B10发动机飞轮 Weff：圆盘体积+轮缘有效体积（前、后缘） 圆盘体积：
?t?
后缘体积：由已知L0、T0、R0， 则
R0T0?6.7
L0T0?0.874 4查表图，线性插值得：2.3.3算最大全负荷转速
LeffT0?0.9 得：Leff?0.9?1.25?1.25
n飞轮所能承受的最大转速由应用工程根据发动机配套使用确定，飞轮限定的最大全负荷转速得超过3255rpm,根据上述Sr,St和材料许用应力Sa,核算飞轮所能承受的最大转速。其应取下列计算公式中得最小值，计算公式为：
Wmax?23?SaSr 即 Wmax?2.3.4拉强度试验
23?3(Sa?St)?ScSt
按图纸要求在飞轮上取试样进行拉力试验，取样标准应该按《金属拉力试样》GB6397-86执行。拉力试样如图2：
图2 拉力试样
L--平行长度，L≥L0+d0；
L0—试件平行长度部分两条刻线间的距离，成为原始标距； d0—平行长度部分原始直径。 圆形比例试件分两种： L0=10d0，称为长试件； L0=5 d0，称为短试件。
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本实验试件采用d0=10mm,L0=100mm的长试件。
将试件装好后按下“运行”按钮，试验机开始按试验程序进行拉伸，仔细观察试件和计算机屏幕上的拉伸曲线在拉伸过程中的对应情况，直至拉断，取下试件并观察断口。试验结束，在试验结果栏中，程序将自动计算结果显示在其中。浏览拉伸曲线，记录屈服载荷Fs(Fel)和最大载荷Fbz(Fm)。输入断后标距，断后面积，打印试验报告。
根据测得的灰铸铁拉伸载荷Fs、Fb计算出屈服极限?s和强度极限?b。
?s?FsA0 ， ?b?FbA0 ， A0???d042
3飞轮的动态优化设计
3.1 飞轮的动态优化设计的意义
在设计任务中，经常遇到系列产品的设计工作，这些产品在结构上基本相同，但由于使用场合、工况的差别，在结构尺寸上形成了一个系列。对于这种设计任务，如果一一地去设计、绘图等，会带来很大的重复工作量。这样不仅浪费了人力、物力资源，也延长了设计周期。另外，工程中得很多结构，在投入正式使用之前，都需要进行有限元结构分析。有限元分析工程中很大一部分工作量在于实际结构抽象出有限元分析数学模型划分有限元网络。该过程通常独立于建立实体模型。对于系列化产品，其有限元结构分析的工作类似于模型建立工作，有着相当大的重复性。
参数化建模是使用重要几何参数快速结构和修改几何模型的一种造型方法，这些几何参数包括控制形状大小的尺寸和定位形状的方向矢量等。若几何模型的所有尺寸是参数化的就可以动态修改参数，随后动态得到有限元分析结果。
飞轮是内燃机中有重要作用但结构形状相对于简单的零件之一。它是一个转动惯量很大的圆盘，其中要功用是将在做功行程中传输给曲轴的功的一部分贮存起来，用以在其它行程中克服阻力，带动曲柄连杆结构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷。此外，在结构上飞轮又往往用作汽车传动系中摩擦离合器的驱动件。
随着高速内燃机的发展，飞轮的旋转速度不断提高。众所周知，一旦发生飞轮强度、刚度方面的破坏，就会出现危险。在设计过程中，除了保证飞轮又足够的转动惯量外，应使飞轮满足设计要求的前提下质量尽可能小，从而减轻发动机
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整体重量提高发动机固有频率。这里利用通用有限元分析软件ANSYS对于某发动机飞轮进行了参数化建模动态分析了飞轮的应力场与位移场，并利用ANSYS优化模块对飞轮的主要尺寸参照同类型发动机的性能参数进行了优化，在满足飞轮设计要求的前提下减轻了飞轮的重量。
3.2 模型简化与方案选择
为了使有限元模型网络规模不致过大，建模时忽略了一些小得细节，如小倒角、定位孔等，并假设：飞轮以恒定的转速作高速旋转；整个飞轮只受惯性力作用，考虑螺栓的约束，不考虑螺栓处的预紧力；飞轮的均质圆盘。飞轮简化模型如图3所示，
图3 飞轮简化模型如图所示
3.2.1方案选择
若不考虑螺栓孔和减重槽，飞轮无论是结果形状，还是载荷约束条件都符合轴对称结果要求。因此，方案一将飞轮简化为二维轴对称结构进行参数建模、有限元分析和形状优化设计；方案二在实体建模中考虑螺栓孔与减重槽，这样可将飞轮简化为1/4三维实体模型进行参数化建模、有限元分析和形状优化设计。 3.2.2参数化建模
（1）二维轴对称参数化建模
利用ANSYS提供的APDL语言编程实现参数化实体建模，注意一些尺寸是不能进行参数化的，如轮缘外径，它是根据飞轮使用时对空间等的要求事先给定的；螺栓孔的位置，它是由飞轮轴的外径和装配情况而定的等。此外，对于分析结果影响不大的尺寸，也不作为参数化的尺寸。轴对称模型的参数化尺如图4所示：
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图4 旋转对称面及参数化的尺寸
（2）三维1/8实体参数化建模
在二维模型的基础上，将飞轮的旋转对称面绕Y轴旋转45度然后再构造和凹槽，槽的深度H3也作为参数。飞轮1/8实体模型界约束，并在飞轮旋转中心轴上施加角速度：w=2800rad/s。
3.3飞轮的动态有限元分析
3.3.1 二维模型动态有限元分析
选取8Node PLANE82为二维轴对称模型单元。由于在模型中有较小的圆角和尖角，是可能产生应力集中地部位，采用NASYS提供的智能网格划分方法，可以在这些部位产生密度较大的单元，提高计算精度。模型单元数：511；节点数：1672.在螺栓轴线处施加全约束，在飞轮旋转中心轴上施加角速度w=2800rad/s，二维对称模型网格如图5所示。
图5二维对称模型网格
飞轮的应力场和位移场的计算结果如图6和7所示。
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