基于復(fù)合材料的飛輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、將高速運(yùn)轉(zhuǎn)的飛輪所擁有的能量以機(jī)械能的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，待需要時(shí)再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜硎且环N應(yīng)用價(jià)值較高的儲(chǔ)能方式。因其具有一系列如儲(chǔ)能密度高、對(duì)環(huán)境零污染、可用年限長等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛青睞。作為儲(chǔ)能飛輪系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)合理性直接關(guān)系到飛輪的儲(chǔ)能價(jià)值。
　　本文預(yù)測(cè)了玄武巖纖維復(fù)合材料的物理性能參數(shù)、確定了轉(zhuǎn)子輪轂材料和鋪層角度。采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)玄武纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)子、玻璃纖維轉(zhuǎn)子、芳綸纖維轉(zhuǎn)子和碳纖維轉(zhuǎn)子的單層結(jié)

2、構(gòu)進(jìn)行了分析。當(dāng)過盈量為0.2 mm時(shí)，玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維復(fù)合材料均不適合作為輪緣材料，碳纖維復(fù)合材料可以作為輪緣材料。當(dāng)過盈量增加到0.5 mm時(shí)，玻璃纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)子因安全性較差不適合作輪緣材料，其余三種纖維材料符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，本文分別對(duì)玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維的單層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速進(jìn)行了預(yù)測(cè)，玄武巖纖維復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速為16000rpm、芳綸纖維的最大轉(zhuǎn)速為17500rpm、碳纖維復(fù)合材

3、料飛輪轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速為23000rpm。
　　同時(shí)，本文也對(duì)玄武巖纖維/玄武巖纖維和玄武巖纖維/碳纖維的雙層復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示，同構(gòu)玄武巖纖維復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的徑向壓應(yīng)力要低于異構(gòu)玄武巖纖維復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子，雙層結(jié)構(gòu)能夠降低徑向拉應(yīng)力，增加了復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的可靠性。其環(huán)向應(yīng)力不連續(xù)，最大環(huán)向應(yīng)力值出現(xiàn)在外層材料內(nèi)表面。分層優(yōu)化結(jié)果顯示，等厚分層輪轂應(yīng)力最小，其輪緣為徑向壓應(yīng)力。內(nèi)外層厚度比為2.33: