可设计性是纤维增强复合材料最突出的特点，为了充分发挥纤维增强复合材料的优势，提高纤维增强复合材料飞轮转子储能量，开展纤维增强复合材料飞轮转子结构设计尤为重要。

　　根据圆环使用工况，需选用具有较高强度和模量的复合材料。本文选用碳纤维复合材料制备圆环，基体选用具有优异力学性能的高性能环氧树脂，增强纤维选用性价比较高的高强度、中模量碳纤维，按照内径参数选择合适的芯模，再按照预设的参数，采用缠绕工艺制备碳纤维复合材料圆筒，固化完全后自然冷却至室温，车削加工其外径至设计值，然后切削成宽度为20mm的圆环试样，加工公差为±0.1mm。

　　复合材料圆环试样拉伸测试参照GB/T1458一2008《纤维缠绕增强塑料环形试样力学性能试样方法》开展试验。测试工装由两个带有半圆形凹槽的高强度、高硬度合金钢加工而成，测试过程中，将两个工装通过定位销组合成一个圆形凹槽，将碳纤维圆环试样嵌入凹槽，然后将工装的夹头与试验机夹持机构通过液压夹紧相连。通过两片工装的分离运动实现对圆环试样的拉拔效果。碳纤维圆环试样的拉伸测试采用万能材料试样机，加载过程采用位移控制方式，按照2mm/min速度施加拉伸载荷，直到试验件失效。

　　通过试验，碳纤维复合材料圆环主要破坏模式为分层和纤维断裂，纤维成散花状。随着碳纤维复合材料圆环壁厚增大，试样仅局部发生分层，且分层面积逐渐减小，纤维断裂数量显著减少，即随着试样厚度的增加，试样的破坏模式也发生了变化，对于壁厚为5mm的试样，破坏后的试样纤维呈炸裂状，且纤维基本全部断裂：对于壁厚为10mm的试样，试样破坏模式为部分纤维断裂结合试样宽度方向（20mm尺寸方向）的开裂：对于壁厚为20mm的试样，试样破坏模式为内层少部分纤维断裂，试样宽度和厚度方向从层间开裂为主。

　　当碳纤维复合材料圆环内径一定时，其径向拉伸强度与壁厚几乎呈线性关系；当碳纤维复合材料圆环壁厚一定时，其径向拉伸强度随着试样内径的增大而增大，尤其是当圆环内径较小时，这种增大表现为先显著增大后缓慢增大。

　　阅读延伸：《碳纤维拉伸强度会受哪些缺陷影响》