传统的飞轮强度计算通常都作如下假设：飞轮是均质圆盘，其内侧不受力，它是匀速转动的。这些简化和飞轮电池的实际工作情况有很大的出入，例如具有机电能量转换功能的储能飞轮轮缘内包含了用于构成电动机发电机的永磁体及配重，它们对轮缘的内侧产生周期性的非均匀分布局部作用力，不符合上述假设。
      研究采用三维有限元分析法，考虑飞轮内侧接触应力对飞轮进行了强度分析。飞轮的结构如图所示，外圈为纤维缠绕的复合材料轮缘，轮缘的内侧放置有均布的永磁体，这些永磁体是储能飞轮变频电动机转子主要组成部分，同时它们也能起到增加飞轮转动惯量的作用，轮缘和轮毅是用高强度纤维通过缠绕联结在一起的，飞轮的轮缘截面如图所示，是半椭圆的，计算表明这种结构对于飞轮的能量存储是最优的，给出了飞轮所受载荷的情况，列出了飞轮的部分结构参数。
      复合于飞轮外侧作为轮辐的高强度纤维层对飞轮的作用沿轮缘周向是均匀分布的，但在截面上的分布却不是均匀的如图所示。对此问题的处理方法是把作为轮辐使用的高强度纤维层作为模型的一部分附加在轮缘外侧，对其单独划分单元，采用粘结的方法和轮缘连接在一起。缠绕在飞轮外侧的高强度纤维复合材料层存在一个预紧力，为了表示这种受力状态，在中间插入一层特殊的单元-预紧单元，这种单元形成一个断层，可以通过调整预紧单元的参数调整预紧力，所示轮缘内侧永磁材料制成的圆柱体对轮缘的作用是非均布力，它和轮缘的内表面构成了一个接触对，引入接触分析进行计算。由于飞轮具有良好的对称性，因此只需取1/4建立模型即可，三维有限元网格如图所示。
      接触问题是由于结构的变位引起载荷的大小、方向或边界支撑条件发生了变化，结构的平衡方程必须建立在结构变形之后的状态上，分析的基本问题是求出当前载荷作用下的平衡状态。设所作用的载荷为时间的函数，则物体有限元离散系统的平衡方程，可表示为式中材料和几何条件的切向刚度矩阵。
      在计算中常采用的迭代方法是修正Newton迭代法，它可以由非线性方程组的Newton-Raphson解法导出。在t时刻到t+t0时刻的过程中，修正Newton法的迭代公式可以表的右端称为第i步迭代前的不平衡载荷，在迭代过程中，F随i的增加而逐步逼近pt+4tp，当满足给定的不平衡载荷向量模的精度指标时，迭代终止。非接触区的分析按照有限元分析的常规步骤进行，不同之处在于考虑了材料的各向异性(横观各向同性)。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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