本文關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料飛輪的設(shè)計

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【摘要】：飛輪儲能技術(shù)具有儲能密度大、比功率大、充放電快、壽命長、無污染等特點,在眾多儲能技術(shù)中脫穎而出。為了提高飛輪的儲能密度,需要提高飛輪的轉(zhuǎn)速,但同時飛輪的離心應(yīng)力增大,當離心應(yīng)力增大到飛輪材料強度極限時,飛輪將發(fā)生破壞。碳纖維復(fù)合材料強度高,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)具有高強度,而橫向(徑向)強度較低,所以飛輪的轉(zhuǎn)速主要由纖維橫向強度限制。復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的振動特性會影響飛輪儲能系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性,應(yīng)對復(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)計中兩項重要研究內(nèi)容。 本文首先分析了儲能飛輪對材料的要求,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稱問題的理論模型,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。分析了過盈量與輪緣初應(yīng)力的關(guān)系,并建立了輪轂與輪緣過盈裝配時,過盈量與輪緣初應(yīng)力的定量關(guān)系。提出了在多環(huán)過盈裝配時,合理設(shè)計內(nèi)層圓環(huán)和外層圓環(huán)過盈量使輪緣在高速旋轉(zhuǎn)時的徑向應(yīng)力更加均勻。針對結(jié)構(gòu)尺寸有限制的復(fù)合材料飛輪,建立了過盈量確定準則。利用ANSYS軟件分析了相關(guān)算例,說明有限元法的可行性。通過分析張緊力纏繞模型,提出了配合多環(huán)過盈裝配工藝的張緊力制度。 針對實驗室飛輪儲能系統(tǒng)的儲能要求,依據(jù)過盈量確定準則,設(shè)計了兩環(huán)過盈裝配碳纖維復(fù)合材料飛輪,利用有限元法驗證設(shè)計的可靠性,該復(fù)合材料飛輪的工作轉(zhuǎn)速為40Kr/min,儲能密度提高4.26倍,儲能量提高5.58倍。由于現(xiàn)有的模態(tài)分析軟件不能計算過盈裝配復(fù)合材料飛輪的模態(tài),故只對多環(huán)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的簡化模型進行分析,結(jié)果與單層無明顯差異,單層復(fù)合材料飛輪的模態(tài)結(jié)果對于設(shè)計多環(huán)飛輪有一定的指導(dǎo)意義。對設(shè)計的兩環(huán)過盈裝配碳纖維復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子進行模態(tài)分析,知該飛輪可以在設(shè)計轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維復(fù)合材料飛輪 過盈量 張緊力制度 模態(tài)分析
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：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 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(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 飛輪對材料的要求17-18
• 2.1.2 常用的增強纖維及其性能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 過盈量確定準則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49-54
• 4.1.1 復(fù)合材料飛輪的設(shè)計要求49-50
• 4.1.2 飛輪輪轂的設(shè)計50-51
• 4.1.3 碳纖維復(fù)合材料輪緣的設(shè)計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68-72
• 致謝72

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張力,張恒;復(fù)合材料飛輪研究進展[J];兵器材料科學與工程;2001年05期

2 李成;鄭艷萍;鐵瑛;;邊界條件對復(fù)合材料儲能飛輪應(yīng)力及位移分布的影響[J];兵工學報;2008年10期

3 賈紅雨;李成;楊潔;蘇玉珍;;復(fù)合材料儲能飛輪轉(zhuǎn)子有限元分析[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2009年04期

4 戴興建;唐長亮;張剴;;先進飛輪儲能電源工程應(yīng)用研究進展[J];電源技術(shù);2009年11期

5 宮能平,夏源明,毛天祥;復(fù)合材料飛輪的三維應(yīng)力分析[J];復(fù)合材料學報;2002年01期

6 秦勇,夏源明,毛天祥;復(fù)合材料空心飛輪多環(huán)套裝整體變形及應(yīng)力簡化精細分析[J];復(fù)合材料學報;2003年05期

7 秦勇,夏源明,毛天祥;纖維束張緊力纏繞復(fù)合材料飛輪的預(yù)應(yīng)力簡化分析[J];復(fù)合材料學報;2003年06期

8 秦勇,夏源明,毛天祥;計及復(fù)合材料飛輪內(nèi)孔卸載影響的多厚環(huán)套裝的簡化分析[J];復(fù)合材料學報;2004年02期

9 秦勇,夏源明,毛天祥;多環(huán)環(huán)間混雜復(fù)合材料飛輪離心應(yīng)力分析[J];復(fù)合材料學報;2004年04期

10 秦勇,王碩桂,夏源明,毛天祥;復(fù)合材料飛輪破壞轉(zhuǎn)速的算法和高速旋轉(zhuǎn)破壞實驗[J];復(fù)合材料學報;2005年04期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 左惟煒;三維編織復(fù)合材料力學性能與工程應(yīng)用研究[D];華中科技大學;2006年

2 李奕良;纖維纏繞飛輪強度分析與高效永磁軸承設(shè)計[D];清華大學;2008年

3 閆曉磊;儲能飛輪優(yōu)化設(shè)計理論與方法研究[D];湖南大學;2012年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 梁棟;復(fù)合材料飛輪儲能轉(zhuǎn)子主體應(yīng)力分析[D];浙江大學;2011年

2 邱宗璽;復(fù)合材料飛輪實時無損檢測和實驗研究[D];鄭州大學;2003年

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本文編號：917674