多环过盈配合复合材料飞轮应力和位移分析

韩永杰，李 翀，王昊宇，任正义



多环过盈配合复合材料飞轮应力和位移分析

韩永杰，李 翀，王昊宇，任正义

（哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001）

储能飞轮由轮毂和多环复合材料轮缘组成，飞轮旋转时轮毂和轮缘既受到离心力作用，同时又受到内外界面压力的作用，且不同转速下界面压力不断变化，使得分析计算由静止到最大工作转速的不同工况，以及飞轮上不同径向位置的应力非常复杂。本工作在平面应力下分别推导了各向异性材料轮缘在离心力作用下和受内外压力作用下的应力和位移解析式，进而采用叠加原理可计算飞轮在不同转速工况、径向不同位置的应力和位移，简化了应力和位移求解过程，可用于飞轮环间过盈量的确定、强度校核和极限转速计算等设计与分析。应用这种方法对一个实际飞轮进行了分析，并绘制了应力和位移曲线。

多环飞轮；复合材料飞轮；过盈配合；应力和位移

现代的飞轮储能为增加储能量和减小储能飞轮的质量，通常在高转速下工作。储能飞轮转速的提高又受到飞轮强度的限制，因此，采用高强度的复合材料飞轮成为现代储能飞轮的主要特征和标准配备。而复合材料为各向异性，使得飞轮的应力分布非常复杂[1]。

为了设计制造出安全可靠的高速储能飞轮，需要分析储能飞轮的应力和位移。目前的研究方法主要有解析法、数值方法和实验法[2]。解析法通常采用平面应力和平面应变的假设，易于建立起储能飞轮几何参数间的关系，更适合于储能飞轮的设计[3]。……