混合动力汽车飞轮电池中高速复合材料飞轮的计算机辅助设计

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1、武汉理工大学硕士学位论文混合动力汽车飞轮电池中高速复合材料飞轮的计算机辅助设计姓名：杨橙申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：马力2003.4.1武汉理工大学硕士学位论文摘要本文首先全面论述了国内外飞轮电池的研究现状和发展趋势，认为配置飞轮电池的混合动力汽车能够很好地实现环保节能的构想，但是其中关键部件飞轮必须满足工作转速高、贮能密度大的要求。因此，具有低密度和高抗拉强度的复合材料成为飞轮设计的首选。新材料的引入使得针对飞轮的强度、变形、平衡、疲劳等问题的试验研究和计算机仿真都显得非常的必要与紧迫，而当前现

2、状表明，国内的研究与国际先进水平相比存在着较大的差距。根据国内相关应用研究的薄弱环节和实际需要，本文以丹麦R捃≯国家实验室提出的高速复合材料储能飞轮作为设计原型，采用有限元法对复合材料飞轮在高速运行时的变形和应力状况进行了仿真计算，通过对结果的分析改进了设计原型中飞轮盘缘部的形状，改善了飞轮盘颈部的应力集中。有限单元法的应用避免了使用传统方法时必须进行的大量简化，计算结果更为精确可靠。本文还研究了复合材料飞轮基于强度的极限转速问题。文章从复合材料的二次型失效准则出发，推导了相应于轴对称计算的强度准则，并在飞轮设

3、计领域首次提出高速复合材料飞轮的强度条件，在理论上具有创新意义。以强度条件为基础，本文建立了强度极限转速的优化计算模型，并针对特定情况提出简化计算模型。提出的优化计算模型将极限转速的计算问题转化为数学意义上的优化问题。该转化紧密结合了有限元分析与优化设计各自的特点，在极限转速的计算方法和计算模型的建立上具有独到的见解。为了防止飞轮因共振原因失稳或失效，本文对复合材料飞轮的的临界转速问题进行了计算分析。文中利用有限元模态分析的方法确定飞轮的固有频率，计算飞轮运行时的临界转速，对复合材料飞轮动态性能的研究作出了有益

4、的尝试。联系飞轮的强度条件，本文还探讨了复合材料飞轮临界转速与极限转速的协调设计问题，在改进设计原型的基础上得到一个比较合理的设计方案。这方面的研究目前在国内还未见相关报道。本文的研究成果为复合材料飞轮的设计与分析提供了有效的计算模型和数值计算手段，同时为类似的转子结构和复合材料结构件的研制与开发提供了有价值的参考。关键词：飞轮，复合材料，有限元法，极限转速，临界转速亟堡堡三盔堂堡主堂垡鲨奎Abstract嘶spapersummarizedtheresearchstateanddevelopingtrendof

5、theflywheelbatteryindetail．Hybridelectricalvehicleswithflywheelbatterycallfulfiltheenergyeconomyandenvironmentalprotection．buttheflywheelmustmeetthedemandofhighworkingspeedandhighdensityofenergystorage．Socompositematerialswithhightensilestrengthandlowdensity

6、becometheprimarymaterialsfortheflywheel．Thenitisverynecessaryandurgingtodealwiththeexperimentresearchandcomputersimulationoncompositeflywheelsaboutstrength，deformation，balanceandfatigue．ButthepresentStatusindical【edthetechnologygapbetweentheforeignanddomesti

7、cresearchinthisfieldisverylarge．Aimingattheweaknessondomesticresearchsandpraetiealdemands，thepapercitedthecompositeflywheelpresentedbyDanmarkR妇击NationalLaboratoryastheprotoscheme．FEMwasappliedtoanalysethestrengthofthecompositeflywheelwithhighspeed．Thedeforma

8、tion，stresslevelanddistributionofeveryportiononsuchhighspeedwereobtained．AccordingtheresulLthepaperimprovedtheshapeofthedisk'sedge．SothestressconcentrateWaSimproved．FEMavoidedthepredigestionoftr