10kWh復合材料飛輪轉子輪緣的結構設計.pdf

1、飛輪儲能作為一種新型、高效的儲能方式，應用前景廣闊。復合材料飛輪轉子是飛輪儲能系統(tǒng)的重要組成部分，在工作時需完成能量的儲存和釋放。對整個飛輪儲能系統(tǒng)而言，其儲能量的大小與復合材料飛輪轉子的結構密切相關，因此為了提高儲能密度，對復合材料飛輪轉子的結構進行設計研究具有重要理論意義與實際應用價值。
　　本文根據10kWh復合材料飛輪儲能系統(tǒng)的整體設計要求，以復合材料飛輪轉子輪緣為研究對象，利用ANSYS有限元軟件，在16000r/min

2、的轉速下，分析了輪緣環(huán)數、過盈量、各環(huán)厚度及錐度等因素對金屬輪轂等效應力和復合材料輪緣徑向應力的影響，并按照分析結果實際制作了復合材料輪緣。
　　計算結果表明：當輪緣環(huán)數為單環(huán)時，只有輪緣內表面的部分纖維層受到壓應力作用，當輪緣環(huán)數增加到三環(huán)時，除了輪緣最外層的部分纖維，幾乎整個輪緣都處在壓應力區(qū)，故增加環(huán)數可使復合材料輪緣壓應力區(qū)域面積變大。當兩環(huán)復合材料飛輪轉子內環(huán)過盈量由0.2mm增加到0.4mm，外環(huán)過盈量由0.3mm增加

3、到0.5mm時，輪緣壓應力區(qū)域的面積明顯增大，可見過盈量數值越大，復合材料輪緣壓應力區(qū)域的面積就越大。當三環(huán)復合材料飛輪轉子內、中、外環(huán)厚度由大到小設置時轉子的力學性能最差，整個輪緣因內環(huán)厚度太大無法滿足工作要求，等厚度復合材料飛輪轉子在工作時，整個輪緣基本都處在壓應力區(qū)，內、中、外環(huán)厚度比由小到大設置時復合材料輪緣雖能滿足工作要求，但與等厚度復合材料輪緣相比，整個輪緣受到的拉應力區(qū)域面積較大。錐度的變化對輪緣的徑向應力分布影響甚小。輪