T700相关参数要点.docx
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T700相关参数要点
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
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