10kWh復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子輪緣的結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、飛輪儲能作為一種新型、高效的儲能方式，應(yīng)用前景廣闊。復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子是飛輪儲能系統(tǒng)的重要組成部分，在工作時需完成能量的儲存和釋放。對整個飛輪儲能系統(tǒng)而言，其儲能量的大小與復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此為了提高儲能密度，對復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計研究具有重要理論意義與實際應(yīng)用價值。
　　本文根據(jù)10kWh復(fù)合材料飛輪儲能系統(tǒng)的整體設(shè)計要求，以復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子輪緣為研究對象，利用ANSYS有限元軟件，在16000r/min

2、的轉(zhuǎn)速下，分析了輪緣環(huán)數(shù)、過盈量、各環(huán)厚度及錐度等因素對金屬輪轂等效應(yīng)力和復(fù)合材料輪緣徑向應(yīng)力的影響，并按照分析結(jié)果實際制作了復(fù)合材料輪緣。
　　計算結(jié)果表明：當(dāng)輪緣環(huán)數(shù)為單環(huán)時，只有輪緣內(nèi)表面的部分纖維層受到壓應(yīng)力作用，當(dāng)輪緣環(huán)數(shù)增加到三環(huán)時，除了輪緣最外層的部分纖維，幾乎整個輪緣都處在壓應(yīng)力區(qū)，故增加環(huán)數(shù)可使復(fù)合材料輪緣壓應(yīng)力區(qū)域面積變大。當(dāng)兩環(huán)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)過盈量由0.2mm增加到0.4mm，外環(huán)過盈量由0.3mm增加

3、到0.5mm時，輪緣壓應(yīng)力區(qū)域的面積明顯增大，可見過盈量數(shù)值越大，復(fù)合材料輪緣壓應(yīng)力區(qū)域的面積就越大。當(dāng)三環(huán)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子內(nèi)、中、外環(huán)厚度由大到小設(shè)置時轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能最差，整個輪緣因內(nèi)環(huán)厚度太大無法滿足工作要求，等厚度復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子在工作時，整個輪緣基本都處在壓應(yīng)力區(qū)，內(nèi)、中、外環(huán)厚度比由小到大設(shè)置時復(fù)合材料輪緣雖能滿足工作要求，但與等厚度復(fù)合材料輪緣相比，整個輪緣受到的拉應(yīng)力區(qū)域面積較大。錐度的變化對輪緣的徑向應(yīng)力分布影響甚小。輪