10kWh飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著能源問(wèn)題日益嚴(yán)重，人們對(duì)提高能源利用率、減少能源浪費(fèi)更加關(guān)注，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)作為一種比較新型的清潔儲(chǔ)能方式，越來(lái)越受到能源界研究人員的重視。而如何通過(guò)對(duì)飛輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能密度成為飛輪儲(chǔ)能研究的主要問(wèn)題，所以本文以10kWh飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)為背景，基于提高系統(tǒng)儲(chǔ)能密度對(duì)飛輪材料、結(jié)構(gòu)、尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)仿真分析驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)的正確性。
　　本文根據(jù)10kWh飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，為提高系統(tǒng)儲(chǔ)能密度對(duì)

2、飛輪進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。首先根據(jù)儲(chǔ)能指標(biāo)的需求，對(duì)飛輪的材料進(jìn)行選擇，確定以金屬輪轂和復(fù)合材料輪緣來(lái)制備復(fù)合材料飛輪。其次根據(jù)10kWh額定轉(zhuǎn)速要求，發(fā)現(xiàn)單層復(fù)合材料輪緣無(wú)法滿足其強(qiáng)度要求。最后為提高復(fù)合材料飛輪徑向強(qiáng)度，選擇三層復(fù)合材料圓環(huán)過(guò)盈連接的方式制備復(fù)合材料飛輪。
　　按照初步設(shè)計(jì)時(shí)選擇的材料性能和結(jié)構(gòu)形式，對(duì)復(fù)合材料輪緣進(jìn)行應(yīng)力分析，以提高復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能密度為目標(biāo)，采用最優(yōu)化算法中的二次序列規(guī)劃法對(duì)復(fù)合材料輪緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

3、分析。首先因?yàn)檫^(guò)盈配合影響復(fù)合材料輪緣中產(chǎn)生初始?jí)簯?yīng)力，需要對(duì)復(fù)合材料輪緣的初應(yīng)力進(jìn)行分析。其次，基于平面應(yīng)變理論，對(duì)復(fù)合材料輪緣的動(dòng)態(tài)應(yīng)力進(jìn)行分析。對(duì)二次序列規(guī)劃法中的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件進(jìn)行分析，建立系統(tǒng)最優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，對(duì)復(fù)合材料輪緣各層厚度和過(guò)盈量進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。最后根據(jù)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，建立復(fù)合材料輪緣模型，利用ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析。
　　以提高復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能密度為目標(biāo)，在確定復(fù)合材料輪緣結(jié)構(gòu)尺寸后

4、，對(duì)鋁合金輪轂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，首先對(duì)10kWh飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能指標(biāo)進(jìn)行分析，得到輪轂設(shè)計(jì)高度和半徑的關(guān)系式，以及輪轂的應(yīng)力分布表達(dá)式。其次，采用最優(yōu)控制理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，建立飛輪優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，得到飛輪形狀的數(shù)學(xué)解析式，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析得到優(yōu)化后的鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)參數(shù)以確定復(fù)合材料飛輪結(jié)構(gòu)。最后并采用ANSYS對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析，確保復(fù)合材料飛輪的強(qiáng)度符合要求。
　　本文根據(jù)10kWh飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的電磁軸承設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)，