T700相关参数.docx

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T700相关参数

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=1mM=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5GPa>4.9GPa，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；

2、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；

3、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；

4、为了使环向应力满足条件，必须要将飞轮的半径降低；

5、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=68.5389wh/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210Mpa>80Mpa,最大环向应力为1.82Gpa<4.9Gpa

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