復合材料飛輪應(yīng)力分析和強度設(shè)計.pdf

1、本文對復合材料飛輪的初應(yīng)力分析和強度設(shè)計理論的研究現(xiàn)狀進行了綜述,指出現(xiàn)有的針對多環(huán)過盈裝配和預加張緊力纏繞的初應(yīng)力分析采用過于簡化的模型或半彈性工程模型,而且缺乏完整性,所給出的過盈量、張緊力與飛輪初應(yīng)力之間的定量關(guān)系與實際情況均存在較大的偏差.為建立較完整的復合材料飛輪應(yīng)力分析和強度設(shè)計的理論和方法,在國家自然科學基金(復合材料飛輪強度設(shè)計理論研究,編號10172085)的資助下,本文圍繞多環(huán)過盈裝配和張緊力纏繞而展開了系統(tǒng)的研究.

2、提出了計及實際過盈量變化分析多環(huán)過盈裝配復合材料飛輪初應(yīng)力的平面應(yīng)力模型和方法,與不計及實際過盈量變化的工程模型相比,該模型更合理;給出了基于疊加原理計算多環(huán)過盈裝配飛輪旋轉(zhuǎn)時總體應(yīng)力的方法,以及保證飛輪旋轉(zhuǎn)時配合界面不脫離的相關(guān)臨界轉(zhuǎn)速的計算方法.將纖維張緊力纏繞看成為多層復合材料薄環(huán)連續(xù)過盈裝配的過程,并在此基礎(chǔ)下,建立了計算纖維張緊力纏繞復合材料飛輪初應(yīng)力的平面應(yīng)力型全彈性模型,進而確定了過盈量與纏繞張緊力之間的解析關(guān)系.基于上述

3、平面應(yīng)力型全彈性模型,提出了張緊力纏繞復合材料厚環(huán)內(nèi)孔卸載后的初應(yīng)力分析方法;并給出了計及內(nèi)孔卸載影響的多厚環(huán)過盈裝配復合材料飛輪初應(yīng)力分析的計算方法.給出了多環(huán)環(huán)間混雜復合材料飛輪離心應(yīng)力的組集系統(tǒng)剛度矩陣算法,以及在此基礎(chǔ)上的初始極限轉(zhuǎn)速算法,三維數(shù)值分析驗證了這些算法的有效性.在此初始極限轉(zhuǎn)速算法中僅采用了徑向強度判據(jù),可以推廣到同時采用徑向和環(huán)向強度判據(jù),也可以推廣到采用界面強度判據(jù);還可以推廣到含初應(yīng)力的情況.利用前述平面應(yīng)力

4、全彈性模型的思想,建立了三維纖維張緊力纏繞復合材料飛輪初應(yīng)力分析模型,并給出了基于面面接觸算法求解張緊力纏繞復合材料飛輪初應(yīng)力的三維數(shù)值方法.分別在平面應(yīng)力型全彈性初應(yīng)力模型和組集系統(tǒng)剛度矩陣的離心應(yīng)力模型(總稱二維模型),以及三維初應(yīng)力分析模型和三維離心應(yīng)力分析模型的基礎(chǔ)上,建立了二維和三維計算飛輪破壞轉(zhuǎn)速的方法;其中三維方法中還采用了兩種強度判據(jù),即基于軸向大部分區(qū)域每層應(yīng)力的平均值判據(jù)和和軸向邊界區(qū)域每層應(yīng)力的最大值判據(jù).對三個復