基于復合材料的飛輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、將高速運轉(zhuǎn)的飛輪所擁有的能量以機械能的形式進行存儲，待需要時再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜硎且环N應用價值較高的儲能方式。因其具有一系列如儲能密度高、對環(huán)境零污染、可用年限長等優(yōu)點而受到廣泛青睞。作為儲能飛輪系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)合理性直接關(guān)系到飛輪的儲能價值。
　　本文預測了玄武巖纖維復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有限元分析軟件對玄武纖維復合材料轉(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)進行了分析。當過盈量為0.2 mm時，玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維復合材料均不適合作為輪緣材料，碳纖維復合材料可以作為輪緣材料。當過盈量增加到0.5 mm時，玻璃纖維復合材料轉(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)計要求。同時，本文分別對玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維的單層結(jié)構(gòu)復合材料飛輪轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速進行了預測，玄武巖纖維復合材料飛輪轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速為16000rpm、芳綸纖維的最大轉(zhuǎn)速為17500rpm、碳纖維復合材

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