关键词：弹性储能;;平面蜗卷弹簧;;储能密度;;连接;;有限元分析;;模态分析
摘 要：风能和太阳能等可再生能源给社会经济发展带来动力,但其间歇性和不确定性给能源利用带来严峻挑战。为了改善风光电系统输出功率的可控性,提升电网稳定性,使电力调节更具有弹性,大容量储能技术成为解决问题的关键。本文在机械弹性储能系统总体方案基础上,对其重要组成单元机械弹性储能箱进行了结构设计,结合高储能密度的要求,开展了对单体蜗簧箱内关键零部件蜗卷弹簧的材料选择、几何模型建立、储能密度计算、有限元力学特性分析,并针对蜗卷弹簧两端的连接进行了相应结构设计和有限元分析,主要内容如下:(1)基于机械弹性储能系统总体方案,对机械弹性储能箱及其主要零部件进行结构设计。(2)运用阿基米德螺旋线和对数螺旋线建立蜗卷弹簧几何模型,并对其进行受力分析;研究影响蜗卷弹簧储能密度的主要因素,分析并对比了钢材、玻璃纤维、碳纤维等不同材料蜗簧的储能密度,并结合材料的经济性选择玻璃纤维作为蜗簧材料。(3)对玻璃纤维蜗簧材料试件进行强度拉伸实验,确定材料的力学性能,为后续蜗簧及连接的力学性能分析提供基础数据。(4)建立蜗卷弹簧有限元模型,分析阿基米德螺旋线、对数螺旋线两种状态下蜗卷弹簧的变形及应力分布;针对蜗簧与芯轴的连接,提出芯轴盒-螺钉组-压块的连接形式,并对连接件和被连接件进行有限元建模及应力分析;针对蜗簧与箱体内壁的连接,提出衬片-螺钉组连接方式,建立连接的有限元模型,分析不同长度的衬片对蜗簧的影响,确定了合适的衬片长度。(5)针对单体蜗簧箱进行有限元模态分析,通过对比不同阶频率和振型,分析了单体蜗簧箱的振动情况。
内 容：原文可通过湖北省科技信息共享服务平台（http://www.hbstl.org.cn)获取