飛輪轉(zhuǎn)子主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與優(yōu)化.pdf

1、高速飛輪電池是一種新型儲(chǔ)存裝置，相比于其他儲(chǔ)能方式，具有無污染、壽命長、適用性廣、高儲(chǔ)能密度、充放電速度快等優(yōu)點(diǎn)。隨著全球能源的日益匱乏和環(huán)境日趨惡化，高速飛輪電池具有廣闊的應(yīng)用前景。其主要由飛輪轉(zhuǎn)子、軸承系統(tǒng)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、電力轉(zhuǎn)換器、真空室模塊組成。
　　飛輪的最大儲(chǔ)能密度由其最高轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，而最高轉(zhuǎn)速又受轉(zhuǎn)子的徑向強(qiáng)度限制。目前飛輪無法進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，主要是因?yàn)闊o法進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)子的徑向強(qiáng)度。解決這一問題一般有兩大方向：一種是增

2、加復(fù)合材料本身的橫向(垂直于纖維方向)強(qiáng)度；另一種是通過轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來增加徑向強(qiáng)度。
　　本文的主要成果在于通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提高徑向強(qiáng)度，利用解析式計(jì)算和有限元仿真，分析出在設(shè)計(jì)多環(huán)過盈裝配時(shí)，最外層厚度是決定飛輪最大轉(zhuǎn)速的決定性因素，而最外層輪緣的厚度受到三大制約條件：一是材料在固化降溫時(shí)產(chǎn)生的熱殘余應(yīng)力；二是飛輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)在輪緣內(nèi)部產(chǎn)生的離心力；三是在輪緣多環(huán)過盈裝配時(shí)，最外層輪緣所形成的預(yù)壓應(yīng)力。為了理清這三大因素對(duì)于輪緣結(jié)