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《高速儲能復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子強度分析與優(yōu)化研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、隸劫大·粵博士學(xué)位論文萬方數(shù)據(jù)高速儲能復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子強度分析與優(yōu)化研究本論文獲國家自然科學(xué)基金(11172065)資助。萬方數(shù)據(jù)HIGH—SPEEDSTORAGECOMPOSITEFLyWHEELROTORSTRENGTHANALYSISANDOPTIMIZATIONRESEARCH4DissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYⅥ電NShao．boSupervisedbyProf．JIANGShuyunSchoolofMechanicalEngine
2、eringSoutheastUniversityMay2014萬方數(shù)據(jù)東南大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示TN意。研究生簽名：窒之選嗍絲!絲：拿：!東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其
3、他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布(包括以電子信息形式刊登)論文的全部內(nèi)容或中、英文摘要等部分內(nèi)容。論文的公布(包括以電子信息形式刊登)授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。研究生簽名：重逸師簽研究生簽名：型蘭乙＆師簽期趔生：旦：／／萬方數(shù)據(jù)摘要高速儲能復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子強度分析與優(yōu)化研究研究生：文少波導(dǎo)師：蔣書運教授隨著飛輪轉(zhuǎn)速和儲能密度要求的不斷提高，采用高比強度的復(fù)合材料、多環(huán)組合結(jié)構(gòu)成為飛輪轉(zhuǎn)子的主要形式。為了充分發(fā)揮復(fù)合材料的性能優(yōu)勢，本文對飛輪轉(zhuǎn)子工作過程和制造過程的力學(xué)行為進行理論分析，開展多
4、環(huán)混雜復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子強度優(yōu)化研究。針對不同應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)定相應(yīng)優(yōu)化目標，設(shè)計應(yīng)力分布合理、極限轉(zhuǎn)速高、儲能密度大、成本低的多環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子。論文主要研究工作如下：1．復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子充放電過程應(yīng)力分析。針對儲能飛輪充放電運行過程，基于彈性力學(xué)理論，采用平面應(yīng)力假設(shè)，考慮角加速度的影響，對復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子進行應(yīng)力分析。對照恒轉(zhuǎn)矩和恒功率兩種充放電控制方式，分別建立了飛輪工作轉(zhuǎn)速的變化模型，進而確定充放電過程飛輪轉(zhuǎn)子的應(yīng)力分布和變化規(guī)律。2．復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子最大應(yīng)力位置分析。建立了高速運行時飛輪轉(zhuǎn)子應(yīng)力極大值位置方程，采用牛頓迭代法對其進行了數(shù)值計算。分析復(fù)合材料各向異性系
5、數(shù)、轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑比對最大應(yīng)力位置的影響。研究表明：(1)內(nèi)外徑比小的飛輪轉(zhuǎn)子，最大徑向應(yīng)力位置與材料屬性緊密相關(guān)，隨著各向異性系數(shù)增大，最大徑向應(yīng)力位置向外側(cè)方向移動；最大環(huán)向應(yīng)力位置位于飛輪轉(zhuǎn)子的外側(cè)附近。(2)內(nèi)外徑比大的飛輪轉(zhuǎn)子，徑向最大應(yīng)力位于中心面附近，可用中心面替代最大徑向應(yīng)力位置；最大環(huán)向應(yīng)力位于轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)。3．復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子纖維纏繞等剩余張力設(shè)計。針對芯軸和已纏繞層構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，建立了單層纖維纏繞的力學(xué)模型；基于力的疊加原理，計算纏繞結(jié)束時每層纖維的實際剩余纏繞張力；根據(jù)預(yù)設(shè)纖維纏繞剩余張力要求，逆向?qū)Τ跏祭p繞張力進行迭代分析，進而確定各層初始纏繞張力及預(yù)拉力
6、。等剩余張力設(shè)計時，迭代所得初始纏繞張力比預(yù)設(shè)值大，其分布從內(nèi)到外先增大后減小，在中問部位有最大值。4．復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子和安裝軸的合理設(shè)計。對復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子和安裝軸的初始過盈裝配及其高速旋轉(zhuǎn)時應(yīng)力進行分析，以不出現(xiàn)材料的初始壓裝損壞和高速松脫分離為條件，同時考慮纖維纏繞初始張力的影響，提出一種合理過盈量的計算方法，并編制相應(yīng)的過盈連接程序。以碳纖維T300／2500轉(zhuǎn)子和鋁合金芯軸為例進行了合理過盈量的計算，轉(zhuǎn)子在靜止、最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速時強度均符合設(shè)計要求。萬方數(shù)據(jù)東南大學(xué)博士學(xué)位論文5．多環(huán)混雜復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的優(yōu)化設(shè)計。為了獲取優(yōu)化過程中所需的即時應(yīng)力，針對多環(huán)混
7、雜復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的應(yīng)力分析，提出了一種相對位移和逐層裝配相結(jié)合的解析計算方法。根據(jù)儲能飛輪的不同應(yīng)用領(lǐng)域，分別以單位質(zhì)量儲能密度(EPM)、單位體積儲能密度(EPV)、單位價格儲能密度(EPC)及同時考慮價格和質(zhì)量的儲能密度(EPMc)為優(yōu)化目標，綜合考慮纖維纏繞、多環(huán)過盈套裝和高速運行時的受力特征，采用二次序列規(guī)劃方法(SQP)進行優(yōu)化設(shè)計，從而得到各組成環(huán)的最佳幾何尺寸、環(huán)間過盈量，以及飛輪轉(zhuǎn)子能達到的極限轉(zhuǎn)速和儲能能力。優(yōu)化結(jié)果顯示，多環(huán)混雜復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子在極限轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，各環(huán)界面之間接近徑向
