基于復合材料的飛輪轉子結構研究.pdf

1、將高速運轉的飛輪所擁有的能量以機械能的形式進行存儲，待需要時再轉變?yōu)殡娔茚尫懦鰜硎且环N應用價值較高的儲能方式。因其具有一系列如儲能密度高、對環(huán)境零污染、可用年限長等優(yōu)點而受到廣泛青睞。作為儲能飛輪系統(tǒng)中的關鍵部件，轉子的結構合理性直接關系到飛輪的儲能價值。
　　本文預測了玄武巖纖維復合材料的物理性能參數(shù)、確定了轉子輪轂材料和鋪層角度。采用ANSYS有限元分析軟件對玄武纖維復合材料轉子、玻璃纖維轉子、芳綸纖維轉子和碳纖維轉子的單層結

2、構進行了分析。當過盈量為0.2 mm時，玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維復合材料均不適合作為輪緣材料，碳纖維復合材料可以作為輪緣材料。當過盈量增加到0.5 mm時，玻璃纖維復合材料轉子因安全性較差不適合作輪緣材料，其余三種纖維材料符合設計要求。同時，本文分別對玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維的單層結構復合材料飛輪轉子的最大轉速進行了預測，玄武巖纖維復合材料飛輪轉子的最大轉速為16000rpm、芳綸纖維的最大轉速為17500rpm、碳纖維復合材

3、料飛輪轉子的最大轉速為23000rpm。
　　同時，本文也對玄武巖纖維/玄武巖纖維和玄武巖纖維/碳纖維的雙層復合材料飛輪轉子的結構進行了研究。研究結果顯示，同構玄武巖纖維復合材料飛輪轉子的徑向壓應力要低于異構玄武巖纖維復合材料飛輪轉子，雙層結構能夠降低徑向拉應力，增加了復合材料飛輪轉子的可靠性。其環(huán)向應力不連續(xù)，最大環(huán)向應力值出現(xiàn)在外層材料內表面。分層優(yōu)化結果顯示，等厚分層輪轂應力最小，其輪緣為徑向壓應力。內外層厚度比為2.33: