一种变流器柜电气件的爆炸仿真方法技术

本发明专利技术提供了一种变流器柜电气件的爆炸仿真方法，包括：选取适用于变流器柜电气件的爆炸分析模型；确定爆炸分析模型的参数取值；建立变流器柜的柜体模型；建立变流器柜的空气介质模型；根据爆炸分析模型、柜体模型与空气介质模型计算得出变流器柜电气件的爆炸仿真结果。结果。结果。

【技术实现步骤摘要】
一种变流器柜电气件的爆炸仿真方法


[0001]本专利技术涉及爆炸分析领域，尤其涉及轨道交通变流设备的爆炸分析仿真。

技术介绍

[0002]轨道交通牵引装备通常包含大量的高功率电气件，在列车运行过程中，电气件发生故障进而导致爆炸的事故时有发生。在极端情况下，爆炸冲击力可将变流设备的柜门冲开，甚至导致柜门脱落到轨道上，严重威胁着车上人员的生命财产安全。
[0003]目前，学术界和工业界针对电器件坏损的研究虽然较多，但绝大部分是从电气的角度出发，对坏损原因进行机理性的研究，极少有针对爆炸后能量释放以及冲击波传播过程的分析。同时，上述研究所涉及的电器件爆炸能量等级通常较低，不会产生严重后果，因此在电子电气领域，可参考的爆炸研究极少。考虑到变流设备电器件爆炸的猛烈程度，可以一定程度上借鉴军工领域对炸药爆炸的研究思路。
[0004]爆炸现象是一种能量急剧释放的过程，会产生几千摄氏度的高温和上千个大气压的冲击波。目前，军工领域对炸药的研究已经形成了一套成熟的理论和方法，主要包括解析法、实验法和数值法。由于爆炸冲击问题难以确定边界条件，数学求解方程也是高度非线性，因此解析法可适用的范围十分有限。试验方法难度大、成本高，难以普遍开展。综合各方面因素，基于仿真软件对爆炸冲击过程模拟是一种可行且经济的手段。
[0005]为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种变流器柜电气件的爆炸仿真方法，用于评估轨道交通变流设备电气件爆炸产生冲击波对变流器柜门的影响，复现柜门破坏的过程，关注爆炸产生冲击波在空气介质中的传播，以及冲击过程中柜门的受力与变形情况，识别出柜体的防爆薄弱点，实现对爆炸后柜体所受冲击力的定量分析，从而为变流器柜防脱、防爆以及泄压结构的设计提供指导。

技术实现思路

[0006]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0007]为了克服现有技术存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种变流器柜电气件的爆炸仿真方法，包括：选取适用于变流器柜电气件的爆炸分析模型；确定爆炸分析模型的参数取值；建立变流器柜的柜体模型；建立变流器柜的空气介质模型；根据爆炸分析模型、柜体模型与空气介质模型计算得出变流器柜电气件的爆炸仿真结果。
[0008]在一实施例中，优选地，爆炸仿真结果包括爆炸冲击波在变流器柜内的传播过程分布、变流器柜内特定位置的压力时程曲线以及变流器柜的柜体在爆炸状态下的材料状态。
[0009]在一实施例中，优选地，根据爆炸分析模型、柜体模型与空气介质模型计算得出变
流器柜电气件的爆炸仿真结果包括利用有限元分析工具Autodyn分析计算爆炸仿真结果。
[0010]在一实施例中，优选地，爆炸分析模型由以下JWL状态方程表征：
[0011][0012]在一实施例中，优选地，确定爆炸分析模型的参数取值包括：确定A、B、R1、R2、ω和E0的取值。
[0013]在一实施例中，可选地，确定A、B、R1、R2、ω和E0的取值包括：设置A＝3.74
×
108kPa；B＝3.75
×
106kPa；R1＝4.15；R2＝0.9；ω＝0.35；以及E0＝6
×
105kJ/m3。
[0014]在一实施例中，优选地，建立变流器柜的柜体模型包括：确定柜体模型的材料参数，材料参数包括变流器柜的密度、弹性模量、泊松比、屈服应力、硬化常数、硬化幂指数以及板厚。
[0015]在一实施例中，可选地，确定柜体模型的材料参数包括：设定密度为2.703g/cm3；弹性模量为70GPa；泊松比为0.33；屈服应力为290MPa；硬化常数为125；硬化幂指数为0.1；以及板厚为3mm。
[0016]在一实施例中，优选地，建立变流器柜的空气介质模型包括：确定空间介质模型的参数，空间介质模型的参数包括空气密度、Gamma值、参考温度、热能系数以及内系数能。
[0017]在一实施例中，可选地，确定空间介质模型的参数包括：设定空气密度为1.225
×
10
‑3g/cm3；Gamma值为1.4；参考温度为288.2K；热能系数为717.6J/kgK；以及内系数能为2.068
×
105。
附图说明
[0018]在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本专利技术的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
[0019]图1是根据本专利技术的一方面绘示的变流器柜电气件的爆炸仿真方法的流程示意图；
[0020]图2A是根据本专利技术的一实施例绘示的建立变流器柜的柜体模型与空气介质模型的建模结果示意图；
[0021]图2B是根据本专利技术的一实施例绘示的变流器柜电气件的爆点示意图；
[0022]图3A是根据本专利技术的一实施例绘示的在t＝4.55
×
10
‑2ms时爆炸产生冲击波在柜体内部一截面上介质的压力分布示意图；
[0023]图3B是根据本专利技术的一实施例绘示的在t＝7.65
×
10
‑2ms时爆炸产生冲击波在柜体内部一截面上介质的压力分布示意图；
[0024]图3C是根据本专利技术的一实施例绘示的在t＝1.324
×
10
‑1ms时爆炸产生冲击波在柜体内部一截面上介质的压力分布示意图；
[0025]图3D是根据本专利技术的一实施例绘示的在t＝2.519
×
10
‑1ms时爆炸产生冲击波在柜体内部一截面上介质的压力分布示意图；
[0026]图3E是根据本专利技术的一实施例绘示的在t＝5.508
×
10
‑1ms时爆炸产生冲击波在柜体内部一截面上介质的压力分布示意图；
[0027]图3F是根据本专利技术的一实施例绘示的在t＝1.152ms时爆炸产生冲击波在柜体内部一截面上介质的压力分布示意图；
[0028]图4是根据本专利技术的一实施例绘示的在电气件爆炸点与对应前门附近的压力时程曲线图；以及
[0029]图5是根据本专利技术的一实施例绘示的爆炸后变流柜体材料状态示意图。
具体实施方式
[0030]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。虽然本专利技术的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此专利技术的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作专利技术介绍的目的是为了覆盖基于本专利技术的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本专利技术的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本专利技术也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变流器柜电气件的爆炸仿真方法，包括：选取适用于所述变流器柜电气件的爆炸分析模型；确定所述爆炸分析模型的参数取值；建立所述变流器柜的柜体模型；建立所述变流器柜的空气介质模型；根据所述爆炸分析模型、所述柜体模型与所述空气介质模型计算得出所述变流器柜电气件的爆炸仿真结果。2.如权利要求1所述的爆炸仿真方法，其特征在于，所述爆炸仿真结果包括爆炸冲击波在所述变流器柜内的传播过程分布、所述变流器柜内特定位置的压力时程曲线以及所述变流器柜的柜体在爆炸状态下的材料状态。3.如权利要求1所述的爆炸仿真方法，其特征在于，所述根据所述爆炸分析模型、所述柜体模型与所述空气介质模型计算得出所述变流器柜电气件的爆炸仿真结果包括利用有限元分析工具Autodyn分析计算所述爆炸仿真结果。4.如权利要求1所述的爆炸仿真方法，其特征在于，所述爆炸分析模型由以下JWL状态方程表征：5.如权利要求4所述的爆炸仿真方法，其特征在于，所述确定所述爆炸分析模型的参数取值包括：确定A、B、R1、R2、ω和E0的取值。6.如权利要求5所述的爆炸仿真方法，其特征在于，所述确定A、B、R1、R2、ω和E0的取值包括：设置A＝3.74
×
108kPa；B＝3.75
×
106kPa；R1＝4.15；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李榆银，王玉斌，龙春，唐晓雅，唐雄辉，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：