T700相关参数.docx
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T700相关参数
T700-SC碳纤维密度为1800kg/mA3,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
15000e=17.13
30000
e=68.54
35000e=93.29
40000e=121.85
50000e=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：
0.150.20.250.3
半径/m（n=45000rpm）
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
5
0.10.150.20.250.3
半径/m（n=45000rpm）
0.5
1
1.5
2.5
2
3
3.5
4
4.5
O
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。
半径/m（n=8000rpm）
转速n=8000rpm时，存储2.1559度电，M=442.3362kg,e=4.8739wh/kg
x108单层径向应力
存储7.5793度电，储能密度为17.1347wh/Kg
半径/m（n=30000rpm）
半径/m（n=30000rpm）
存储30.3172度电，储能密度e=68.5389wh/Kg
X108单层径向应力
存储41.2651度电，储能密度e=93.2891wh/Kg
半径/m（n=20000rpm）
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
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
10.150.20.250.3
半径/m（n=8000rpm）
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0.10.150.20.250.3
半径/m（n=8000rpm）
x109双层环向应力
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
x108双层径向应力
10.150.20.250.3
半径/m（n=30000rpm）
x108双层径向应力
10.150.20.250.3
半径/m（n=35000rpm）
O
5
2
2
5
5
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5
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x10双层环向应力
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
、
、
0.10.150.20.250.3
半径/m（n=30000rpm）
4
x109双层环向应力
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3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
2.5
2
2
1
1.5
1
0
0.5
-0.5
0
0.150.20.250.3
半径/m（n=40000rpm）
0.10.150.20.250.3
半径/m（n=40000rpm）
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x109双层环向应力
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双层径向应力
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x10二层径向应力
5
2
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0.150.20.250.3
半径/m（n=8000rpm）
X10
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双层环向应力
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0.10.150.20.250.3
半径/m（n=60000rpm）
X1010
8
三层环向应力
8
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半径/m（n=8000rpm）
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半径/m（n=15000rpm）
x108三层径向应力
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0.150.20.250.3
半径/m（n=50000rpm）
0.10.150.20.250.3
半径/m（n=50000rpm）
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2
2
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5
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半径/m（n=60000rpm）
6
x10
8
2
0
1
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9
三层环向应力
7
6
5
4
3
0.10.150.20.250.3
半径/m（n=60000rpm）
x108四层径向应力
10.150.20.250.3
半径/m（n=8000rpm）
x108四层径向应力
\
\
O
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5
2
2
5
5
5
0
4
x10四层环向应力
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3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
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0.10.150.20.250.3
半径/m（n=8000rpm）
*
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4
四层环向应力
35
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0.150.20.250.3
半径/m（n=30000rpm）
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0.10.150.20.250.3
半径/m（n=30000rpm）
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2.5
2
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6
5
4
3
升级会员 