储能飞轮计算总结、.docVIP

复合材料储能飞轮仿真计算 概述 本次计算主要针对在合金钢轮毂周围加上三层碳纤维环氧树脂复合材料模型进行结构辅助设计、强度和转速的校核。本次计算利用solid46层实体单元模拟复合材料，并且利用CONTA171和TARGE169单元的接触分析模拟过盈配合。在原有的模型稍微简化，但基本与原模型一致，保证了模拟的真实性。计算时，利用参数化建模，可以不断改变模型的尺寸，每改变一次尺寸，进行不同转速的计算，直到脱开为止，然后可以通过最高转速和计算得到的应力分布，比较得出最佳模型。经过一系列的计算得到了最优模型，然后在同一转速下用最优模型的应力分布与不加复合材料模型进行比较，可以看出复合材料确实对轮毂起到保护作用。另外，纤维缠绕时施加的张紧力，使得固化成型后的飞轮内部形成一定的预加应力，此预加应力和过盈配合的配合使用，可使飞轮得到更高的转速。本计算最后得出了加上预加应力飞轮的转速确实得到提高，但不是成线性的增加，而是在预加应力为70MPa时飞轮的转速能够达到最高，本次计算得到了该模型的最优预加应力。在缠绕复合材料时控制好张紧力和缠绕层数使得复合材料中间存在的预加应力更加接近该值，指导复合材料的加工。 计算前的准备 计算之前主要从复合材料和过盈配合的ansys仿真方面查阅相关文献，争取使模拟更符合实际情况。 2.1 复合材料的ansys仿真 复合材料是由一种以上具有不同性质的材料构成，具有优异的材料性能纤维增强复合材料，这种材料的特性表现为正交各向异性，对于这种材料的模拟，Shell 99 —— 线性结构壳单元，用于较小或中等厚度复合材料板或壳结构，一般长度方向和厚度方向的比值大于10；Shell 91 —— 非线性结构壳单元，这种单元支持材料的塑性和大应变行为； Shell 181—— 有限应变壳单元，这种单元支持几乎所有的包括大应变在内的材料的非线性行为； Solid 46 —— 三维实体结构单元，用于厚度较大的复合材料层合壳或实体结构； Solid 191—— 三维实体结构单元，高精度单元，不支持材料的非线性和大变形。 （1）??Solid 46是用于模拟复合材料厚壳或实体的8节点三维层合结构单元，单元节点有xy和z方向三个结构自由度，单元允许最多250层不同的材料； （2）??这种单元的定义包括：8个节点、各层厚度、各层材料方向角和正交各项异性材料属性，其中每层可以为面内两个方向双线性的不等厚层； （3）??在材料定义时，只需定义材料主方向和材料坐标系（单元坐标系）一致的材料参数，不一致的复合材料层通过定义材料方向角（该层材料主方向和材料坐标系所成的角度）由程序自动转换； （4）??通过选择不同的层直接在单元坐标下获取单元应力，包括三个方向的应力和面内剪切应力，而不需要通过应力应变的转换来获取；．ANSYS ．． [2] 李奕良，戴兴建.复合材料环向缠绕飞轮轮体工艺应力研究[J]．机械强度．2010,32(3) [3] 杨鼎宁，邹经湘．储能飞轮过盈/脱落过程研究[N]．机械工程学报．2003，39(4) [4] 沈祖陪．多层复合材料缠绕的“单元死活”有限元计算方法[J]．机械强度．2005,27(4) [5] 李地红,李兴冀．复合材料缠绕压力容器缠绕过程模拟[J]．材料科学与工艺．2007,15(15) [6] 王树位．复合材料缠绕张力公式建立． [7] 张恒．复合材料储能飞轮分层结构研究[D]．郑州：郑州大学．2004 [8] 贾红雨．李成 复合材料储能飞轮转子有限元分析[J]．玻璃钢复合材料．2009（4） [9] 宫能平，夏源明， 毛天祥．复合材料飞轮的三维应力分析[J]．复合材料学报．2002,19(2) [10] 赵韩，杨志轶．复合材料飞轮的设计分析[J]．机械强度．2003，25(2)：163~166 [11] 廖芳，马力，杨橙．复合材料高速储能飞轮的设计与仿真[J]．机械设计． 2003 [12] 杨橙，马力，王仲范．复合材料高速储能飞轮临界转速与极限转速的研究[J]．中国机械工程．2003,14(18) [13] 李奕良，戴兴建（等）．复合材料环向缠绕飞轮轮体工艺应力研究[J]．机械强度．2010 , 32 (2) ：265~269 [14] 白越，吴一辉，宣明．高速储能飞轮转子的设计[J]．光学精密工程．2003，11(4) [15] 付月，张建宇．基于ANSYS的复合材料飞轮三维有限元分析[J]．高性能复合材料结构制造技术．2007 [16] 李松松．碳纤维复合材料高速转子的力学特性研究及其储能密度优化[D]．中国科学院研究生院博士论文．2003 [17] 秦勇，夏源明，毛天祥．纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮初应力的三维数值分析[N]．复合材料学报．2005,22(4) [18] 秦勇，夏源明，毛天祥．