永磁电机有限元分析与转子结构的设计研究

论文摘要

在永磁电机的研究过程中,结构设计和机械计算主要在电磁设计完成后进行。一些情况下,为了满足电磁设计的要求,某些结构尺寸可能设计得相对较小。由于工作条件的复杂性,这些部位机械性能不能满足实际需求,使电机无法正常工作。本课题来源于某大型稀土永磁电机转子结构机械失效问题。通过对稀土永磁电机转子进行二维有限元分析,得出了一些具有应用价值的结果。本文的主要研究内容由以下几部分组成:第一部分首先扼要的介绍了材料屈服准则、加载条件等弹塑性力学的基本理论,为分析弹塑性形变提供理论基础。第二部分简介了有限单元法在工程中的应用概况,叙述了有限单元法的基本思路与分析过程。介绍了弹性力学中的变分原理及里兹法,推导了求解弹性力学数值问题的公式。第三部分叙述了求解接触问题时涉及到的基本概念和原理。分析现有的强度研究方法,提出采用非线性接触有限元法。重点研究了接触问题的有限元仿真理论及具体步骤,为求解实际问题提供了理论依据,使接触问题的求解更符合实际情况。第四部分应用有限元分析软件ANSYS,以某永磁电机转子为研究对象进行有限元静力学分析,建立包含接触的有限元模型,通过二维电磁—结构耦合场对永磁电机转子强度进行求解,获得了在计及电磁耦合作用条件下的永磁电机转子强度计算结果,并得出了电机转子的应力分布情况,同时对转子结构进行了改进。最后,用实验验证了有限元模拟的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及选题依据
• 1.2 国内外的研究动态与现状
• 1.3 本课题的目的及意义
• 第二章 弹塑性力学基本理论
• 2.1 材料屈服理论
• 2.2 加载条件及强化模型
• 2.2.1 加载条件
• 2.2.2 加载准则
• 2.2.3 加载方式
• 2.2.4 材料的强化模型
• 2.3 弹塑性本构关系
• 2.3.1 增量理论
• 2.3.2 Mises等向强化弹塑性模型
• 2.4 小结
• 第三章 有限单元法在工程中的应用
• 3.1 有限单元法的发展与特点
• 3.2 有限单元法分析过程
• 3.3 变分原理与里兹法
• 3.3.1 位移变分方程
• 3.3.2 里兹法
• 3.4 小结
• 第四章 弹塑性接触分析
• 4.1 接触问题分类
• 4.2 接触问题的经典分析方法
• 4.2.1 弹塑性接触问题的一般假设
• 4.2.2 接触条件
• 4.2.3 有摩擦接触与无摩擦接触
• 4.3 赫兹公式及其应用
• 4.4 接触问题有限元仿真的基础理论
• 4.4.1 接触分析
• 4.4.2 非线性方程组求解
• 4.4.3 接触问题的有限元分析
• 4.5 小结
• 第五章 永磁电机转子有限元分析
• 5.1 永磁电机简介
• 5.2 转子冲片受力分析
• 5.3 模型的建立及求解分析
• 5.4 结构改进
• 5.5 小结
• 第六章 电机转子强度计算结果验证
• 6.1 实验原理
• 6.1.1 电阻应变片工作原理
• 6.1.2 应变仪电桥原理简介
• 6.2 实验内容
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢