术参考。

2.理论分析：基于碳纤维复合材料力学性能和层合板理论，建立碳纤维复合材料传动轴的力学模型，并推导其力学性能计算公式，为传动轴的设计和优化提供理论依据。

3.数值模拟：利用有限元分析软件，建立碳纤维复合材料传动轴的有限元模型，并对其进行静力学分析、动态特性分析和疲劳寿命预测，分析传动轴的应力分布、变形情况、固有频率、振型以及疲劳寿命等，优化传动轴的设计参数，提高传动轴的性能。

5. 研究的创新点

本研究的创新点在于：
1.将碳纤维复合材料应用于直升机传动轴设计，旨在提高传动轴的性能，降低直升机重量，提高直升机的飞行性能和安全性。

2.提出一种基于多目标优化的碳纤维复合材料传动轴铺层设计方法，以满足传动轴在不同工况下的力学性能要求，并提高传动轴的疲劳寿命。

3.建立一种碳纤维复合材料传动轴疲劳寿命预测模型，为评估传动轴的使用寿命提供理论依据。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 刘彬, 殷树言, 刘勇, 等. 基于复合材料的直升机传动轴设计及优化[j]. 航空动力学报, 2021, 36(3): 529-538.

[2] 张超, 王立峰, 田苗, 等. 基于失效准则的碳纤维复合材料传动轴强度分析[j]. 机械设计与制造, 2020(10): 275-278.

[3] 陈建军, 刘文光, 李建波. 基于ansys的复合材料传动轴强度分析与优化设计[j]. 机械设计与制造, 2020(1): 173-176.