随着社会的发展,能源与环保问题越来越受到人们的重视,而复合材料,永磁轴承,电机控制系统等技术的发展使飞轮储能系统的性能有了极大的提升,所以作为一种容量大,效率高,零污染的新型储能技术,其在节能减排领域有着十分广阔的应用前景。飞轮转子作为系统的储能部件,是整个系统的核心,所以对飞轮转子的分析研究具有十分重要的意义。本文在阅读了大量的文献基础上,了解了国内外对飞轮转子研究现状。通过对比多种最新复合材料性能参数,综合考虑材料成本,储能密度,比强度等因素,采用T700/5028环氧树脂作为制作飞轮轮缘的复合材料,选用铝合金作为轮毂材料。设计飞轮的轮缘为5层圆环套装,在六辐条式轮毂的基础上对轮毂部分进行优化,使轮毂质量减小10.5%,并改善了应力集中问题,在10kr/min的工况下最大应力可降低20%。鉴于目前大多数对飞轮分析时采用的蔡一希尔(Tsai-Hill)强度准则有一定的缺陷,本文创新性的将更适合三维失效分析的Tserpes强度准则应用于复合材料飞轮的失效分析,有利于飞轮分析结果准确性的提高。目前复合材料飞轮的应力以及模态分析涉及飞轮初应力因素的文献较少,而飞轮的初应力会影响飞轮的刚度矩阵,其对飞轮整体性能的影响是不可忽视的。本文将对飞轮转子施加不同大小以及包括均匀分布、线性递增、线性递减、上凸抛物线和下凸抛物线五种不同分布形式的初应力,对施加了以上初应力的飞轮进行应力分析、模态分析并计算其临界转速以及极限转速。经对比分析计算数据后得:对复合材料飞轮施加一定的初应力有利于降低飞轮的最大应力,改善飞轮结构的整体性能,提高飞轮的极限转速与临界转速,防止共振的发生;根据初应力对飞轮应力大小的影响可知,初应力的最佳施加方式为由内而外呈梯度分布的形式递减,但初应力的分布方式对飞轮的固有频率以及临界转速并无明显影响。本文通过对飞轮初应力的分析为以后的飞轮设计提供了理论指导。