复合材料储能飞轮转子多环配合下的应力分析

分析了复合材料飞轮转子多环配合结构下的应力状态:考虑飞轮转子多环装配后的静态初应力、装配后的静态位移、工作状态下多环过盈配合的应力、复合材料轮缘纤维缠绕对应力的影响,建立了正交各向异性材料轴对称的飞轮转子理论模型,计算了离心力、环间配合压力作用下转子各环的径向和环向应力分布。分析了过盈量与转子各环应力的关系,确立了过盈量的选取准则。结果表明:随着过盈量的增大,金属转轴和金属轮毂间的应力会先减小再增大,复合材料轮缘间的应力会相应增大。

连续梁拱组合体系桥梁非线性受力性能研究

为研究乌龙江大桥的全桥受力性能,在ABAQUS中建立了一种适用于连续梁拱组合体系的全桥杆系模型。对MIDAS/Civil模型与ABAQUS杆系模型进行线弹性分析,以验证ABAQUS有限元模型的准确性。计入全桥结构非线性以及几何非线性,揭示连续梁拱组合体系的受力性能。结果表明:在线性阶段,两种模型在各施工阶段的截面内力较为吻合,应力分布基本一致;考虑非线性后荷载比例系数最大降幅为16.7%,说明结构非线性对受力性能影响显著;不断提高破坏区域截面抗弯刚度,全桥杆系模型由中跨支点处首先破坏逐渐变为次中跨支点处首先破坏,随后逐步降低主梁截面整体刚度,拱肋由于连续梁抗弯刚度大幅降低而承担更多的压应力,当主梁刚度降低至初始刚度的68.5%时,拱肋先于主梁发生破坏。

大容量复合材料飞轮转子仿真与应力分析

大容量功率型飞轮储能系统是电力系统优质调频资源,采用高强度、低密度的复合材料制造飞轮转子是提升飞轮储能量的主要方法。本工作以大尺寸的复合材料飞轮转子为对象,在弹性理论基础上,推导出各向异性材料转子轮缘在高速旋转下的应力分布公式,并基于应力叠加原理得到了复合材料轮缘与金属轮毂过盈配合下的应力分析公式,给出了解析解;然后建立了复合材料轮缘与金属轮毂过盈配合的有限元分析模型,对转子应力分布进行仿真分析,仿真结果与解析结果基本一致,验证了模型的合理性。最后针对过盈量对复合材料转子轮缘与金属轮毂接触面应力的影响,以及飞轮转子在给定转速下的变形对过盈量及接触面应力的影响进行了分析。

过盈装配的金属轮毂-复合材料飞轮转子

针对一种高储能密度超导磁悬浮储能飞轮,设计了一种由磁轴承、金属轮毂和3个复合材料圆环过盈装配而成的飞轮转子。通过加入金属轮毂来改善转子的应力分布、减小转子的径向应力,保证转子在高速转动状态下磁轴承和复合材料圆环之间的连接强度。转子圆环之间通过过盈装配提供初始压应力,以避免转子在高速转动时发生分层破坏;采用平面应力解析法和有限元法建立转子的应力分析模型,研究了金属轮毂、复合材料圆环厚度和环间过盈量对转子应力分布和强度的影响。最后,提出了转子的优化设计方案。实验结果显示,转子的额定转速达到50 000r/min,储能总量为1 110Wh,储能密度达到40Wh/kg。研究结果表明:加入金属轮毂、增大复合材料外环的厚度以及中环和外环的环间过盈量,可以提高转子的强度、极限转速和储能密度。

复合材料飞轮的设计分析

复合材料具有重量轻、强度高等优点 ,是储能飞轮的理想材料。文中对复合材料飞轮的储能能力及其影响因素进行分析 ,并对两种结构复合材料飞轮———单层与多层等厚度圆环飞轮的应力分布与结构设计进行定量分析与比较。飞轮的储能能力受飞轮转子结构及其飞轮材料强度的影响 ,飞轮转子内外半径比应根据实际应用要求确定 ,选择高强度低密度的材料可提高飞轮的轮缘线速度 ,从而提高飞轮的储能能力。等厚度圆环飞轮的应力分布主要受飞轮转子内外半径比和材料物理特性的影响。对于内外半径比一定的单层圆环复合材料飞轮 ,飞轮的环向应力远大于其径向应力。与单层圆环飞轮相比 ,多层圆环飞轮的应力分布更为均匀、合理 ,飞轮的储能能力更大。

计及复合材料飞轮内孔卸载影响的多厚环套装的简化分析

纤维束张紧力缠绕的复合材料厚环固化成型以后,再抽出缠绕芯轴形成空心环,这一过程称为内孔卸载。本文作者在飞轮多环套装初应力分析和张紧力缠绕飞轮初应力分析的基础上,进一步给出了计及纤维束张紧力影响和复合材料厚环内孔卸载影响的多环过盈套装的简化分析,并给出了计算复合材料飞轮总体初应力场和变形场的公式。算例分析表明:内孔卸载后,纤维束缠绕的复合材料厚环的应力场和变形场均有明显的变化;和多厚环过盈套装的方法结合起来装配飞轮,可以有效地增大径向压应力,缓和环向应力;内孔卸载使得装配中的真实过盈量相对初始设定过盈量有较大的改变,必须充分考虑。

边界条件对复合材料储能飞轮应力及位移分布的影响

不同的边界条件对复合材料飞轮的应力、位移分布有着不可忽视的影响,和飞轮的储能密度也有相当的关系。针对复合材料和对称结构的特点,建立基于非均质各向异性弹性理论的计算模型,得到飞轮在工作转速情况下应力和位移计算的解析公式,给出了任一点的径向、环向应力及径向位移。并按照所建立的计算模型对飞轮的几何尺寸、转速对其应力、位移场的影响进行仿真计算,并对不同的边界条件对飞轮径向、环向应力和径向位移的影响进行比较。

复合材料飞轮的应力分析

对给定外形尺寸并采用碳纤维增强的复合材料飞轮转子进行了数值计算,为解决飞轮转子因高速旋转而发生材料断裂破坏的问题提供了理论依据。根据复合材料飞轮转子的结构特点,采用ANSYS有限元处理软件对飞轮转子进行了三维应力分析,其分析结果可为飞轮的设计制造提供重要的参考。

两层预应力转子结构复合材料储能飞轮的应力及位移计算

采用预应力结构可使复合材料飞轮的应力、位移分布得到一定改善,从而提高飞轮储能密度。考虑复合材料和预应力结构的特点,建立基于各向异性对称结构理论的计算模型,得到两层预应力转子结构复合材料储能飞轮在工作转速情况下应力和位移的解析公式,对内、外两层飞轮任一点的径向、环向应力及径向位移进行较为全面的仿真分析,并利用所建立的计算模型对飞轮在某一转速时不同的位置对径向应力、环向应力和径向位移的影响进行探讨。结果表明,内层转子径向应力在外侧最大,环向应力在内侧最大;外层转子径向应力和环向应力均在内侧最大。当角速度ω从0增加到5000rad·s-1时,内、外转子的径向应力、环向应力和径向位移都随之增大。当ω=600rad·s-1,整个飞轮径向应力、环向应力和位移的最大值出现在两层转子的接触面r=0.27m处。该分析结果可为飞轮的设计制造提供重要的参考。

单箱多室复合材料薄壁箱形梁的纯扭转分析

将单箱单室复合材料箱形梁纯扭转的分析方法拓展到单箱多室.结合经典的薄壁梁理论与复合材料理论,通过换算将层合材料离轴刚度等效为扭转刚度,对单箱中的各室建立剪力流方程,与扭矩平衡方程联立求解.通过算例将该方法与有限元法进行比较,各项应力的计算结果均相符,尤其是采用该方法计算得到的扭转产生的剪应力精度更高.采用该方法计算所得的各项应力均能满足实际工程设计的需要.

机械连接结构中含圆孔复合材料板的应力计算及仿真分析

本文针对连接结构中含圆孔的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论建立计算模型。文中的应力场是借助于仿射变换的方法,通过复变应力函数得到的。按照所建立的数学模型对含有圆形孔的复合材料板进行应力分析。不同荷载作用对孔边应力集中系数的影响进行探讨,并就两个主方向的杨氏模量的变化对孔边应力的影响进行仿真分析。

复合材料飞轮结构设计

在飞轮应力分析的基础上 ,从应用角度出发提出一种飞轮结构设计方法 ,阐述了该方法用于飞轮结构设计的过程。与现有的单纯从材料强度出发 ,以储能密度、储能量或飞轮转速为目标函数的结构优化设计方法相比 ,本文提出的设计思想具有面向实际的特点 ,是一种较简单可行的复合材料飞轮工业设计方法。

复合材料多钉连接孔周应力场的数值模拟方法研究

通过模拟复合材料多钉连接试验,采用ABAQUS建立有限元模型,提出3种计算复合材料多钉连接孔周应力场的数值模拟方法.结果表明,简化接触法与实验值的误差较大,插补法和准静态分析法与实验值的误差相对较小并得出复合材料多钉连接孔周应力分布情况.

旋翼调整片粘接强度分析与影响因素研究

详细分析了旋翼调整片粘接剥离破坏过程和应力分布变化,并研究了粘接宽度和胶层厚度对粘接强度的影响。使用共固化制备相应的粘接试样,通过剥离试验得到接头的破坏模式及载荷-位移曲线。研究结果表明:接头有限元数值分析结果与试验相契合,接头破坏形式为调整片粘接界面的破坏,破坏为从左向右和由边向中逐渐发生失效;粘接强度随胶接宽度的增加而提高,但增长速度逐步变缓,80 mm为较优搭接宽度值;粘接强度受胶层厚度影响较小,增加厚度时粘接强度先缓慢增加后下降。