基于ANSYS的车用交流发电机定子建模方法分析

0引言发电机是重要的运行部件，发电机基座是发电机运行的平台，其结构强度、刚度是否满足要求决定了发电机能否安全运行。

本文涉及的发电机基座安装有美国卡特柴油机，型号CAT3512B，功率1257kW，转速1500r/min；美国ABB 发电机，型号AMG0450BB04DAPM，功率1200kW，转速1500r/min；VULKAN联轴器，型号VULASTIK-L34D0。

1建立发电机基座模型柴油发电机组如图1所示。

整体式基座由8个减震器安装于平台。

基座材质Q345B组焊而成，分设左右两道纵梁、四道横梁，腹板内布置有筋板，外侧设有吊耳，基座自重约2800kg。

纵、横梁主焊缝为全熔透焊缝，热处理消应力。

采用三维软件建立发电机基座模型，并导入ANSYS Workbench，设置四面体网格单元，划分网格后，网格单元数794975个，节点数1360491个。

2计算载荷简化模型，将柴油机及发电机等效为远端质量点加载，且考虑为刚体。

减震器设置为弹簧连接，纵向刚性4400N/mm，横向刚性5300N/mm，减震器预压缩量5mm。

考虑0.8g额外加速度。

5种工况下载荷如表1所示，其中X方向为基座纵向，Y方向为基座垂向，Z方向为基座横向。

工况柴油机发电机加速度（m/s2）说明重量（kg）扭矩（N·m）重量（kg）扭矩（N·m）X方向Y方向Z方向123458600860086008600860080108010801046004600460046004600-8010-8010-80100.8g1g1.8g1.8g2.4g1g0.8g理想纵向颠簸横向颠簸起吊固有频率表1各工况载荷3计算结果分析提取基座工况1、工况2和工况4应力云图和变形云图。

从工况1、工况2应力云图可知，基座运行时最大应力均出现在减震器的紧固螺栓处，其应力最大值为分别为68MPa、154MPa，由材料屈服强度计算出安全系数分别为5、2.2。

Ansys Workbench 2020是一款强大的工程仿真软件，广泛应用于工程领域的结构、流体、热传导等多个领域的仿真分析。

本文将以Ansys Workbench 2020为工具，通过几个典型的工程实例，解析其在工程实践中的应用和优势，帮助读者更好地了解和使用该软件。

1. 车身结构优化在汽车制造领域，车身结构的设计和优化是一个复杂而又关键的问题。

通过Ansys Workbench 2020的结构分析模块，可以对车身结构进行强度、刚度、振动等方面的仿真分析，进而优化结构设计，提高车身的整体性能和安全性。

通过对车身材料、连接结构、受力情况等多个方面的仿真分析，工程师可以更好地指导实际设计，提高设计效率和成功率。

2. 风力发电机叶片设计风力发电机的叶片设计是风力发电领域的核心问题之一。

Ansys Workbench 2020的流体仿真模块可以对风力发电机叶片的气动性能进行仿真分析，包括气动力、气流分布等多个方面的参数。

通过对叶片的材料、形状、尺寸等进行仿真分析和优化，可以提高风力发电机的发电效率和稳定性，降低能量损耗，对提高风力发电机的整体性能具有重要意义。

3. 燃烧室热传导分析在航天、航空发动机等领域，燃烧室的热传导分析是一个关键的问题。

Ansys Workbench 2020的热传导分析模块可以对燃烧室内部的温度场、热应力等进行仿真分析，帮助工程师优化燃烧室的结构设计、材料选择和冷却系统设计。

通过仿真分析，可以提高燃烧室的工作效率和寿命，确保燃烧室的安全可靠性。

4. 桥梁结构静动力分析在土木工程领域，桥梁结构的设计和分析是一个重要的问题。

Ansys Workbench 2020的静动力分析模块可以对桥梁结构在静载荷和动载荷作用下的响应进行仿真分析，包括应力、挠度、疲劳寿命等多个方面的参数。

通过仿真分析，工程师可以对桥梁的结构设计、材料选择和荷载标准进行优化，确保桥梁的安全可靠性和经济性。

Ansys Workbench 2020作为一款强大的工程仿真软件，在工程实践中具有广泛的应用前景和优势。

第27卷第6期青海大学学报(自然科学版)Vol127No16 2009年12月Journal of Q inghai University(Nature Science)Dec12009基于ANSYS的高压发电机定子槽电场有限元仿真分析马山刚1,李钊年13,王佐亮2(11青海大学,青海西宁810016;21青海桥头铝电有限公司电气检修分公司,青海西宁810100)摘要:以青海桥电实业总公司实际运行发电机为例,对额定电压为1318k V的高压发电机定子线圈槽部电场进行了ANSYS有限元仿真分析;基于电磁场有限元数值分析方法,通过对高压发电机的定子槽建立分析模型,应用ANSYS专业有限元分析软件对其进行了电场分析,得到了定子槽内部的电场强度仿真分布,仿真结果可对高压发电机的防晕和结构优化设计提供理论依据。

关键词:ANSYS;发电机;仿真;结构优化中图分类号:T M3文献标识码:A文章编号:1006-8996(2009)06-0020-03F i n ite ele m en t si m ul a ti on ana lysis of electr i c f i eld of h i gh-volt agegenera tor st a tor slot ba sed on ANS Y SM A Shan2gang1,L I Zhao2n i a n13,W ANG Zuo2li a ng2(11Q inghai University,Xining810016,China;21Q inghai Q iaot ou A lu m inium&Power Co1,L td,Xining810100,China) Abstract:The finite ele ment si m ulati on analysis of electric field of1318kV high-voltage generat or stat or sl ot by ANSYS was carried out1Based on finite ele ment nu merical analysis method,the stat or sl ot analysis model of high-voltage generat or was established,using the s oft w are-ANSYS1the er2 nuati on distributi on of electric field strength of the stat or sl ot was obtained1The si m ulati on results hel p t o anti-cor ona and structural op ti m izati on of high-v oltage generat ors1Key words:ANSYS;generat or;si m ulati on,anti-cor ona;structural op ti m izati onANSYS是专业的有限元分析软件,用其对发电机定子槽内部进行电场分析,得到的定子槽内部的电场强度仿真结果,在准确性、可靠性以及经济性等各方面都要优于传统的电磁场分析方法[1,2]。

第36卷 第2期 2014-02(下) 【107】收稿日期：2013-11-22作者简介：胡小青（1980 -），女，四川德阳人，讲师，硕士，研究方向为机械设计制造及其自动化。

基于ANSYS workbench 的汽车发动机连杆力学性能分析Mechanical properties analysis of motocar engine connecting rodbased on ANSYS Workbench胡小青HU Xiao-qing（四川工程职业技术学院，德阳 618000)摘 要：以汽车发动机用连杆为研究对象，建立了发动机连杆力学性能分析简化模型。

采用Ansysworkbench软件static structure模块，利用有限元分析法对发动机连杆模型进行模拟分析，得出了发动机连杆模型总变形、等效应力以及等效弹性应变分布。

结果显示，发动机连杆模型最大变形位于发动机小头顶部，最大等效应力位于发动机连杆与大头交接顶角处，为4.09×109Pa ，最大等效弹性应变与等效应力所处位置相同为0.02。

关键词：发动机连杆；Ansys workbench；有限元法；模拟分析；力学性能中图分类号：TG213 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)02(下)-0107-02Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.02(下).300 引言汽车发动机连杆是内燃机中的一个重要的结构零件，其作用是连接活塞和曲轴，将作用在活塞上的力传递给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出做功[1]。

连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起做往复运动，连杆大头与曲柄销相连和曲轴一起做旋转运动[2,3]。

因此，连杆体除了上下运动外，还左右摆动，做复杂的平面运动[4]。

所以，连杆的受力情况也十分复杂，工作中经常受到拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用[5]。

这种复杂的载荷容易引起连杆的疲劳破坏，甚至直接关系到操作人员的安全，从而造成严重的后果[6]。

基于ANSYS平台的电机NVH仿真分析流程1前言电机NVH是指电机在运行过程中对外表现出的噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness），其主要包括三个来源，即电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声，在这三类噪声中，电磁噪声的频率相对来说处于高频段，尤其是与驱动器开关频率相关的电磁噪声的频率刚好处于人耳最敏感的噪声频率区间，其幅值基本上决定了电机NVH的整体指标，同时相较于其他两类噪声，电磁噪声更容易通过电机电磁和机械结构的优化设计进行有效的抑制，因此电机电磁振动噪声是我们重点关注的对象。

由于电机NVH问题的相关理论复杂，同时涉及电磁/结构/声学多学科，是典型的多物理场耦合问题，其仿真分析具有一定难度。

在ANSYS2019中，利用Maxwell2D/3D快速仿真电机在多转速下定、转子表面的频域电磁力并无缝链接到Workbench平台HarmonicResponse模块进行多转速谐响应分析，得到电机的ERP Level Waterfall图，用于分析电机在各转速下的谐振情况；同时多转速谐响应分析结果也可传递到Harmonic Acoustics模块进行Sound Power Level Waterfall的分析，用于进一步对电机噪声水平进行评估。

另外，借助于多目标优化模块可对包括电机NVH在内的各项性能指标进行参数化寻优，快速实现产品迭代创新。

本文以典型的8极48槽内置式永磁电机为例，详细介绍在ANSYS平台下电机NVH 仿真分析的流程，希望对各位工程师有所帮助。

2Maxwell电机参数化模型的建立本文虚构了一台典型的IPM电机方案，采用8极48槽，V字型磁钢，单层整距绕组，转子轴向分4段V型斜极，其他参数见表1。

表1电机参数极数8转子外径148.6mm槽数48转子内径80mm磁极类型V转子分段数4定子外径230mm绕组形式单层定子内径150mm跨距6铁心叠长100mm线圈匝数8Maxwell软件具有多种参数化建模方法，我们推荐采用软件内置UDP(User Defined Primitives)或自定义UDP的方式来建模，Maxwell内置了大量UDP模型，涵盖了各种常规电机的定、转子、绕组、机壳的模型，调用方法为Draw>User Defined Primitive>RMxprt，UDP模型中的所有几何尺寸皆可用变量进行定义以实现参数化。

基于ANSYS的汽车发动机连杆的有限元分析有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种应用数值计算方法的工程分析技术，可以用于解决各种工程问题。

在汽车发动机设计中，使用有限元分析可以帮助工程师了解和优化发动机组件的力学性能。

本文将基于ANSYS软件，介绍如何进行汽车发动机连杆的有限元分析。

一、建模和几何参数定义：在进行有限元分析之前，首先需要将连杆的几何形状转化为虚拟模型。

一般来说，使用CAD软件绘制连杆的草图，并根据设计要求对连杆进行几何尺寸和参数的定义。

对于汽车发动机连杆而言，常见的几何参数包括连杆长度、大端和小端直径、连杆的截面形状等。

在绘制草图时，应注意考虑到实际的工程要求和设计限制。

二、材料定义和材料力学参数：在有限元分析中，连杆的材料定义至关重要。

一般来说，连杆材料应具有优异的强度和刚度，以应对高速旋转和高温的工作环境。

一般常用的连杆材料包括铸铁、铝合金、钛合金等。

在模型中定义连杆的材料属性，常用的材料力学参数有弹性模量、泊松比、屈服强度和断裂韧性等。

这些参数将作为材料的基本力学性能指标，用于后续的有限元分析计算。

三、网格划分和单元选择：在进行有限元分析之前，需要将连杆的几何模型划分成一系列小的有限元网格。

这一步骤称之为网格划分。

在网格划分时，需要根据设计要求和实际需求选择适当的网格类型。

对于连杆而言，常用的网格类型有四面体网格、六面体网格和四边形网格等。

划分后的网格中的每个单元都将代表连杆的一个局部区域，通过对每个单元进行力学计算，可以得到连杆在整个工作过程中的承载能力和应力分布情况。

四、加载和边界条件定义：在有限元分析中，需要对模型施加适当的加载和边界条件来模拟实际工作情况。

对于汽车发动机连杆而言，常见的加载和边界条件有定常和动态载荷、热载荷和流体载荷等。

例如，在连杆的大端和小端分别施加适当的载荷，以模拟发动机工作时的受力情况。

同时，还需要定义边界条件，如固定轴承的位置，以模拟实际组装情况。