林志立 ，李华民 ，董亚强 ，潘 燕

（1.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所，浙江 宁波 315201；2.中国科学院大学，北京 100049）

1 引言

高速转盘由特定的材料制造而成，其力学性能依赖于材料、旋转速度和工作环境。在机械制造业中，考虑到经济性、高温环境、轻量化和耐久性等因素，一般采用耐高温、低热传导的材料[1]。

文献[2-3]计算了平面压力条件下空心、实心的旋转圆盘的半解析解，与Durodola和Attia受离心载荷下的结果进行比较。文献[4]求解了等厚度空心转盘的位移解析解，证实弹塑性与弹性位移属于同一数量级。文献[5]采用双剪统一理论，获得了实心旋转圆盘的应力分布。文献[6]考虑到旋转圆盘的厚度与温度的相互影响，提出了一种计算变厚度高速转盘的等强度厚度分布的迭代计算方法。文献[7]运用变材料属性（VMP）方法计算了非均匀厚度转盘的应力，发现场变量的空间分布是相互影响的。最新的研究表明，在同样的旋转速度下变厚度转盘的应力比均匀厚度的小很多[8]。在此基础上，Bayat的变厚度旋转圆盘的研究表明，相比均匀厚度的转盘，径向厚度呈凹的抛物线逐渐减小的转盘，其应力和位移更小，材料的使用效率更高[9]。

据现有文献所知，多数研究集中于旋转速度较低的变厚度转盘的线性问题，然而考虑25000r/min旋转速度下高速转盘问题的研究较少。考虑到转盘的厚度远小于直径，以平面应力问题进行理论计算。这项工作的目的是分析在高速旋转工况下空心转盘的几何结构对应力的影响，应力的计算采用有限元方法和弹性理论。……