ABAQUS高速永磁電機轉子裝配應力模擬分析

2013-06-03 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

本文介紹了ABAQUS的基本操作界面,并通過高速永磁電機轉子裝配的具體實例對于ABAQUS的具體分析步驟進行了講解。
倪欣來源:e-works
關鍵字:CAE ABAQUS 高速永磁電機轉子

首先,介紹一下ABAQUS的頁面:

環境欄:
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。通過環境欄的Module列表,可以在各功能模塊之間切換。環境欄中的其他項則是當前正在操作模塊的相關功能。例如,在Part功能模塊中,可以通過環境欄來切換不同的部件。

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

主菜單:
菜單欄中包含了所有當前可用的菜單,通過對菜單的操作,可以調用ABAQUS/CAE的所有功能。用戶選擇不同的功能模塊時,菜單欄中包含的菜單項也會有所不同。

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

工具區:
當用戶進入某一功能模塊時,工具區就會顯式該功能模塊相應的工具,幫助用戶快速調用該模塊的功能。

視圖區:
模型顯示在視圖區中。

提示區:
在進行各種操作時,會在這里顯示相應的提示。例如在創建一個集合時,提示區會提示選擇相應的對象。

切換視角:
可以在不同的視角間進行切換,以選擇最好的視圖效果。

轉子結構如下圖

表1 轉子設計數據

其中下標為“1”表示是永磁體的參數,下標為“2”表示是護套的參數。密度的單位是kg/m3,半徑和過盈量的單位是都是mm。

下面進行相應的操作:

1.創建部件
在環境欄中,可以看到模塊列表module:part(如圖1),表示當前正處于部件模塊,這個模塊主要是進行幾何體的創建。按照下面的步驟來創建幾何模型。

圖1

(1)創建部件:點擊左側工具區的 (create part),彈出對話框。在name后輸入inner。因為轉子是軸對稱的,所以將modeling space設為axisymmetric(軸對稱),其余參數不變,點擊continue。
(2)繪制長方形:點擊continue后,軟件自動進入繪圖環境,左側工具區顯示出繪圖工具按鈕。選擇長方形工具,選擇原點(0,0)為一個角點,在窗口底部提示區輸入另一個角點(25.5,60),單位為mm(如圖2)。這樣就創建了永磁體。

圖2

用同樣的方法創建部件outer,即護套,其尺寸如下圖3。

圖3

2.創建材料和截面屬性
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)創建材料:點擊左側工具區的 (create material),在name輸入inner-mat,依次點擊mechanical/Elasticity/Elastic,設置young’s module(彈性模量)為150000,poisson’s ratio(泊松比)為0.24,其余不變,點擊OK。此時,最后的應力結果是以MPa為單位出現的。(有關單位設置問題我會在以后文章中專門作說明)
(2)創建截面屬性點擊左側工具區中的 (create section),保持默認參數不變,點擊continue。在彈出的對話框中,保持默認參數不變(material,inner-mat),點擊OK。
(3)給部件賦予截面屬性點擊左側工具區的 (assign section),然后點擊長方形inner,被選中的部件會以紅色高亮顯示,點擊鼠標中建(相當于OK)。這樣,永磁體被賦予了相應的特性。
用同樣的方法為護套賦予相應的特性,及只要創建材料outer-mat,將(2)步中的材料material選擇為outer-mat,將(3)步中的高亮顯示區選擇為部件outer就可以了。
3.定義裝配體
以前定義的各個部件將在Assembly模塊中裝配起來。具體方法是:module列表中選擇Assembly模塊,點擊左側工具區的 (instance part),彈出對話框,分別選擇內外部件,將instance type改為Independent,點擊OK。
4.設置分析步
軟件會自動創建一個初始分析步(initial step),可以在其中施加邊界條件。用戶還必須創建后續分析步來施加載荷。
方法:module選擇step模塊,點擊左側工具區的 (create step),接下來彈出來的對話框都采用默認的條件,這樣就創建了step-1。
5.定義接觸
Module中選擇interaction模塊,點擊左側工具區 (create interaction),在彈出的對話框選擇如圖5的選項,單擊continue。

圖5

此時,在窗口底部提示區提示選擇一條接觸邊,選擇兩條接觸邊中的隨便一條,單擊鼠標中建。在窗口底部提示區選擇surface,然后提示選擇另一條接觸邊,選擇另一條接觸邊后,單擊鼠標中建。在彈出的對話框中選擇后的create,創建接觸特性。在彈出的菜單中選擇Mecanical/Tangential Behavior,設置如后 ,這樣接觸就設置好了。

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擊左側工具區中 (create boundary condition),在彈出的對話框中,在name后面輸入fix_y,將step設為initial(如圖6),點擊continue。此時窗口底部的提示區信息變為“select region for the boundary condition”,點擊部件inner和outer的底邊,被選中的邊會以高亮顯示,點擊鼠標中建。在彈出的菜單中,選中U2=0(即徑向位移為0),點擊OK。

圖6

7.劃分網格
(1)設置邊上的種子:在左側工具區中的上按住鼠標左鍵不放,顯示出一組圖標,在其中選擇。點擊inner的頂邊和底邊,點擊鼠標中建,在窗口底部提示區設置如下,即邊界線上的單元數為30,再點擊鼠標中建。用同樣的方法設置inner左右邊的單元數為60。
用(1)的方法將outer頂邊和底邊單元數設為10,左右邊單元數設為60。
(2)設置網格控制參數:點擊左側工具區的 (assign mesh controls),彈出對話框,將technigues設為structured,其余不變,如圖7,然后點擊OK。

圖7

(3)設置單元類型:點擊左側工具區的 (assign element type),設置如圖8。

圖8

(4)劃分網格:點擊 (mesh part instance),同時選中兩個部件,點擊鼠標中建,得到如圖9的網格。

圖9

8.提交分析作業
    Module中選擇job模塊。
    (1)創建分析作業   點擊左側工具區的 (job manager),彈出job manager對話框,點擊continue,在name后輸入job1,點擊continue,彈出對話框,再點擊OK。
    (2)提交分析   在job manager對話框中點擊submit,當status狀態為completed時,表明分析完成。點擊此時對話框中的results,自動進入visulization模塊。
9.后處理
    (1)變形系數的設定   選擇主菜單上options/common,彈出對話框,進行如圖10的設置,以改變變形系數,使顯示更為合理。