高速?gòu)?fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝優(yōu)化.pdf

1、飛輪儲(chǔ)能是一種高效、清潔、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的儲(chǔ)能手段,利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子把能量以機(jī)械能的方式儲(chǔ)存起來(lái),待需要時(shí)釋放機(jī)械能實(shí)現(xiàn)能量輸出。目前已應(yīng)用于航空航天、電力調(diào)峰、汽車動(dòng)力補(bǔ)償?shù)戎T多領(lǐng)域。
　　5kWh儲(chǔ)能飛輪一般應(yīng)用于衛(wèi)星、海上燈塔、汽車等設(shè)施上提供能量,所以結(jié)構(gòu)尺寸及重量不宜過(guò)大,這樣就對(duì)轉(zhuǎn)速要求較高。飛輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的邊緣線速度很大,普通金屬承受不了如此大的周向應(yīng)力,所以選擇縱向拉伸模量很高的碳纖維T700/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料

2、作為輪緣材料,輪轂材料為鋁合金7075。飛輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)往往會(huì)由于徑向壓應(yīng)力不夠?qū)е嘛w輪輪轂與輪緣發(fā)生脫離,致使飛輪失效,可以通過(guò)兩種制備手段來(lái)提高飛輪的徑向強(qiáng)度:一是采用張緊力纏繞復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子;二是采用多環(huán)過(guò)盈套裝方法。
　　本文針對(duì)5kWh飛輪的用途和儲(chǔ)能量的要求,給出設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及尺寸,內(nèi)徑50mm,外徑265mm,飛輪轉(zhuǎn)子總質(zhì)量100kg,儲(chǔ)能密度50Wh/kg,額定轉(zhuǎn)速29751rpm,額定儲(chǔ)能量5kWh。利用有限元軟件

3、ANSYS對(duì)設(shè)計(jì)出的飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變分析,模擬飛輪正常充放電過(guò)程,通過(guò)接觸面節(jié)點(diǎn)位移和接觸面徑向應(yīng)力的分析,對(duì)飛輪是否失效作出判斷。
　　采用有限元方法,根據(jù)復(fù)合材料飛輪輪緣實(shí)際制備工藝條件,對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子輪緣的層與層之間的過(guò)盈量進(jìn)行模擬優(yōu)化,計(jì)算出滿足飛輪轉(zhuǎn)子強(qiáng)度及儲(chǔ)能要求的最優(yōu)過(guò)盈量。設(shè)計(jì)飛輪轉(zhuǎn)子復(fù)合材料三環(huán)過(guò)盈套裝工藝,確定復(fù)合材料輪緣三種不用的分層工藝參數(shù),比較飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)力和位移大小,通過(guò)計(jì)算分析得到最優(yōu)