一种换向器超速性能仿真计算方法技术

本发明专利技术提供一种换向器超速性能仿真计算方法，该方法将断裂力学引入扩展有限元法，从而在有限元软件中模拟换向器超速断裂过程，包括对换向器材料进行断裂力学试验、获取断裂性能参数、将断裂力学参数通过双线性应力软化曲线模型引入有限元分析、利用Abaqus有限元软件建立有限元模型，从而模拟换向器超速时断裂破坏的过程等步骤，本发明专利技术利用有限元仿真分析具有速度快、成本低、观测性强等优点，通过断裂试验获取材料断裂参数，并将其应用于有限元分析中，从而对换向器在超速状态下破坏的过程进行模拟，能在开发阶段获取换向器超速破坏过程中各部件应力场变化，在产品试制前完成理论估计，避免反复试制样品过程，节约开发成本，缩短开发周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种换向器超速性能仿真计算方法，特别涉及一种电动机换向器在承受超速离心力时发生断裂飞排过程的仿真计算。
技术介绍
换向器是直流电动机的关键部件之一，它直接影响电动机的寿命和性能。在电动机工作过程中，换向器既要传导电流，进行换向，又要在一定温度条件下进行高速旋转，承受离心力和热应力的作用。特别是当电动机空载时，转速达到最大，此时换向器承受极大的离心力作用，固定铜片的模塑料可能产生微裂纹，继而裂纹扩展，最终造成铜片飞出炸裂的事故。目前，几乎所有中小型换向器均采用塑料结构。塑料换向器由银铜合金的换向片，经模塑料压制形成整体。模塑料由玻璃纤维增强酚醛树脂制成，起到绝缘和支承换向片的作用。换向片由银铜合金制成，其燕尾和勾脚的设计对换向器的超速性能有关键影响。目前国内外对换向器的研究主要集中在换向器新型材料的选用、加工工艺的提高和换向器结构改进上，对换向器力学性能进行有限元仿真的研究很少，还没有对换向器模塑料断裂过程进行仿真分析，无法得知换向器破坏过程中各部件所起到的作用。目前的换向器研制基础仍然是依靠换向器设计工程师的多年经验和试制样品进行试验与改进，研发周期长，样品模具投入成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换向器超速性能仿真计算方法，其特征在于，该方法将断裂力学引入扩展有限元法，从而在有限元软件中模拟换向器超速断裂过程，按以下步骤实现：步骤一、测量换向器各部件材料特性参数，所述换向器部件包括：银铜合金的换向片、玻璃纤维增强酚醛树脂的模塑料、玻璃纤维增强环或者65Mn钢环，所述材料特性参数包括：银铜合金的应力‑应变特性曲线、模塑料的弹性模量和拉伸强度、模塑料的Ⅰ型裂纹临界应力强度因子K1C与裂纹尖端张开位移COD、玻璃纤维加固环或者65Mn钢环的应力‑应变特性曲线；步骤二、根据换向器设计几何特征与尺寸，使用SolidWorks建立换向器三维模型，需要将坐标原点设置在换向器旋转轴上，并导出保存为...

【技术特征摘要】
1.一种换向器超速性能仿真计算方法，其特征在于，该方法将断裂力学引入扩展有限元法，从而在有限元软件中模拟换向器超速断裂过程，按以下步骤实现：步骤一、测量换向器各部件材料特性参数，所述换向器部件包括：银铜合金的换向片、玻璃纤维增强酚醛树脂的模塑料、玻璃纤维增强环或者65Mn钢环，所述材料特性参数包括：银铜合金的应力-应变特性曲线、模塑料的弹性模量和拉伸强度、模塑料的Ⅰ型裂纹临界应力强度因子K1C与裂纹尖端张开位移COD、玻璃纤维加固环或者65Mn钢环的应力-应变特性曲线；步骤二、根据换向器设计几何特征与尺寸，使用SolidWorks建立换向器三维模型，需要将坐标原点设置在换向器旋转轴上，并导出保存为stp文件；步骤三、对换向器各部件进行网格划分，将步骤二中的stp文件导入HyperMesh中，采用二阶精度的四面体网格C3D10，最小网格尺寸为0.1mm，拟合特征角不大于20°；步骤四、采用有限元软件Abaqus建立换向器有限元模型，取模型的1/25即一片换向片进行分析，对其对称面施加旋转对称约束，对换向片整体施加从0逐渐增大的旋转离心力载荷，将步骤一得到的银铜合金和玻璃纤维加固环的应力-应变特性曲线、模塑料的弹性模量和拉伸强度、由临界应力强度因子K1C与裂纹尖端张开位移COD计算得到的双线性应力软化曲线参数输入文本编制的Abaqus命令流inp文件，并运行此命令流文件，使用Abaqus的后处理工具即可得到仿真结果；步骤五、仿真计算得到换向器各部件应力场与换向器超速断裂转速，分析仿真结果，评价换向器整体抗旋转破坏强度是否满足设计预期要求，如果不满足要求，根据仿真获得的应力场数据，分析应力集中点与易损点，优化换向器设计方案，重新执行步骤二到步骤五，从而获得满足预期要求的设计方案。2.根据权利要求1所述的换向器超速性能仿真计算方法，其特征在于：所述步骤一中，试验获取模塑料...

【专利技术属性】
技术研发人员：周冲，上官文斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44