复合材料飞轮转子结构强度及模态分析

发布时间：2020-12-26 23:01

　　随着社会的发展,能源与环保问题越来越受到人们的重视,而复合材料,永磁轴承,电机控制系统等技术的发展使飞轮储能系统的性能有了极大的提升,所以作为一种容量大,效率高,零污染的新型储能技术,其在节能减排领域有着十分广阔的应用前景。飞轮转子作为系统的储能部件,是整个系统的核心,所以对飞轮转子的分析研究具有十分重要的意义。本文在阅读了大量的文献基础上,了解了国内外对飞轮转子研究现状。通过对比多种最新复合材料性能参数,综合考虑材料成本,储能密度,比强度等因素,采用T700/5028环氧树脂作为制作飞轮轮缘的复合材料,选用铝合金作为轮毂材料。设计飞轮的轮缘为5层圆环套装,在六辐条式轮毂的基础上对轮毂部分进行优化,使轮毂质量减小10.5%,并改善了应力集中问题,在10kr/min的工况下最大应力可降低20%。鉴于目前大多数对飞轮分析时采用的蔡一希尔（Tsai-Hill）强度准则有一定的缺陷,本文创新性的将更适合三维失效分析的Tserpes强度准则应用于复合材料飞轮的失效分析,有利于飞轮分析结果准确性的提高。目前复合材料飞轮的应力以及模态分析涉及飞轮初应力因素的文献较少,而飞轮的初应力会影响飞轮的刚度矩... 

【文章来源】：青岛科技大学山东省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
1 绪论
    1.1 研究的背景及其应用
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 飞轮储能系统的应用
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 飞轮系统的工作原理
    1.4 本文主要的研究内容
2 飞轮系统的强度准则与储能密度
    2.1 失效准则的选取
    2.2 储能密度
        2.2.1 材料对储能密度的影响
        2.2.2 线速度对储能密度的影响
    2.3 本章小结
3 复合材料飞轮转子结构的设计
    3.1 飞轮转子轮缘材料的选择
        3.1.1 几种常用的纤维材料的参数
        3.1.2 环氧树脂基体的性能参数
    3.2 飞轮轮缘部分的成型工艺
        3.2.1 缠绕技术
        3.2.2 正交铺层层压成型法
        3.2.3 多环过盈装配技术
        3.2.4 其他装配方式
    3.3 飞轮轮毂材料的选择
    3.4 飞轮轮毂形状的设计
    3.5 本章小结
4 不同初应力条件下复合材料飞轮的应力分析
    4.1 各向异性弹性体力学基本方程
        4.1.1 有一弹性对称面的情况
        4.1.2 正交各向异性的情况
    4.2 复合材料飞轮转子力学模型和方程的建立及求解
    4.3 有限元理论在复合材料飞轮计算中的应用
        4.3.1 有限元法的基本思想及其步骤
        4.3.2 考虑初应力的飞轮有限元理论
    4.4 考虑不同初应力的复合材料飞轮的应力分析
        4.4.1 建模与网格划分
        4.4.2 飞轮初应力大小对飞轮的影响
        4.4.3 初应力分布形式对飞轮的影响
    4.5 本章小结
5 不同初应力条件下复合材料飞轮的模态分析
    5.1 转子的动力学基础
    5.2 模态分析原理
    5.3 考虑初应力的飞轮模态分析有限元理论
    5.4 运用workbench进行飞轮模态分析
        5.4.1 施加均布初应力时飞轮的模态分析
        5.4.2 施加变初应力时飞轮的模态分析
    5.5 飞轮的临界转速
    5.6 本章小节
6 复合材料飞轮的初应力与极限转速的关系
    6.1 极限转速理论解
    6.2 对施加初应力的飞轮极限转速进行分析
    6.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文与专利目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]多环混合复合材料飞轮应力分析与结构设计[J]. 芦晨祥,苏维国,张贤彪,王东.  玻璃钢/复合材料. 2017(09)
[2]储能复合材料飞轮力学研究进展[J]. 王超,戴兴建,汪勇,李玺,钟国彬.  储能科学与技术. 2017(05)
[3]复合材料储能飞轮包容环的结构设计[J]. 杨敏超.  科学家. 2017(04)
[4]飞轮储能关键技术及应用发展趋势[J]. 朱熀秋,汤延祺.  机械设计与制造. 2017(01)
[5]车载飞轮储能系统及其关键技术研究[J]. 汤延祺,朱熀秋.  电机与控制应用. 2016(05)
[6]复合材料储能飞轮挠性结构振动的磁轴承控制[J]. 白金刚,赵雷,张剀,戴兴建.  机械工程学报. 2016(08)
[7]复合材料飞轮储能转子的显示动力学分析[J]. 张兴蕾,李帅,孟忠良.  铸造技术. 2015(10)
[8]复合材料飞轮转子的成型工艺研究进展[J]. 宋以国,李翀,李文逸.  储能科学与技术. 2014(05)
[9]高储能飞轮转子动态特性及应力分析[J]. 孔繁鑫,黄勤,李光喜,丁肇.  机械设计与制造. 2014(05)
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硕士论文
[1]10kWh复合材料飞轮转子轮缘的结构设计[D]. 程巾英.哈尔滨工程大学 2016
[2]复合材料储能飞轮结构应力及动态特性研究[D]. 周生良.山东大学 2015
[3]碳纤维复合材料飞轮的设计[D]. 汪勋超.武汉理工大学 2013
[4]曲轴—飞轮组合的模态分析及优化[D]. 李业聪.广西大学 2013
[5]高速复合材料飞轮转子结构设计及工艺优化[D]. 苑美实.哈尔滨工程大学 2013
[6]复合材料飞轮储能密度分析[D]. 王锐.太原科技大学 2012
[7]复合材料层合板损伤失效模拟分析[D]. 李伟占.哈尔滨工程大学 2012
[8]复合材料飞轮储能转子主体应力分析[D]. 梁栋.浙江大学 2011
[9]复合材料储能飞轮结构力学及储能研究[D]. 贾红雨.郑州大学 2009
[10]混合动力客车飞轮电池中高速复合材料飞轮的设计与仿真[D]. 廖芳.武汉理工大学 2004



本文编号：2940600