机床与液压

作者：孙咸南，傅连东

单位：武汉科技大学机械工程学院；武汉科技大学机械工程学院；武汉科技大学，冶金装备及其控制教育部重点实验室

关键词：缸筒;轻量化;CFRP;铺层仿真分析

基金：国家自然科学基金面上项目（51975425）

为了达到碳纤维液压缸缸筒轻量化的目的并研究其是否满足强度与刚度要求，运用ANSYS软件中的ACP模块对缠绕层进行铺层角度方案设计，得出在90°铺层之间增加60°铺层更有利于CFRP缠绕层设计。采用ACP模块与实体建模仿真对所设计的缸筒进行应力与变形分析，得出仿真变形差值为5.4%，应力值差值为4.8%。由于这两种方式对铺层角度的仿真结果不同，导致各铺层间的应力最小相差6.31 MPa，最大相差40.27 MPa。为了使求解结果更加贴切实际缠绕操作，提出当采用温度场热应力等效初始缠绕张力时，应将各铺层缠绕过程中的初始应力与ACP仿真和实体建模仿真各铺层应力所产生的差值进行求和。通过该方法，温度场等效应力仿真的剩余应力与计算的剩余应力图形整体基本吻合，优于温度场等效初始缠绕应力仿真的剩余应力。最终，在满足强度与硬度的前提下，缸筒质量由设计前的11.469 kg减少至9.064 6 kg，减轻了20.96%，达到轻量化目的。

来源：2025年第15期

《机床与液压》期刊编辑部

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