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随着世界原油储量的不断减少以及环境污染的日益严重,各国科学家已经开始发展燃油发动机和电-化学储能设备的替代产品.复合材料飞轮储能系统以其质量轻、使用寿命长、清洁无污染、高能量密度、以及低维护等特点,成为新世纪储能设备中的佼佼者,目前已在电动/混合电动汽车、卫星控制等对质量和体积约束要求严格的领域得到应用.目前使用的复合材料飞轮转子的转速一般可高达100,00O转/分,其轮缘线速度可超过1000米/秒.因此复合材料飞轮转子在如此超高转速下工作时,其整个系统的可靠性就成为当今研究的一个重点.本文正是在此基础上,对复合材料飞轮转子进行数值和解析研究,并且对其结构和材料组合进行优化.在"弹性解析分析"部分,论文以平面应力假设为前提,对单层结构的复合材料飞轮转子进行理论分析,并绘制了飞轮径向应力、环向应力沿半径的分布曲线图.此外,论文应用弹性力学知识,对多层过盈装配的复合材料飞轮转子进行非线性接触分析,并求得界面接触压力和飞轮应力分量的分布曲线图.在"有限元分析"部分,论文针对不同材料和结果的复合材料飞轮转子,进行三维有限元分析.对于单层复合材料飞轮转子,利用ANSYS有限元处理软件,获得6个应力分量沿半径的分布曲线图以及等值线图.对于多层飞轮转子结构,采用非线性接触分析方法,获得飞轮转子的界面接触压力和6个应力分量曲线图.为了降低飞轮转子的制造成本,提高飞轮转子的储能和材料利用率,论文以最大化储能为目标函数,对飞轮转子的结构进行优化设计,并获得单层复合材料飞轮转子的最优内径和外径尺寸,多层复合材料飞轮转子的最优材料组合方法以及各单环的厚度.此外,根据优化结果,给出各种飞轮结构的最大储能、储能密度、体积密度的柱状图,从而形象地说明材料选择和组合的合理性和实用性.在损伤与断裂研究中,论文分别采用理论方法和实验方法对飞轮转子用复合材料进行分析研究.通过理论分析,获得复合材料界面开裂和纤维断裂情况下,材料刚度下降的估算公式和纤维的纵向应力和应变表达式.利用无损声发射检测技术,本文对芳纶纤维/环氧树脂复合材料的破坏过程进行实验验证,发现了不同损伤类型与所表现出的声发射特征之间的关系.并且从声发射信号的关联图中,可较好地判断损伤发生的类型,为今后的复合材料损伤与断裂研究提供重要的实验数据.