ABAQUS高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝配應(yīng)力模擬分析

2013-06-03 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

本文介紹了ABAQUS的基本操作界面,并通過(guò)高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子裝配的具體實(shí)例對(duì)于ABAQUS的具體分析步驟進(jìn)行了講解。
倪欣來(lái)源:e-works
關(guān)鍵字:CAE ABAQUS 高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子

首先,介紹一下ABAQUS的頁(yè)面:

環(huán)境欄:
ABAQUS/CAE包括一系列功能模塊,其中每一模塊完成模型的一種特定功能。通過(guò)環(huán)境欄的Module列表,可以在各功能模塊之間切換。環(huán)境欄中的其他項(xiàng)則是當(dāng)前正在操作模塊的相關(guān)功能。例如,在Part功能模塊中,可以通過(guò)環(huán)境欄來(lái)切換不同的部件。

工具欄:
工具欄提供了菜單功能的快捷訪問(wèn)方式,其中主要有平移,旋轉(zhuǎn)縮放模型等操作,讀者可以自行操作。

主菜單:
菜單欄中包含了所有當(dāng)前可用的菜單,通過(guò)對(duì)菜單的操作,可以調(diào)用ABAQUS/CAE的所有功能。用戶選擇不同的功能模塊時(shí),菜單欄中包含的菜單項(xiàng)也會(huì)有所不同。

模型樹(shù):
模型樹(shù)直觀的顯式出模型的各個(gè)組成部分,如部件、材料、分析步、載荷和輸出要求等。使用模型樹(shù)可以很方便地在各功能模塊之間切換,實(shí)現(xiàn)主菜單和工具欄所提供的大部分功能。實(shí)際中,模型樹(shù)只作查詢功能使用,基本操作類都在工具區(qū)選擇相應(yīng)的操作的。

工具區(qū):
當(dāng)用戶進(jìn)入某一功能模塊時(shí),工具區(qū)就會(huì)顯式該功能模塊相應(yīng)的工具,幫助用戶快速調(diào)用該模塊的功能。

視圖區(qū):
模型顯示在視圖區(qū)中。

提示區(qū):
在進(jìn)行各種操作時(shí),會(huì)在這里顯示相應(yīng)的提示。例如在創(chuàng)建一個(gè)集合時(shí),提示區(qū)會(huì)提示選擇相應(yīng)的對(duì)象。

切換視角:
可以在不同的視角間進(jìn)行切換,以選擇最好的視圖效果。

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如下圖

表1 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

其中下標(biāo)為“1”表示是永磁體的參數(shù),下標(biāo)為“2”表示是護(hù)套的參數(shù)。密度的單位是kg/m3,半徑和過(guò)盈量的單位是都是mm。

下面進(jìn)行相應(yīng)的操作:

1.創(chuàng)建部件
在環(huán)境欄中,可以看到模塊列表module:part(如圖1),表示當(dāng)前正處于部件模塊,這個(gè)模塊主要是進(jìn)行幾何體的創(chuàng)建。按照下面的步驟來(lái)創(chuàng)建幾何模型。

圖1

(1)創(chuàng)建部件:點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)的 (create part),彈出對(duì)話框。在name后輸入inner。因?yàn)檗D(zhuǎn)子是軸對(duì)稱的,所以將modeling space設(shè)為axisymmetric(軸對(duì)稱),其余參數(shù)不變,點(diǎn)擊continue。
(2)繪制長(zhǎng)方形:點(diǎn)擊continue后,軟件自動(dòng)進(jìn)入繪圖環(huán)境,左側(cè)工具區(qū)顯示出繪圖工具按鈕。選擇長(zhǎng)方形工具,選擇原點(diǎn)(0,0)為一個(gè)角點(diǎn),在窗口底部提示區(qū)輸入另一個(gè)角點(diǎn)(25.5,60),單位為mm(如圖2)。這樣就創(chuàng)建了永磁體。

圖2

用同樣的方法創(chuàng)建部件outer,即護(hù)套,其尺寸如下圖3。

圖3

2.創(chuàng)建材料和截面屬性
在左上角的module列表中選擇property功能模式,如圖4

圖4

按照下面的步驟定義材料。
(1)創(chuàng)建材料:點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)的 (create material),在name輸入inner-mat,依次點(diǎn)擊mechanical/Elasticity/Elastic,設(shè)置young’s module(彈性模量)為150000,poisson’s ratio(泊松比)為0.24,其余不變,點(diǎn)擊OK。此時(shí),最后的應(yīng)力結(jié)果是以MPa為單位出現(xiàn)的。(有關(guān)單位設(shè)置問(wèn)題我會(huì)在以后文章中專門作說(shuō)明)
(2)創(chuàng)建截面屬性點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)中的 (create section),保持默認(rèn)參數(shù)不變,點(diǎn)擊continue。在彈出的對(duì)話框中,保持默認(rèn)參數(shù)不變(material,inner-mat),點(diǎn)擊OK。
(3)給部件賦予截面屬性點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)的 (assign section),然后點(diǎn)擊長(zhǎng)方形inner,被選中的部件會(huì)以紅色高亮顯示,點(diǎn)擊鼠標(biāo)中建(相當(dāng)于OK)。這樣,永磁體被賦予了相應(yīng)的特性。
用同樣的方法為護(hù)套賦予相應(yīng)的特性,及只要?jiǎng)?chuàng)建材料outer-mat,將(2)步中的材料material選擇為outer-mat,將(3)步中的高亮顯示區(qū)選擇為部件outer就可以了。
3.定義裝配體
以前定義的各個(gè)部件將在Assembly模塊中裝配起來(lái)。具體方法是:module列表中選擇Assembly模塊,點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)的 (instance part),彈出對(duì)話框,分別選擇內(nèi)外部件,將instance type改為Independent,點(diǎn)擊OK。
4.設(shè)置分析步
軟件會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)初始分析步(initial step),可以在其中施加邊界條件。用戶還必須創(chuàng)建后續(xù)分析步來(lái)施加載荷。
方法:module選擇step模塊,點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)的 (create step),接下來(lái)彈出來(lái)的對(duì)話框都采用默認(rèn)的條件,這樣就創(chuàng)建了step-1。
5.定義接觸
Module中選擇interaction模塊,點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū) (create interaction),在彈出的對(duì)話框選擇如圖5的選項(xiàng),單擊continue。

圖5

此時(shí),在窗口底部提示區(qū)提示選擇一條接觸邊,選擇兩條接觸邊中的隨便一條,單擊鼠標(biāo)中建。在窗口底部提示區(qū)選擇surface,然后提示選擇另一條接觸邊,選擇另一條接觸邊后,單擊鼠標(biāo)中建。在彈出的對(duì)話框中選擇后的create,創(chuàng)建接觸特性。在彈出的菜單中選擇Mecanical/Tangential Behavior,設(shè)置如后 ,這樣接觸就設(shè)置好了。

6.定義邊界條件
Module列表選擇Load(載荷)模塊,定義邊界條件。
定義部件下底邊的軸向固定條件點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)中 (create boundary condition),在彈出的對(duì)話框中,在name后面輸入fix_y,將step設(shè)為initial(如圖6),點(diǎn)擊continue。此時(shí)窗口底部的提示區(qū)信息變?yōu)椤皊elect region for the boundary condition”,點(diǎn)擊部件inner和outer的底邊,被選中的邊會(huì)以高亮顯示,點(diǎn)擊鼠標(biāo)中建。在彈出的菜單中,選中U2=0(即徑向位移為0),點(diǎn)擊OK。

圖6

7.劃分網(wǎng)格
(1)設(shè)置邊上的種子:在左側(cè)工具區(qū)中的上按住鼠標(biāo)左鍵不放,顯示出一組圖標(biāo),在其中選擇。點(diǎn)擊inner的頂邊和底邊,點(diǎn)擊鼠標(biāo)中建,在窗口底部提示區(qū)設(shè)置如下,即邊界線上的單元數(shù)為30,再點(diǎn)擊鼠標(biāo)中建。用同樣的方法設(shè)置inner左右邊的單元數(shù)為60。
用(1)的方法將outer頂邊和底邊單元數(shù)設(shè)為10,左右邊單元數(shù)設(shè)為60。
(2)設(shè)置網(wǎng)格控制參數(shù):點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)的 (assign mesh controls),彈出對(duì)話框,將technigues設(shè)為structured,其余不變,如圖7,然后點(diǎn)擊OK。

圖7

(3)設(shè)置單元類型:點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)的 (assign element type),設(shè)置如圖8。

圖8

(4)劃分網(wǎng)格:點(diǎn)擊 (mesh part instance),同時(shí)選中兩個(gè)部件,點(diǎn)擊鼠標(biāo)中建,得到如圖9的網(wǎng)格。

圖9

8.提交分析作業(yè)
    Module中選擇job模塊。
    (1)創(chuàng)建分析作業(yè)   點(diǎn)擊左側(cè)工具區(qū)的 (job manager),彈出job manager對(duì)話框,點(diǎn)擊continue,在name后輸入job1,點(diǎn)擊continue,彈出對(duì)話框,再點(diǎn)擊OK。
    (2)提交分析   在job manager對(duì)話框中點(diǎn)擊submit,當(dāng)status狀態(tài)為completed時(shí),表明分析完成。點(diǎn)擊此時(shí)對(duì)話框中的results,自動(dòng)進(jìn)入visulization模塊。
9.后處理
    (1)變形系數(shù)的設(shè)定   選擇主菜單上options/common,彈出對(duì)話框,進(jìn)行如圖10的設(shè)置,以改變變形系數(shù),使顯示更為合理。

圖10

(2)查詢節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值選擇主菜單上到result/Field Output,彈出對(duì)話框,當(dāng)前默認(rèn)的輸出變量是Name:S(名稱:應(yīng)力),Invariant:Mises(變量:Mises應(yīng)力),點(diǎn)擊Ok。此時(shí),云紋圖顯示的是Mises應(yīng)力分布,如圖11。

圖11

(3)查詢節(jié)點(diǎn)的位移圖選擇主菜單上的result/Field Output,彈出對(duì)話框,將默認(rèn)的輸出變量改為Name:U(名稱:位移),Component:U1(變量:在徑向的位移),點(diǎn)擊OK。此時(shí)云紋圖顯示的是徑向的位移圖,如圖12。

圖12