机械工程学报

作者：于天, 刘志成, 李瑶, 万晓飞, 焦宗夏, 尚耀星

单位：1. 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 北京 100191;2. 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室 北京 100191;3. 北京航空航天大学宁波创新研究院 宁波 315800;4. 北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院 北京 100191

关键词：液压缸,碳纤维,热-力耦合,各向异性,温度分布,热应力；

基金：国家自然科学基金青年基金(52105047)和国家重点研发计划 (2018YFB2000700)资助项目。

碳纤维液压缸可有效减轻液压系统重量，是移动装备液压驱动系统节能减排的新手段。碳纤维复合材料的应力特性与热膨胀系数存在极强的各向异性，使得相邻不同角度复合材料铺层之间会产生较大的应力、应变差异。因此碳纤维液压缸的热-力耦合分析相比起传统金属油缸尤为重要，但相关研究缺乏不同油液温度下碳纤维液压缸的力学性能分析。建立层合筒径向温度分布模型与热-力耦合模型，解算额定内压、不同温度梯度下的碳纤维层合筒应力分布与缸体内径变形，并进一步通过失效准则对碳纤维液压缸的安全性能进行分析。建模与分析对象为课题组提出的某型碳纤维液压缸的纤维增强层。研究发现热负载会在碳纤维横截面方向产生压应力，抵消由内压在此方向上产生的拉应力，提高纤维增强层的安全系数；缸体内径变形量减小，满足密封要求。碳纤维液压缸热-力耦合分析可有效指导碳纤维液压缸筒设计。

来源：2025年第8期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2025年第8期