碳纤维复合材料高速转子的力学特性研究及其储能密度优化

发布时间：2020-03-21 02:36

【摘要】： 利用碳纤维复合飞轮储能是近年来在国际上得到蓬勃发展的一种新型储能技术。本文在查阅了大量国内外相关文献及调研的基础上，针对集成化储能/姿态控制飞轮系统中的碳纤维复合飞轮的以下相关技术进行了研究，并取得了有价值的成果：1．针对碳纤维复合材料的特点及加工方式，设计了周向缠绕成型法、对称正交铺层层压法、多层结构缠绕及过盈连接法等不同工艺方式的碳纤维复合飞轮转子；2．针对不同工艺方式的碳纤维复合飞轮转子，进行了高速旋转状态下的应力分析，建立了静力学解析模型，并结合I-DEAS有限元分析软件模拟仿真了不同工艺方式的碳纤维复合飞轮转子的相关几何参数及工艺参数对其应力水平的影响；3．针对不同几何外形及工艺方式的碳纤维复合飞轮转子，设计了提高其储能密度的优化设计方法，并进行了储能密度的优化设计，得出了不同几何外形及工艺方式的碳纤维复合飞轮转子在储能能力上的优劣；4．提出了碳纤维复合飞轮轴系的优化设计思想，设计了通过轮毂外形和材料的优化选取，来达到轴系的质量要求和成本要求的优化方法，以及具体的优化步骤，并利用该方法针对轴系的质量要求和成本要求进行了优化设计；5．建立了高速旋转状态下，采用磁轴承作支撑的飞轮转子和转轴的动力学模型，给出了有限元法在此问题中的具体应用，并利用I-DEAS有限元分析软件具体分析了飞轮系统的共振频率、系统振型，以及对偏心激励的响应，分析表明：对于高速旋转的飞轮转子和转轴，应考虑陀螺效应对其动力学特性的影响，此时系统的固有频率是转速的函数；通过提高磁轴承的等效阻尼可显著降低系统通过共振区域时的振幅。
【图文】：

本章中将介绍飞轮转。预测维/环氧树脂复合材料所具有的高造飞轮转子的主要材料。但由于碳脂两相材料组成，因而其物理性成。而按照何种规律对碳纤维/环飞轮设计中的重要一环。物理性能的预测是在微观力学的

而纤维按旋转方向(周向)排列。纤维缠绕方法分为:纤维束缠绕和带状缠绕。纤维束缠绕是用纤维束在芯模上缠绕制作飞轮(图2.4.2(a))，它又可分为干法和湿法两种缠绕方法，耳)多‘二〔丁__少图2.4.1周向缠绕式飞轮湿法是将己浸渍液态树脂的纤维直接缠绕，干法是将附着的树脂干燥后再缠绕到芯模上。干法操作简单，，张力均匀，并能正确控制树脂含量，但成本较高和保存期有限，湿法浸渍树脂和脱泡操作比较麻烦，对于碳纤维而言，由于其性脆容易断头和起毛，所以一般用湿法。带状缠绕是SwissFederalInstituteofTechnology在80年代中期开始研究并提出的一种制作工艺，它与纤维束缠绕的主要区别在于先由各种纤维按预先设计的的比例和排列方式纺成一定宽度的同向织物(无纬带)，再将其缠绕到芯模上(图2飞4.2(b))。这种缠绕技术的优越性在于:(1)只要规定了无纬带中纤维含率
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TH113

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本文编号：2592605