基于ansys永磁直流牵引电机接触有限元分析

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1、第3期机械设计与制造2010年3月MachineryDesign&Manufacture27文章编号：1001—3997(2010)03—0027—02基于ANSYS的永磁直流牵引电机接触有限元分析张鑫刘旺玉(华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640)FiniteelementanalysisofDCpermanentmagnettractionmotorstructuralbasedonANSYSZHANGXin，LIUWang-yu(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTech

2、nology，Guangzhou510640，China)；motoroftkDcthree—dimensionalmodelWaSestablished．IntheANSYSenvironment，thenonlinear；：structurecontactfiniteelementanalysisofthetractionmotorassemblyWassimulatedtocomputethemotor?；coyersss掘凡¨60Itprel。Thesfress帆dsne印ern拈ofthe肌d：1引言的三维实体单元solid95，设置单元均匀化尺寸为5mm，采用自由网格划

3、分方式，网格划分的最终结果，如图1所示。在汽车牵引电机的设计过程中，可靠性的设计越来越重要，尤其是在产品的概念没计阶段和试制阶段。产品的可靠性增加也就意味着它将会具有更好的使用性能和寿命，这种产品可靠性的优势在未来市场的竞争中将会越来越显得重要轻型化也是电机制造的发展趋势，合理的结构设计不仅可以满足强度和刚度要求，而且还可以节省大量的材料，从而降低产品的制造成本。电机的前后端盖是整个电机的重要结构组成部分，在电机运转过程中，前后端盖的受力情况非常复杂，制造使用的材料一般为成本较高铸铝合金。因此，结构优化设计对整个电机成本的降低和质量的提高具有很大的作用。图1牵引电机的有限元模型常规

4、的有限元分析仅仅是局限于单个零部件的模拟和计算，3三维有限元接触算法而零部件之间受力状况较复杂，存在着各个受力部件之间的相互3．1弹性接触问题的主要方程作用的情况，因此有必要对整个电机装配状态下的受力进行分假设两弹性接触体的初始间距为z，在载荷Q的作用下，其析，装配体的分析涉及到很多非线性因素。接触分析是一种高度弹性趋近量为艿，产生的接触区域为A。，此时接触应力应满足以复杂的非线性行为，合理的接触分析对结果的正确性和合理性密下方程：fAdo(x，y)dxdy=Q(1)切相关121。通过ANSYS软件中特殊的预紧单元对前后端盖进行了式(1)为接触问题要满足的平衡方程。特定力矩下的装配

5、预紧，最后对整个模型进行了接触状态下的分式中：啡用载荷；口一接触应力；4c—接触区域。析并进行了有限元计算，在此基础上，对实际的电机的装配过程撕)(2)进行了应力应变实验测定，并与有限元计算结果进行了对比。E=+(3)2有限元模型的建立E115z利用建模软件Pro—Engineer建立了永磁直流电机的三维模式中：弹性接触问题的变形协调方程；6一接触体之间的弹性趋近型，然后导人到ANSYS中进行前处理。采用了ANSYS单元库中量；z—接触表面之间的初始间距；E。、E一两弹性体的杨氏★来稿日期：2009—05—1228张鑫等：基于ANSYS的永磁直流牵引电机接触有限元分析第3期模量；V

6、2一两弹性体的泊松比，这两个方程是求解弹性接螺栓预紧力的施加在装配体有限元分析中对分析结果的影触问题的基础。响很大，对螺栓预紧力的施加使用预紧力单元实现，因此能否正3．2接触问题的有限元算法确的施加预紧力会对模拟结果产生较大的影响。采用ANSYS软对于接触问题的一般有限元算法，其基本过程为：根据变分件单元库中的Pretension179预紧单元，直接利用创建预紧力原理，对于两个接触物体所组成的系统，在和接触边界有关的单单元的方式进行预紧力的加载。元e上，其外力虚功为：接触分析是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，合6：i{}r{6M}dfl+I{’}{占“}dT+{；6}理的进

7、行网格划分和接触对属性的设置对迭代求解结果的速度和正确性起着重要的作用。在迭代结束后，进入ANSYS的后处理式中：—单元体力向量；—单元面力向量；：一单元接触边界器进行结果的分析与提取，计算结果的云图，如图2～图4所示。的接触力向量；6u—单元内虚位移向量；6“—_单元节点虚前后端盖有限元计算结果，如表2所示。位移向量。其内力虚功为：f8／／=I{船}dv，式中：一单元内的应力向量；Ss一单元内的虚应变向量；Q一单元区域；r一单元作用面力的边界。{[]}；{[胪]{}