復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的失效分析與強(qiáng)度預(yù)測(cè).pdf

1、隨著國(guó)際能源形勢(shì)緊張和環(huán)境問題日益突出，人們對(duì)新能源的需求越來越迫切。復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能密度高、比強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、新能源汽車等方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，因此，對(duì)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行失效分析和強(qiáng)度預(yù)測(cè)具有重要的工程意義。
　　基于三維逐漸損傷理論和材料剛度退化準(zhǔn)則，本文針對(duì)兩類常用的復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子:纖維纏繞復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子和多環(huán)過盈裝

2、配復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子，在驗(yàn)證了采用ANSYS對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析正確性的基礎(chǔ)上，采用ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL分別建立了參數(shù)化損傷模型，并分別進(jìn)行三維逐漸損傷過程的可視化模擬和強(qiáng)度預(yù)測(cè)，具體的研究?jī)?nèi)容如下。
　　(1)對(duì)于纖維纏繞復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子，在分別驗(yàn)證采用ANSYS分析纏繞過程中施加預(yù)緊力時(shí)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子初應(yīng)力分布的正確性以及三維損傷計(jì)算模型的正確性之后，采用APDL建立了纖維纏繞復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的參數(shù)化損傷模型，并進(jìn)行了

3、損傷過程的可視化模擬和強(qiáng)度預(yù)測(cè)，得到了復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的初始失效轉(zhuǎn)速和最終失效轉(zhuǎn)速，同時(shí)討論了纏繞預(yù)應(yīng)力和纏繞層數(shù)對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子失效過程的影響。計(jì)算結(jié)果表明，纖維纏繞復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的失效過程為:飛輪轉(zhuǎn)子首先在中部發(fā)生基體拉伸開裂失效，隨著轉(zhuǎn)速的增加，在轉(zhuǎn)子的外徑處發(fā)生纖維拉伸斷裂，導(dǎo)致飛輪發(fā)生爆破失效，并且飛輪的最終失效轉(zhuǎn)速要遠(yuǎn)高于初始失效轉(zhuǎn)速。當(dāng)纏繞層數(shù)不變時(shí)，增加纏繞預(yù)應(yīng)力能提高飛輪轉(zhuǎn)子的初始失效轉(zhuǎn)速，但對(duì)最終失效轉(zhuǎn)速?zèng)]有影響;當(dāng)纏繞

4、預(yù)應(yīng)力不變時(shí)，增加纏繞層數(shù)，對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子的初始失效轉(zhuǎn)速?zèng)]有影響，而最終失效轉(zhuǎn)速卻隨著纏繞層數(shù)的增加而改變，但變化幅度很小。
　　(2)對(duì)于多環(huán)過盈裝配復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子，在分別驗(yàn)證采用ANSYS分析兩環(huán)過盈裝配復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子初應(yīng)力分布的正確性以及三維損傷計(jì)算模型的正確性之后，采用APDL建立了多環(huán)過盈裝配復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的參數(shù)化損傷模型，在考慮三種不同最終失效形式的基礎(chǔ)上進(jìn)行漸進(jìn)損傷過程的模擬和強(qiáng)度預(yù)測(cè)，得到了復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的初始