本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能密度分析　出處：《太原科技大學(xué)》2012年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：飛輪儲(chǔ)能是一種新型無(wú)污染的綠色能源技術(shù),為了提高飛輪的儲(chǔ)能密度，多采用高比模量、高比強(qiáng)度的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來(lái)制備飛輪轉(zhuǎn)子。復(fù)合材料是各向異性材料,通常所說(shuō)的復(fù)合材料飛輪的強(qiáng)度高實(shí)際上是指纖維方向（環(huán)向）強(qiáng)度高，但垂直于纖維方向的橫向強(qiáng)度（徑向）較低，為解決飛輪轉(zhuǎn)子徑向強(qiáng)度不足的問(wèn)題，現(xiàn)在有一些研究采用多個(gè)薄圓環(huán)過(guò)盈套裝或預(yù)應(yīng)力纏繞等技術(shù)。若多環(huán)復(fù)合材料圓環(huán)采用過(guò)盈裝配技術(shù)，雖然過(guò)盈裝配工藝能提高飛輪的轉(zhuǎn)速，但是薄圓環(huán)的加工難度大，制造工藝要求非常嚴(yán)格，，導(dǎo)致飛輪的成本過(guò)高，限制了其普及和應(yīng)用；預(yù)應(yīng)力纏繞在預(yù)緊壓應(yīng)力的作用下，也會(huì)面臨剛度屈曲問(wèn)題。本論文利用復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性，從模量比出發(fā)來(lái)研究復(fù)合材料飛輪的儲(chǔ)能密度，期望從材料利用方面使儲(chǔ)能密度最大化。 首先拋開(kāi)復(fù)合材料的纏繞工藝，以材料的環(huán)向與徑向模量比λ作為參量，利用ANSYS有限元分析軟件，對(duì)給定尺寸不同材料的單環(huán)及多環(huán)同構(gòu)和多環(huán)異構(gòu)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行數(shù)值模擬，得出飛輪轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的徑向和環(huán)向應(yīng)力分布規(guī)律，討論飛輪結(jié)構(gòu)（單環(huán)或多環(huán)）及材料特性（λ值不同）對(duì)應(yīng)力分布的影響,通過(guò)調(diào)整λ值來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力場(chǎng)的較好分布。然后利用基于有限元的應(yīng)力分析迭代算法求出飛輪轉(zhuǎn)子的極限轉(zhuǎn)速，進(jìn)而計(jì)算各種情況下飛輪轉(zhuǎn)子的儲(chǔ)能密度，探討模量比λ與儲(chǔ)能密度的關(guān)系。 通過(guò)本文的分析得出如下結(jié)論：金屬材料飛輪轉(zhuǎn)子的儲(chǔ)能密度遠(yuǎn)小于λ2的復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的儲(chǔ)能密度；多環(huán)飛輪轉(zhuǎn)子的儲(chǔ)能密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單環(huán)飛輪轉(zhuǎn)子的儲(chǔ)能密度，多環(huán)同構(gòu)轉(zhuǎn)子的環(huán)數(shù)越多，儲(chǔ)能密度越大，且隨著環(huán)數(shù)的增多，儲(chǔ)能密度增加的幅度越大。所以在工藝許可范圍內(nèi)增加環(huán)數(shù)是有必要的；對(duì)于多環(huán)同構(gòu)飛輪轉(zhuǎn)子，儲(chǔ)能密度隨λ值增大而增大，即選擇模量比較大的復(fù)合材料做飛輪轉(zhuǎn)子是不錯(cuò)的選擇；對(duì)于多環(huán)異構(gòu)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子，選用從內(nèi)徑到外徑λ逐漸增大的鋪層順序比較好。
[Abstract]:Flywheel energy storage is a new pollution-free green energy technology. In order to improve the energy storage density of flywheels, high speed modulus and high specific strength fiber reinforced composite materials are used to prepare flywheel rotor. The composite material is anisotropic material, the composite flywheel usually the high strength actually refers to the fiber direction (tangential) high strength, but the transverse strength perpendicular to the fiber direction (Jing Xiang) is low, in order to solve the problem of insufficient strength of flywheel rotor Jing Xiang, there are a number of studies using a plurality of thin circular ring interference or pre-stressed winding technology. If the polycyclic composite rings by interference assembly technology, although the assembly process can increase the rotational speed of the flywheel, but the processing difficulty of thin ring, the manufacturing process is very strict, leading to the flywheel high cost limits its popularization and application; pre stressed winding in the tight compressive stress under the action of will facing stiffness buckling. In this paper, the energy storage density of composite flywheel is studied based on the design of composite materials and the modulus ratio. We expect to maximize the storage density from the aspect of material utilization.
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TH133.7

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本文編號(hào)：1338374