碳纤维复合材料由于其质地轻盈、强度大、刚度高等众多的优点,成为了航天航空、军事工程、医用器材等领域关注的焦点。碳纤维复合材料臂杆由于比传统材料臂杆轻50%以上,但仍能保持相同的力学强度,因此具有广泛的研究价值和实用价值。碳纤维复合材料臂杆能够被应用在空间机械臂、机器人手臂等多种领域。本课题针对碳纤维改性环氧树脂复合材料臂杆的设计和力学性能进行研究与分析。本研究使用氰酸酯树脂对环氧树脂进行改性处理。根据配比的不同,分为#20、#40、#60、#80四个树脂配方。通过旋转流变仪的实验,氰酸酯改性环氧树脂的粘度在温度达到60℃时开始急剧下降。这为湿法缠绕工艺提供了基础。利用接触角测量仪对改性树脂和M55JB碳纤维的浸润性进行分析,发现两者接触角在30°左右,体现了良好的浸润性。界面强度测试结果显示复合材料相容性优良。利用动态热机械分析仪(DMA)对四种类型的改性树脂进行分析,结果显示#20、#40、#60、#80的玻璃化转变温度分别为170℃、176℃、224℃以及209℃。玻璃化转变温度从低到高依次排序为#20<#40<#80<#60,#60交联程度最好。差示扫描量热分析仪(DSC)分析的结果显示#60型号树脂可以有效的提高共固化体系的贮存使用期。然后利用四种树脂配方对树脂浇铸体进行制备。通过常温拉伸等实验,对树脂浇铸体的力学性能进行了分析。最终选定#60型号树脂制备复合材料臂杆。同时确定了复合材料的固化制度:在120℃环境下加热两个小时,然后在180℃环境下加热4个小时。采用湿法缠绕的方式制备复合材料单向板。对单向板进行常温拉伸、常温弯曲实验,获取复合材料基本力学性能。然后依据复合材料臂杆的设计准则和减重优化等要求,采用格栅加筋结构设计并制备了复合材料臂杆。建立臂杆的模型,导入有限元软件中。对其静力学问题进行分析,并得到了拉伸模量、弯曲模量、扭转模量等数据。同时有限元分析还可以对材料进行损伤分析,结果显示复合材料臂杆满足设计要求,没有发生材料损伤。通过和实验测出的数据相参照,可以看出有限元分析的结果具有很强的参考性。对复合材料臂杆的模态振型、模态频率等动态力学特性进行有限元分析,获得了复合材料臂杆的固有频率为420.29Hz。根据模态的数据,对复合材料臂杆进行谐响应分析,可以看到当简谐激励接近固有频率时,材料的位移和应力到达最大值。最后对复合材料的随机振动进行有限元分析,结果显示臂杆中轴处的加速度总均方根达到43.32grms。通过将实验测得的数据和有限元分析的数据相对比,有限元分析能够比较准确的获得材料的动态力学性能。