復(fù)合材料飛輪應(yīng)力分析和強(qiáng)度設(shè)計(jì).pdf

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

2、提出了計(jì)及實(shí)際過(guò)盈量變化分析多環(huán)過(guò)盈裝配復(fù)合材料飛輪初應(yīng)力的平面應(yīng)力模型和方法,與不計(jì)及實(shí)際過(guò)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(jì)算多環(huán)過(guò)盈裝配飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)總體應(yīng)力的方法,以及保證飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)配合界面不脫離的相關(guān)臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法.將纖維張緊力纏繞看成為多層復(fù)合材料薄環(huán)連續(xù)過(guò)盈裝配的過(guò)程,并在此基礎(chǔ)下,建立了計(jì)算纖維張緊力纏繞復(fù)合材料飛輪初應(yīng)力的平面應(yīng)力型全彈性模型,進(jìn)而確定了過(guò)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(fù)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(jì)及內(nèi)孔卸載影響的多厚環(huán)過(guò)盈裝配復(fù)合材料飛輪初應(yīng)力分析的計(jì)算方法.給出了多環(huán)環(huán)間混雜復(fù)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(yàn)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(qiáng)度判據(jù),可以推廣到同時(shí)采用徑向和環(huán)向強(qiáng)度判據(jù),也可以推廣到采用界面強(qiáng)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(fù)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(fù)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(jì)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(qiáng)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(duì)三個(gè)復(fù)