【摘要】： 利用碳纖維復(fù)合飛輪儲能是近年來在國際上得到蓬勃發(fā)展的一種新型儲能技術(shù)。本文在查閱了大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)及調(diào)研的基礎(chǔ)上，針對集成化儲能/姿態(tài)控制飛輪系統(tǒng)中的碳纖維復(fù)合飛輪的以下相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，并取得了有價值的成果：1．針對碳纖維復(fù)合材料的特點及加工方式，設(shè)計了周向纏繞成型法、對稱正交鋪層層壓法、多層結(jié)構(gòu)纏繞及過盈連接法等不同工藝方式的碳纖維復(fù)合飛輪轉(zhuǎn)子；2．針對不同工藝方式的碳纖維復(fù)合飛輪轉(zhuǎn)子，進(jìn)行了高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的應(yīng)力分析，建立了靜力學(xué)解析模型，并結(jié)合I-DEAS有限元分析軟件模擬仿真了不同工藝方式的碳纖維復(fù)合飛輪轉(zhuǎn)子的相關(guān)幾何參數(shù)及工藝參數(shù)對其應(yīng)力水平的影響；3．針對不同幾何外形及工藝方式的碳纖維復(fù)合飛輪轉(zhuǎn)子，設(shè)計了提高其儲能密度的優(yōu)化設(shè)計方法，并進(jìn)行了儲能密度的優(yōu)化設(shè)計，得出了不同幾何外形及工藝方式的碳纖維復(fù)合飛輪轉(zhuǎn)子在儲能能力上的優(yōu)劣；4．提出了碳纖維復(fù)合飛輪軸系的優(yōu)化設(shè)計思想，設(shè)計了通過輪轂外形和材料的優(yōu)化選取，來達(dá)到軸系的質(zhì)量要求和成本要求的優(yōu)化方法，以及具體的優(yōu)化步驟，并利用該方法針對軸系的質(zhì)量要求和成本要求進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計；5．建立了高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，采用磁軸承作支撐的飛輪轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸的動力學(xué)模型，給出了有限元法在此問題中的具體應(yīng)用，并利用I-DEAS有限元分析軟件具體分析了飛輪系統(tǒng)的共振頻率、系統(tǒng)振型，以及對偏心激勵的響應(yīng)，分析表明：對于高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸，應(yīng)考慮陀螺效應(yīng)對其動力學(xué)特性的影響，此時系統(tǒng)的固有頻率是轉(zhuǎn)速的函數(shù)；通過提高磁軸承的等效阻尼可顯著降低系統(tǒng)通過共振區(qū)域時的振幅。
【圖文】：

本章中將介紹飛輪轉(zhuǎn)。預(yù)測維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料所具有的高造飛輪轉(zhuǎn)子的主要材料。但由于碳脂兩相材料組成，因而其物理性成。而按照何種規(guī)律對碳纖維/環(huán)飛輪設(shè)計中的重要一環(huán)。物理性能的預(yù)測是在微觀力學(xué)的

而纖維按旋轉(zhuǎn)方向(周向)排列。纖維纏繞方法分為:纖維束纏繞和帶狀纏繞。纖維束纏繞是用纖維束在芯模上纏繞制作飛輪(圖2.4.2(a))，它又可分為干法和濕法兩種纏繞方法，耳)多‘二〔丁__少圖2.4.1周向纏繞式飛輪濕法是將己浸漬液態(tài)樹脂的纖維直接纏繞，干法是將附著的樹脂干燥后再纏繞到芯模上。干法操作簡單，，張力均勻，并能正確控制樹脂含量，但成本較高和保存期有限，濕法浸漬樹脂和脫泡操作比較麻煩，對于碳纖維而言，由于其性脆容易斷頭和起毛，所以一般用濕法。帶狀纏繞是SwissFederalInstituteofTechnology在80年代中期開始研究并提出的一種制作工藝，它與纖維束纏繞的主要區(qū)別在于先由各種纖維按預(yù)先設(shè)計的的比例和排列方式紡成一定寬度的同向織物(無緯帶)，再將其纏繞到芯模上(圖2飛4.2(b))。這種纏繞技術(shù)的優(yōu)越性在于:(1)只要規(guī)定了無緯帶中纖維含率
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類號】：TH113

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本文編號：2592605