基于碳纤维复合材料轻木夹芯结构的起重机副臂架设计

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20210928.009

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (9): 62-67.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210928.009

基于碳纤维复合材料轻木夹芯结构的起重机副臂架设计

马泽超¹, 胡业发^1*, 冯正峰², 徐胜风¹, 阎冬¹

1.武汉理工大学机电工程学院,武汉 430070;
2.三一起重机研究院,长沙 410000

收稿日期:2020-11-16 出版日期:2021-09-28 发布日期:2021-10-13
通讯作者: 胡业发(1961-),男,教授,博导,主要研究方向为磁悬浮技术,huyefa@whut.edu.cn。
作者简介:马泽超(1995-),男,硕士研究生,主要研究方向为复合材料应用。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(5197051348)

Design of crane jib frame based on sandwich structure of carbon fiber reinforced plastic and balsa wood

MA Ze-chao¹, HU Ye-fa^1*, FENG Zheng-feng², XU Sheng-feng¹, YAN Dong¹

1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;
2. Sany Crane Research Institute, Changsha 410000, China

Received:2020-11-16 Online:2021-09-28 Published:2021-10-13

摘要/Abstract

摘要： 针对汽车起重机臂架轻量化设计需求,设计了一种碳纤维复合材料轻木夹芯结构的汽车起重机副臂架。碳纤维复合材料密度低,比强度和比模量高,力学性能优异。应用有限元软件ABAQUS对碳纤维复合材料轻木夹芯结构的汽车起重机副臂架进行了结构设计和仿真分析。研究结果表明:碳纤维复合材料轻木夹芯结构副臂架中碳纤维复合材料上、下面板厚度分别为10 mm和8 mm,上、下面板铺层分别为[0/±45/0₂]₁₀和[0/±45/0₂]₈,其强度相比于碳纤维复合材料副臂架的安全裕量更大,同时刚度也满足使用需求,此时复合材料副臂架质量为251.4 kg,质量减轻达到了40%,具有良好的轻量化效果。

关键词: 起重机副臂架, 轻量化, 碳纤维复合材料, 轻木夹芯结构

Abstract: In this paper, in response to the lightweight design requirements of the truck crane boom, a jib boom with a sandwich structure of carbon fiber reinforced plastic and balsa wood for a truck crane is designed. Carbon fiber reinforced plastic is an advanced material with excellent mechanical properties such as low density, high specific strength and high specific modulus,which can reduce the quality of parts. The finite element software ABAQUS is used to carry out structural design and simulation analysis on the jib frame of a truck crane with a carbon fiber composite balsa sandwich structure. The research results show that the thickness of the upper and lower panels of the carbon fiber composite material in the balsa sandwich structure jib frame is 10 mm and 8 mm respectively, and the upper and lower panel plies are [0/±45/0₂]₁₀ and [0/±45/ 0₂]₈. Compared with the carbon fiber reinforced plastic jib frame, its strength has a larger safety margin, and its rigidity also meets the needs of use. At this time, the weight of the jib frame of the sandwich structure of carbon fiber composite material and balsa wood is 251.4 kg, and the weight is reduced by 40%, which has a good lightweight effect.

Key words: truck crane jib, lightweight, CFRP, balsa core structure

中图分类号:

TB332

马泽超, 胡业发, 冯正峰, 徐胜风, 阎冬. 基于碳纤维复合材料轻木夹芯结构的起重机副臂架设计[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(9): 62-67.

MA Ze-chao, HU Ye-fa, FENG Zheng-feng, XU Sheng-feng, YAN Dong. Design of crane jib frame based on sandwich structure of carbon fiber reinforced plastic and balsa wood[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(9): 62-67.

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基于碳纤维复合材料轻木夹芯结构的起重机副臂架设计

Design of crane jib frame based on sandwich structure of carbon fiber reinforced plastic and balsa wood

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