ABAQUS高速永磁电机转子装配应力模拟分析

2013-06-03 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

本文介绍了ABAQUS的基本操作界面,并通过高速永磁电机转子装配的具体实例对于ABAQUS的具体分析步骤进行了讲解。
倪欣来源:e-works
关键字:CAE ABAQUS 高速永磁电机转子

首先,介绍一下ABAQUS的页面:

环境栏:
ABAQUS/CAE包括一系列功能模块,其中每一模块完成模型的一种特定功能。通过环境栏的Module列表,可以在各功能模块之间切换。环境栏中的其他项则是当前正在操作模块的相关功能。例如,在Part功能模块中,可以通过环境栏来切换不同的部件。

工具栏:
工具栏提供了菜单功能的快捷访问方式,其中主要有平移,旋转缩放模型等操作,读者可以自行操作。

主菜单:
菜单栏中包含了所有当前可用的菜单,通过对菜单的操作,可以调用ABAQUS/CAE的所有功能。用户选择不同的功能模块时,菜单栏中包含的菜单项也会有所不同。

模型树:
模型树直观的显式出模型的各个组成部分,如部件、材料、分析步、载荷和输出要求等。使用模型树可以很方便地在各功能模块之间切换,实现主菜单和工具栏所提供的大部分功能。实际中,模型树只作查询功能使用,基本操作类都在工具区选择相应的操作的。

工具区:
当用户进入某一功能模块时,工具区就会显式该功能模块相应的工具,帮助用户快速调用该模块的功能。

视图区:
模型显示在视图区中。

提示区:
在进行各种操作时,会在这里显示相应的提示。例如在创建一个集合时,提示区会提示选择相应的对象。

切换视角:
可以在不同的视角间进行切换,以选择最好的视图效果。

转子结构如下图

表1 转子设计数据

其中下标为“1”表示是永磁体的参数,下标为“2”表示是护套的参数。密度的单位是kg/m3,半径和过盈量的单位是都是mm。

下面进行相应的操作:

1.创建部件
在环境栏中,可以看到模块列表module:part(如图1),表示当前正处于部件模块,这个模块主要是进行几何体的创建。按照下面的步骤来创建几何模型。

图1

(1)创建部件:点击左侧工具区的 (create part),弹出对话框。在name后输入inner。因为转子是轴对称的,所以将modeling space设为axisymmetric(轴对称),其余参数不变,点击continue。
(2)绘制长方形:点击continue后,软件自动进入绘图环境,左侧工具区显示出绘图工具按钮。选择长方形工具,选择原点(0,0)为一个角点,在窗口底部提示区输入另一个角点(25.5,60),单位为mm(如图2)。这样就创建了永磁体。

图2

用同样的方法创建部件outer,即护套,其尺寸如下图3。

图3

2.创建材料和截面属性
在左上角的module列表中选择property功能模式,如图4

图4

按照下面的步骤定义材料。
(1)创建材料:点击左侧工具区的 (create material),在name输入inner-mat,依次点击mechanical/Elasticity/Elastic,设置young’s module(弹性模量)为150000,poisson’s ratio(泊松比)为0.24,其余不变,点击OK。此时,最后的应力结果是以MPa为单位出现的。(有关单位设置问题我会在以后文章中专门作说明)
(2)创建截面属性点击左侧工具区中的 (create section),保持默认参数不变,点击continue。在弹出的对话框中,保持默认参数不变(material,inner-mat),点击OK。
(3)给部件赋予截面属性点击左侧工具区的 (assign section),然后点击长方形inner,被选中的部件会以红色高亮显示,点击鼠标中建(相当于OK)。这样,永磁体被赋予了相应的特性。
用同样的方法为护套赋予相应的特性,及只要创建材料outer-mat,将(2)步中的材料material选择为outer-mat,将(3)步中的高亮显示区选择为部件outer就可以了。
3.定义装配体
以前定义的各个部件将在Assembly模块中装配起来。具体方法是:module列表中选择Assembly模块,点击左侧工具区的 (instance part),弹出对话框,分别选择内外部件,将instance type改为Independent,点击OK。
4.设置分析步
软件会自动创建一个初始分析步(initial step),可以在其中施加边界条件。用户还必须创建后续分析步来施加载荷。
方法:module选择step模块,点击左侧工具区的 (create step),接下来弹出来的对话框都采用默认的条件,这样就创建了step-1。
5.定义接触
Module中选择interaction模块,点击左侧工具区 (create interaction),在弹出的对话框选择如图5的选项,单击continue。

图5

此时,在窗口底部提示区提示选择一条接触边,选择两条接触边中的随便一条,单击鼠标中建。在窗口底部提示区选择surface,然后提示选择另一条接触边,选择另一条接触边后,单击鼠标中建。在弹出的对话框中选择后的create,创建接触特性。在弹出的菜单中选择Mecanical/Tangential Behavior,设置如后 ,这样接触就设置好了。

6.定义边界条件
Module列表选择Load(载荷)模块,定义边界条件。
定义部件下底边的轴向固定条件点击左侧工具区中 (create boundary condition),在弹出的对话框中,在name后面输入fix_y,将step设为initial(如图6),点击continue。此时窗口底部的提示区信息变为“select region for the boundary condition”,点击部件inner和outer的底边,被选中的边会以高亮显示,点击鼠标中建。在弹出的菜单中,选中U2=0(即径向位移为0),点击OK。

图6

7.划分网格
(1)设置边上的种子:在左侧工具区中的上按住鼠标左键不放,显示出一组图标,在其中选择。点击inner的顶边和底边,点击鼠标中建,在窗口底部提示区设置如下,即边界线上的单元数为30,再点击鼠标中建。用同样的方法设置inner左右边的单元数为60。
用(1)的方法将outer顶边和底边单元数设为10,左右边单元数设为60。
(2)设置网格控制参数:点击左侧工具区的 (assign mesh controls),弹出对话框,将technigues设为structured,其余不变,如图7,然后点击OK。

图7

(3)设置单元类型:点击左侧工具区的 (assign element type),设置如图8。

图8

(4)划分网格:点击 (mesh part instance),同时选中两个部件,点击鼠标中建,得到如图9的网格。

图9

8.提交分析作业
    Module中选择job模块。
    (1)创建分析作业   点击左侧工具区的 (job manager),弹出job manager对话框,点击continue,在name后输入job1,点击continue,弹出对话框,再点击OK。
    (2)提交分析   在job manager对话框中点击submit,当status状态为completed时,表明分析完成。点击此时对话框中的results,自动进入visulization模块。
9.后处理
    (1)变形系数的设定   选择主菜单上options/common,弹出对话框,进行如图10的设置,以改变变形系数,使显示更为合理。