T700相关参数.doc

T700-SC碳纤维 密度为1800kg/m^3, 环向许用抗拉强度4.9GPa，弹性模量230GPa，泊松比0.307，径向抗拉强度为80MPa左右。 算例：将飞轮设计成r=0.1m，R=0.3m，H=1m M=442.3362kg 单位：储能密度 wh/kg 径向应力 MPa 环向应力 GPa 层数 转速 8000 e=4.87 15000 e=17.13 30000 e=68.54 35000 e=93.29 40000 e=121.85 50000 e=190.39 60000 e=274.16 径向 环向 径向 环向 径向 环向 径向 环向 径向 环向 径向 环向 径向 环向 1 8.2 0.07 30 0.25 120 1.0 165 1.4 210 1.82 320 2.9 470 4.2 2 0 0.3 10 0.64 60 1.75 80 2.25 120 2.8 180 4.2 275 6.1 3 0 0.35 8 0.65 58 1.76 78 2.3 118 2.85 178 4.3 273 6.2 4 0 0.4 0 0.75 14.2 2.0 20 2.6 25.5 3.3 50 5 75 7 结论 1、转速增大可以提高储能密度； 2、复合材料的强度不高，分层可减小径向应力，但却使环向应力增大，因此强度设计要兼顾径向和环向的应力； 3、在算例中，分三层和两层的差别不大。分四层可使径向应力得到明显的改善； 4、在四层时，约束的因素是环向的应力。如果再继续分层，反而使得径向的应力变大。因此层数选定四层，再寻找合适的转速。 方案选定 在四层n=50000rpm时，环向最大应力为5GPa4.9GPa，考虑把转速减低。在n=45000rpm时，应力分析如下图： 最大径向应力40MPa[80MPa]，最大环向应力为4.08GPa[4.9GPa]。考虑一定的安全裕量，这个尺寸、转速是合适的。储能密度e=154.2wh/kg，存储68.2度电。 优化 可以从继续减小半径，提高转速，增加分层的方向考虑修改。但怎样是最优的需要分析，分析工具也需要换。 设计成细长型的道理： 1、复合材料飞轮储能密度大的原因是可以达到高转速； 径向强度低，在高转速下会导致强度不够，那么就要求必须分层； 但分层又影响环向应力分布，同样半径、转速下层数越多，环向应力越大； 为了使环向应力满足条件，必须要将飞轮的半径降低； 为了满足储存的总能量，要将飞轮的高度加长； 所以：在环向应力、径向应力、储能密度和总储能上要都达到要求，复合材料飞轮常常设计成了细长型。 转速n=8000rpm时，存储2.1559度电，M=442.3362kg, e=4.8739wh/kg 存储7.5793度电，储能密度为17.1347wh/ Kg 存储30.3172度电，储能密度e =68.5389 wh/ Kg 存储41.2651度电，储能密度e=93.2891wh/ Kg 转速n=20000rpm时，存储13.4743度电，M=442.3362kg, e=30.1647wh/kg 最大径向应力为8.2Mpa，这种情况在强度上能轻松满足要求。只是储能密度太低，因此要提高转速。 转速n=40000rpm时，存储53.8973度电，M=442.3362kg, e=121.847wh/kg 最大径向应力为210Mpa80Mpa,最大环向应力为1.82Gpa4.9Gpa 可以看出转速的提高可以增大储能密度，但带来的问题是强度不够，因此要考虑分层。 存储84.2146度电，储能密度e =190.3859wh/ Kg 转速n=60000rpm时，存储121.269度电，M=442.3362kg, e=274.1557wh/kg, 此时的最大环向应力为4.2Gpa[许用应力]=4.9Gpa，但最大径向应力为470Mpa，远远超过许用应力80Mpa。 采用两层的结构 三层 - 分四层