電機的定子結構通常是硅鋼片層疊而成，在研究定子動力特性的時候，材料本構的定義對分析結果無疑是非常重要的。將定子的本構模型考慮為各向同性材料還是橫觀各向同性材料，它們對分析結果的影響又是什么樣的？這是值得思考的問題。

橫觀各向同性材料

電機結構的定子或轉子一般由硅鋼片層疊而成，在電機的動力學分析實踐中，工程師往往會把硅鋼片層疊結構的本構模型簡化為各向同性，也就是忽略了層疊效應。相比各向同性，橫觀各向同性本構模型更符合硅鋼片結構的實際情況。設定子層疊方向標記為1，其它兩個方向標記為2和3，則6個材料參數如下，由于G23可由E2(E3)和v23推導得出，所以獨立的材料參數為5個。

 

在Workbench中的材料參數設置

設層疊方向為X，假設硅鋼材料本身的彈性模量是200GPa，假設層疊方向的彈性模量為150GPa，假設各個方向的泊松比都為0.3，硅鋼材料剪切模量Shear Modulus YZ可按各向同性材料公式計算，其它兩個剪切模量假設為0.9倍硅鋼剪切模量。（材料參數來源于論文數據）

橫觀各向同性本構

設硅鋼的彈性模量為200GPa，泊松比為0.3。

各向同性本構

模態分析結果

導入某款電機的硅鋼片定子模型，進行自由模態分析，結果如下：

總結和建議

• 考慮層疊效應對定子模態頻率有影響，對模態振型一般無影響。

• 層疊效應對層疊方向的模態頻率影響較大，對其它兩個方向影響較小。

• 進行層疊結構模態分析時，采用橫觀各向同性本構模型更準確。

• 對層疊結構采用各向同性本構，模態分析結果也具有一定參考價值。

  
  

建議：在定子振動分析中，如果要簡化分析，可以使用各向同性材料，徑向模態有參考價值，軸向模態可能誤差較大。如果對橫觀各向同性材料各參數有把握，也可以使用橫觀各向同性材料，一般來說，此時徑向和軸向模態都具有參考價值。