复合材料储能飞轮研究

复合材料储能飞轮转子的内部主要应力是环向应力和径向应力。纤维增强复合材料飞轮转子的径向强度远小于环向强度,径向应力是导致储能飞轮分层失效的一个重要因素,结合缠绕材料的刚度、密度以及缠绕角对应力分布和储能总量的影响,采用过盈装配的多层飞轮结构可显著降低其径向应力,而用张力缠绕的储能飞轮外侧缠绕张力大于内侧,效果与过盈装配的多层飞轮相同,且制作较为简便.     

复合材料储能飞轮研究

复合材料储能飞轮转子的内部主要应力是环向应力和径向应力.纤维增强复合材料飞轮转子的径向强度远小于环向强度,径向应力是导致储能飞轮分层失效的一个重要因素,结合缠绕材料的刚度、密度以及缠绕角对应力分布和储能总量的影响,采用过盈装配的多层飞轮结构可显著降低其径向应力,而用张力缠绕的储能飞轮外侧缠绕张力大于内侧,效果与过盈装配的多层飞轮相同,且制作较为简便.     

具有初始位移的两层转子结构复合材料储能飞轮的应力及位移分析

因为两层转子结构飞轮一般是由内、外两层转子通过挤压组合而成,故在两层的接触面上就有初始位移。作者结合复合材料飞轮转子的结构特点,根据非均质各向异性弹性理论建立了转子的计算模型,得到带有初始位移的两层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在不同转速时,不同的位置对径向、环向应力和径向位移的影响进行探讨。     

应用有限元法分析碳纤维复合飞轮强度

针对碳纤维/环氧复合材料具有的各向异性的特点,分别采用弹性力学的解析法和有限元法对集成化储能系统中的碳纤维复合转子进行了强度分析,给出了碳纤维复合转子强度计算的解析公式,对有限元法在该问题中的应用进行了详细说明。文中最后对比了二者在应用中的差异,并提出了采用密度小、弹性模量低的材料做轴或在轴与飞轮之间添加弹性层,可以提高飞轮转速,最大限度地利用碳纤维增强复合材料的优良性能这一优化设计思想。     

一种减小行波型旋转超声电动机径向滑移的方法

为了减小行波型旋转超声电动机定子与转子间的径向滑移,提出通过增大转子摩擦层径向最大剪切变形角的方法和基于定子与摩擦层间的黏滑原理来减小定子与转子间的径向滑移,分析了影响摩擦层的径向最大剪切变形角的因数;在ANSYS10.0中建立电动机定转子三维有限元接触模型;对影响定转子间径向滑移的因素进行仿真分析。分析结果表明,可以通过增大定子与摩擦层间的摩擦因子和增大摩擦材料的泊松比来减小电动机定子与转子间的径向滑移。摩擦材料泊松比的改变对减小径向滑移的贡献程度要大于定子与摩擦层间摩擦因子的改变对减小径向滑移的贡献程度。     

飞轮转子弹塑性设计的有限元数值模拟与分析

根据弹塑性力学的基本理论 ,进行了复合材料飞轮转子的设计与分析 ,并通过有限元分析软件的数值模拟与分析 ,验证了弹塑性设计的有效性。作为算例的飞轮转子外直径 2 0 0 m m,轮环厚 4 0 m m,高 2 0 0 mm。在考虑塑性设计后 ,飞轮的极限转速提高了 2 9% ,达到 4 5 0 0 0 r/ m ,储能密度达到 14 0 W· h/ kg     

黏土中考虑土体卸荷效应的后注浆压密模型

为研究黏土中考虑土体卸荷条件下后注浆的压密效应,基于球孔扩张理论并通过土体弹性模量折减值来考虑不同卸荷程度的影响,建立考虑土体卸荷效应影响的压密注浆模型,计算不同卸荷程度下压密注浆极限注浆压力、浆体扩张率、塑性区扩张率、径向和环向应力以及径向位移沿径向的分布关系.结果表明:压密注浆极限注浆压力以及塑性区半径随浆体扩散半径增长的速率均随土体卸荷比的增大而非线性减小;同一注浆压力下,当卸荷比小于0.8时,土体卸荷程度不同对土体内部径向应力、环向应力以及径向位移沿径向分布不产生显著影响,当卸荷比大于0.8时,注浆体周围同一位置处的土体径向应力、环向应力以及径向位移显著高于卸荷比小于0.8时的情况;同一注浆量下,相同位置处的土体径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力和稳定径向应力对应的径向距离均随卸荷程度的增大而减小,但是土体径向位移分布不受卸荷程度改变的影响;同一卸荷比下,相同位置处的径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力、稳定径向应力以及稳定径向位移对应的径向距离均随注浆量的增大而增大;最小环向应力值不受卸荷程度和注浆量改变的影响.     

立式重载储能飞轮转子动力学特性分析

飞轮转子-轴承系统的动力学建模及动特性分析是立式重载储能飞轮系统的关键问题。针对重载储能飞轮转子具有重量大、转速高等特点，考虑了电机转子的质量和刚度，建立了飞轮转子-电机转子-轴承系统的集中质量动力学数学模型，计算得到飞轮转子-电机转子-轴承系统的固有频率、临界转速等动力学特性。通过对飞轮转子进行升速瞬态响应分析发现飞轮转子在升降速过程中存在两阶临界转速，容易发生共振，损害轴承。因此为了避免共振或者降低共振峰值，研究了轴承支撑刚度、阻尼以及升速速率对飞轮转子临界转速和共振峰值的影响，计算结果表明，飞轮转子的前两阶临界转速受支撑刚度的影响，随着支撑刚度的增大，飞轮转子的临界转速增大，当支撑刚度增加至一定程度，转子临界转速不再改变。转子临界转速受阻尼影响较小，随阻尼变化而小幅度改变。此外，研究了升速速率对转子振动特性的影响，发现通过提升转子升速速率亦可以有效降低转子振动幅值。为了验证飞轮转子轴承系统动力学模型的合理性，对飞轮转子系统进行升速试验，发现仿真计算结果与试验结果一致，证明了该模型的合理性。     

车用飞轮电池结构设计中的几个关键问题

讨论了车用飞轮电池材料的选取、飞轮寿命的计算、飞轮各部分在离心力和陀螺力矩的作用下的变形等问题，并根据变形，对飞轮的轮环、轴与盘环、锥环及其上的三个支撑环、PES环等的设计作了重点介绍。     

内衬纤维增强复合材料高压输水涵管的应力和位移

本文对钢筋混凝土高压输水涵管内衬纤维增强复合材料结构的关键问题──双层筒体之间的径向应力、径向位移及外层筒体的环向应力和径向位移进行分析,导出易于使用的公式,为内衬材料的设计,提供理论依据．     

复合材料高速储能飞轮强度极限转速的确定

从复合材料的强度准则出发，提出了高速储能飞轮的强度条件，并结合有限元分析和优化设计思想，建立了基于强度的飞极限转速的数学模型，给出了相应的计算方法，作为算例，运用该方法计算了混合动力汽车飞轮电池中典型复合材料飞轮的极限转速，得到了相应的应力分布，为飞轮的设计开发提供了有效的研究手段。     

汽轮机转子合成应力公式

通过对启动过程中转子受力情况的分析,得到了控制转子破坏的主要应力;从转子表面热应力集中的方向性角度,利用Ｍｉｓｅｓ准则,建立了转子表面应力集中部位的合成应力公式,给出了计算实例。该公式和目前沿用的公式相比,理论上更为合理,在转子实际运行状态监测、检测方面更加准确。     

磁悬浮飞轮转子不平衡力非线性抑制研究

磁悬浮飞轮转子由于其转子动力学特性所固有的强陀螺耦合效应,在干扰力作用下进动和章动2种涡动模态运动如果得不到有效的控制,会导致系统失稳。针对这一问题,提出了一种径向磁轴承的非线性控制方案,该方案把转子不平衡产生的不平衡力和不平衡力矩当作一种非线性干扰,对不平衡扰动力作用下的磁轴承-转子系统进行建模,设计了基于BP神经网络的非线性控制器,通过磁轴承电磁力对其进行抑制。仿真结果表明：设计的非线性控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,提高了飞轮的失稳转速。     

基于 ANSYS 的 EP6柔性飞轮的结构分析

一体式柔性飞轮是用于汽车发动机上的一种新型飞轮,该产品在开发过程中不仅要求有一定的强度、刚度和转动惯量,也要求产品在多工况作用下有一定的可靠度、不易发生失效。建立了柔性飞轮的实体模型,通过有限元分析软件ANSYS分析模拟出柔性飞轮在多工况作用下的应力分布趋势,并分析了影响应力大小的因素,确定出飞轮在各种工况作用下所受的最大应力,并与实际工况作用下的试验结果进行对比,验证有限元结果的合理性,以期对柔性飞轮的优化设计有一定的指导意义。     

电磁轴承陀螺力矩耦合及其交叉解耦分析

对飞轮类转子的电磁轴承的陀螺力矩耦合现象进行分析,并对径向四自由度系统建模,应用软件方法在控制中对其进行速度交叉解耦补偿．系统解耦前后的仿真对比表明,消除了陀螺力矩耦合对系统在高速下的稳定裕度的影响,并提出了低、高速采用不同控制方法的新思想．     

基于差异演化算法的高速储能飞轮形状优化设计

采用差异演化算法对高速储能飞轮的形状进行优化,以实现储能飞轮具有最大的质量能量密度,并且以在高速旋转的状态下满足强度要求为设计目标。针对差异演化算法进化速度依赖种群个体差异的特点,提出权重因子随种群聚集度变化而变化的策略,并增加混沌变异操作,以提高算法跳出局部最优的能力。构建了仿真优化程序,通过Visual C++6.0调用通用有限元软件ANSYS来计算飞轮的应力分布。通过优化计算得到了满足强度要求的质量能量密度最大的飞轮形状,与同质量的圆盘飞轮相比,转动惯量提高了28.39%。     

Study on electromechanical coupling nonlinear vibration of flywheel energy storage system

The new type transforming format and storage method of electric energy have become a focus in present. With the breakthrough of high intensity fiber material, low power loss bearing, electric power and electronics technology, the attention is paid to the flywheel energy storage system (FESS) technology by domestic and overseas academia for its high efficiency of electrical energy transforming, quick charge and discharge, no pollu-tion and large energy storage density, etc. The application for…