本文關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料飛輪的設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 碳纖維復(fù)合材料飛輪 過(guò)盈量 張緊力制度 模態(tài)分析

【摘要】：飛輪儲(chǔ)能技術(shù)具有儲(chǔ)能密度大、比功率大、充放電快、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等特點(diǎn),在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中脫穎而出。為了提高飛輪的儲(chǔ)能密度,需要提高飛輪的轉(zhuǎn)速,但同時(shí)飛輪的離心應(yīng)力增大,當(dāng)離心應(yīng)力增大到飛輪材料強(qiáng)度極限時(shí),飛輪將發(fā)生破壞。碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度高,可以承受較大的離心應(yīng)力,但碳纖維復(fù)合材料在纖維縱向(環(huán)向)具有高強(qiáng)度,而橫向(徑向)強(qiáng)度較低,所以飛輪的轉(zhuǎn)速主要由纖維橫向強(qiáng)度限制。復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性會(huì)影響飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性,應(yīng)對(duì)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子做模態(tài)分析。因此碳纖維復(fù)合材料飛輪的徑向強(qiáng)度和復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的模態(tài)是復(fù)合材料飛輪設(shè)計(jì)中兩項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。 本文首先分析了儲(chǔ)能飛輪對(duì)材料的要求,介紹了制造復(fù)合材料飛輪常用材料的性能。闡述了復(fù)合材料飛輪的制作工藝,如復(fù)合材料圓環(huán)的纏繞固化工藝,以及多環(huán)過(guò)盈裝配工藝所包含的溫差法和壓入法,為制造復(fù)合材料飛輪提供了具有一定指導(dǎo)意義的工藝方法。 建立了正交各向異性材料軸對(duì)稱問(wèn)題的理論模型,給出了受慣性力作用的正交各向異性圓盤的徑向和環(huán)向應(yīng)力分布規(guī)律。分析了過(guò)盈量與輪緣初應(yīng)力的關(guān)系,并建立了輪轂與輪緣過(guò)盈裝配時(shí),過(guò)盈量與輪緣初應(yīng)力的定量關(guān)系。提出了在多環(huán)過(guò)盈裝配時(shí),合理設(shè)計(jì)內(nèi)層圓環(huán)和外層圓環(huán)過(guò)盈量使輪緣在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的徑向應(yīng)力更加均勻。針對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸有限制的復(fù)合材料飛輪,建立了過(guò)盈量確定準(zhǔn)則。利用ANSYS軟件分析了相關(guān)算例,說(shuō)明有限元法的可行性。通過(guò)分析張緊力纏繞模型,提出了配合多環(huán)過(guò)盈裝配工藝的張緊力制度。 針對(duì)實(shí)驗(yàn)室飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能要求,依據(jù)過(guò)盈量確定準(zhǔn)則,設(shè)計(jì)了兩環(huán)過(guò)盈裝配碳纖維復(fù)合材料飛輪,利用有限元法驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性,該復(fù)合材料飛輪的工作轉(zhuǎn)速為40Kr/min,儲(chǔ)能密度提高4.26倍,儲(chǔ)能量提高5.58倍。由于現(xiàn)有的模態(tài)分析軟件不能計(jì)算過(guò)盈裝配復(fù)合材料飛輪的模態(tài),故只對(duì)多環(huán)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行分析,結(jié)果與單層無(wú)明顯差異,單層復(fù)合材料飛輪的模態(tài)結(jié)果對(duì)于設(shè)計(jì)多環(huán)飛輪有一定的指導(dǎo)意義。對(duì)設(shè)計(jì)的兩環(huán)過(guò)盈裝配碳纖維復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行模態(tài)分析,知該飛輪可以在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維復(fù)合材料飛輪 過(guò)盈量 張緊力制度 模態(tài)分析
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH133.7;TB332
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 引言9-12
• 1.2 復(fù)合材料飛輪的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本課題研究目的與意義15
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容15-17
• 第2章 復(fù)合材料飛輪的制作工藝17-25
• 2.1 復(fù)合材料飛輪的主要材料17-20
• 2.1.1 飛輪對(duì)材料的要求17-18
• 2.1.2 常用的增強(qiáng)纖維及其性能18
• 2.1.3 環(huán)氧樹脂材料的性能18-19
• 2.1.4 輪轂材料的性能19-20
• 2.2 復(fù)合材料飛輪的制作工藝20-24
• 2.2.1 復(fù)合材料飛輪的輪轂20
• 2.2.2 復(fù)合材料飛輪圓環(huán)的纏繞技術(shù)20-22
• 2.2.3 復(fù)合材料飛輪的過(guò)盈裝配技術(shù)22-24
• 2.3 小結(jié)24-25
• 第3章 復(fù)合材料飛輪的應(yīng)力分析25-49
• 3.1 基本理論及飛輪力學(xué)模型25-27
• 3.2 多環(huán)復(fù)合材料飛輪的應(yīng)力分析27-40
• 3.2.1 兩環(huán)復(fù)合材料輪緣的初應(yīng)力分析27-30
• 3.2.2 多環(huán)復(fù)合材料輪緣的應(yīng)力分析30-32
• 3.2.3 裝配輪轂后輪緣的初應(yīng)力分析32-33
• 3.2.4 算例與分析33-39
• 3.2.5 過(guò)盈量確定準(zhǔn)則39-40
• 3.3 多環(huán)復(fù)合材料飛輪應(yīng)力的有限元分析40-46
• 3.4 纏繞復(fù)合材料飛輪的張緊力制度分析46-48
• 3.4.1 張緊力纏繞模型47
• 3.4.2 飛輪纏繞張緊力制度47-48
• 3.5 小結(jié)48-49
• 第4章 碳纖維復(fù)合材料飛輪的設(shè)計(jì)和模態(tài)分析49-66
• 4.1 碳纖維復(fù)合材料飛輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49-54
• 4.1.1 復(fù)合材料飛輪的設(shè)計(jì)要求49-50
• 4.1.2 飛輪輪轂的設(shè)計(jì)50-51
• 4.1.3 碳纖維復(fù)合材料輪緣的設(shè)計(jì)51-54
• 4.2 碳纖維復(fù)合材料飛輪應(yīng)力的有限元分析54-57
• 4.3 碳纖維復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析57-64
• 4.3.1 模態(tài)分析原理57-58
• 4.3.2 碳纖維復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析58-62
• 4.3.3 碳纖維復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子應(yīng)用實(shí)例的模態(tài)分析62-64
• 4.4 小結(jié)64-66
• 第5章 總結(jié)與展望66-68
• 5.1 研究總結(jié)66-67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：917674