飛輪形狀設(shè)計(jì)

②高速情況下最優(yōu)形狀隨轉(zhuǎn)速的變化如圖3.7所示：圖圖3.7高速情況下最優(yōu)形狀隨轉(zhuǎn)速的變化對(duì)比實(shí)心和空心飛輪的最優(yōu)形狀可知，低速情況下，兩者的最優(yōu)形狀類似，沿半徑方向內(nèi)，端最薄外端最厚；中、高速情況下，兩者的最優(yōu)形狀有所不同，實(shí)心飛輪最優(yōu)形狀中存在等應(yīng)力弧段，而空心飛輪最有形狀中沒有等應(yīng)力弧段；達(dá)到高速極限轉(zhuǎn)速時(shí)，最優(yōu)的實(shí)心和空心飛輪外半徑處的軸向厚度都達(dá)到了最小厚度。3.3飛輪拓?fù)涞膬?yōu)化設(shè)計(jì)高速旋轉(zhuǎn)的盤型飛輪，主要承受離心載荷的作用。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，飛輪上常常挖有沿周向均勻分布的大小一致的圓孔，以減小飛輪的質(zhì)量，即研究飛輪上如何“挖洞”的問題?；诟倪M(jìn)BESO算法，根據(jù)設(shè)計(jì)區(qū)域的體積分?jǐn)?shù)V*以及旋轉(zhuǎn)周期的不同，優(yōu)化以后的模型分別如下圖所示：圖圖3.8優(yōu)化后的飛輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1/12模型V*=30%圖圖3.9優(yōu)化后的飛輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1/12模型V*=50%圖圖3.10優(yōu)化后的飛輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1/8模型V*=30%圖圖3.11優(yōu)化后的飛輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1/18模型V*=30%圖3.8、圖3.9分別給出了1/12飛輪剩余體積控制為30%和50%時(shí)的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果?？梢钥闯?，隨著控制體積的逐漸減小，飛輪上開始出現(xiàn)小的孔洞，隨著結(jié)構(gòu)體積的繼續(xù)減小，孔洞不斷地的增多和變大，最終，孔洞之間相互連通形成更大的孔洞。總體上看，隨著控制體積的減小，飛輪的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由輻板式結(jié)構(gòu)逐漸變成輻條式結(jié)構(gòu)。對(duì)比圖3.8、圖3.10和圖3.11可以看出，不同對(duì)稱周期，飛輪的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也明顯不同；隨著旋轉(zhuǎn)周期數(shù)的增加，孔洞位置逐漸向飛輪內(nèi)半徑方向延伸，且飛輪中，桿件結(jié)構(gòu)逐漸增多。從工程實(shí)際的角度來看，圖3.8中的飛輪結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用些。4輪轂的典型造型因?yàn)檩嗇灧侵饕辛Y(jié)構(gòu)，其作用就是連接輪緣與軸承，又由于輪轂的制造材料一般為鉬合金、鈦合金等易于加工成型的材料，所以其結(jié)構(gòu)造型非常多。然而，經(jīng)過第一章的分析，可以知道，重量分布越遠(yuǎn)離軸心，飛輪的儲(chǔ)能密度越大。所以，在設(shè)計(jì)輪轂的時(shí)候，應(yīng)盡量減小質(zhì)量，盡量采用空心設(shè)計(jì)。幾種典型的輪轂造型如圖4.1所示：圖圖4.1幾種典型的輪轂造型參考文獻(xiàn)[1]閆曉磊.儲(chǔ)能飛輪優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法研究[D].長沙：湖南大學(xué),2011.[2]賈紅雨.復(fù)合材料飛輪儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)力學(xué)及儲(chǔ)能研究[D].鄭州：鄭州大學(xué),2009.[3]吳剛,劉昆,張育林.磁懸浮飛輪技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].宇航學(xué)報(bào),2005,26(3)：385-389.[4]蔣書運(yùn),衛(wèi)海崗,沈祖培.飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研究的發(fā)展現(xiàn)狀[J].太陽能學(xué)報(bào),2000,21(3)：427-432.[5]黃秋露.飛輪轉(zhuǎn)子主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與優(yōu)化[D].杭州：浙江大學(xué),2012.[6]趙韓,楊志鐵.復(fù)合材料飛輪的設(shè)計(jì)分析[J].機(jī)械強(qiáng)度,2003,25(2)：163-16