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：层数转速8000e=4.8715000e=17.1330000e=68.5435000e=93.2940000e=121.8550000e=190.3960000e=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18.20.07300.251201.01651.42101.823202.94704.2200.3100.64601.75802.251202.81804.22756.1300.3580.65581.76782.31182.851784.32736.2400.400.7514.22.0202.625.53.35057570.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108四层径向应力半径/m(n=45000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.544.55x109四层环向应力半径/m(n=45000rpm)应力/Pa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。0.10.150.20.250.3012345678910x106单层径向应力半径/m(n=8000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3012345678910x107单层环向应力半径/m(n=8000rpm)应力/Pa转速n=8000rpm时，存储2.1559度电，M=442.3362kg,e=4.8739wh/kg0.10.150.20.250.300.511.522.53x108单层径向应力半径/m(n=15000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.20.40.60.811.21.41.61.82x109单层环向应力半径/m(n=15000rpm)应力/Pa存储7.5793度电，储能密度为17.1347wh/Kg0.10.150.20.250.300.511.522.53x108单层径向应力半径/m(n=30000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.544.55x109单层环向应力半径/m(n=30000rpm)应力/Pa存储30.3172度电，储能密度e=68.5389wh/Kg0.10.150.20.250.300.511.522.53x108单层径向应力半径/m(n=35000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.544.55x109单层环向应力半径/m(n=35000rpm)应力/Pa存储41.2651度电，储能密度e=93.2891wh/Kg0.10.150.20.250.3012345678910x106单层径向应力半径/m(n=20000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3012345678910x107单层环向应力半径/m(n=20000rpm)应力/Pa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。0.10.150.20.250.300.511.522.53x108单层径向应力半径/m(n=40000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.20.40.60.811.21.41.61.82x109单层环向应力半径/m(n=40000rpm)应力/Pa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。0.10.150.20.250.30123456x108单层径向应力半径/m(n=50000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.544.55x109单层环向应力半径/m(n=50000rpm)应力/Pa存储84.2146度电，储能密度e=190.3859wh/Kg0.10.150.20.250.300.511.522.533.544.55x108单层径向应力半径/m(n=60000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.544.55x109单层环向应力半径/m(n=60000rpm)应力/Pa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0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108双层径向应力半径/m(n=8000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109双层环向应力半径/m(n=8000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108双层径向应力半径/m(n=15000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109双层环向应力半径/m(n=15000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108双层径向应力半径/m(n=30000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109双层环向应力半径/m(n=30000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108双层径向应力半径/m(n=35000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109双层环向应力半径/m(n=35000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108双层径向应力半径/m(n=40000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109双层环向应力半径/m(n=40000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108双层径向应力半径/m(n=50000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.301234567x109双层环向应力半径/m(n=50000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108双层径向应力半径/m(n=60000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.301234567x109双层环向应力半径/m(n=60000rpm)应力/Pa三层-0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108三层径向应力半径/m(n=8000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-4-20246810x108三层环向应力半径/m(n=8000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108三层径向应力半径/m(n=15000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-4-20246810x108三层环向应力半径/m(n=15000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108三层径向应力半径/m(n=30000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109三层环向应力半径/m(n=30000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108三层径向应力半径/m(n=35000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109三层环向应力半径/m(n=35000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108三层径向应力半径/m(n=40000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109三层环向应力半径/m(n=40000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108三层径向应力半径/m(n=50000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3012345678x109三层环向应力半径/m(n=50000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108三层径向应力半径/m(n=60000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3012345678x109三层环向应力半径/m(n=60000rpm)应力/Pa分四层0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108四层径向应力半径/m(n=8000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109四层环向应力半径/m(n=8000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108四层径向应力半径/m(n=15000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109四层环向应力半径/m(n=15000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108四层径向应力半径/m(n=30000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109四层环向应力半径/m(n=30000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.3-1-0.500.511.522.53x108四层径向应力半径/m(n=35000rpm)应力/Pa0.10.150.20.250.300.511.522.533.54x109四层环向应力半径/m(n=35000rpm)应