發電機機座疲勞分析
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-15
發電機機座疲勞分析的視頻教程
Ansys-電機-機座與端蓋-結構CAE分析
應用 Ansys Workbench 進行電機機座和端蓋的結構 CAE/FEA 分析 。包含壓定子簡易分析，壓定子非線性分析，定子冷壓分析，機座熱套分析，電磁噪聲與定子模態，模態與共振分析，端蓋剛度分析，端蓋與軸承蓋疲勞強度，軸承室熱變形分析，機加工變形分析等
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發電機機座疲勞分析的實例教程
作者利用ABAQUS軟件對內燃機主軸承座進行強度分析，用大量的圖例說明其計算結果，并得出了相應的結論。其中涉及的零件有缸體、框架、主軸承座螺栓、框架螺栓、軸瓦和曲軸軸頸，涉及的工況包括螺栓裝配載荷工況、軸瓦裝配載荷工況和動軸瓦載荷工況，有一定的實際意義。
一、序言
為了保證發動機主軸承座設計的可靠性，需要對主軸承座進行強度分析。主軸承座的計算模型由兩缸中間截面之間的部分組成，具體的零件有缸體、框架、主軸承座螺栓、框架螺栓、軸瓦和曲軸軸頸，如圖1所示。
圖1 整體坐標系
二、有限元模型的建立
1.整體坐標系的定義
整體坐標系，即采用右手法則的直角坐標系，如上文中圖1所示。坐標系的中心在曲軸的中心，X軸的方向與曲軸同向，Y軸在發動機的側向，Z軸與氣缸同向。
2.主軸承座有限元模型
主軸承座有限元模型的建立采用前處理軟件HyperMesh和Patran完成，再用ABAQUS軟件進行求解。所用單元均為二階的10節點四面體單元，如表1所示。
表 1 各零件單元數和節點數
表1為汽車發動機主軸承座所需的零件、單元數（二階四面體）和節點數。
3.材料數據
各零件的材料數據，如表2所示。
表2 各零件的材料數據
三、邊界條件和載荷
本文對發動機的3個載荷工況進行了計算和分析，即螺栓裝配載荷工況、軸瓦裝配載荷工況和動軸瓦載荷工況。
1.通用邊界條件的處理
如圖2所示，在兩對稱面A、B上施加對稱邊界條件，即所有節點X＝0。
圖2 對稱邊界條件
2.螺栓裝配載荷工況
零件：框架、缸體、主軸承座螺栓和框架螺栓。
具體的邊界條件，如圖3所示。
展開 本案例用SIMSOLID對風力發電機進行了快速的模態分析。
模型如下圖所示，底部固支：
在analysi下拉選項中選擇Modal進行模態分析，如下圖所示：
設定分析的模態數量為10，計算所得前10階固有頻率如下圖所示：
其中前三階模態如下：
一階模態
二階模態
三階模態
通過SIMSOLID，可以方便的播放模態動畫。
展開 汽輪發電機組振動過大時可能引起的危害和嚴重后果如下：
1）機組部件連接處松動，地腳螺絲松動、斷裂；
2）機座（臺板）二次澆灌體松動，基礎產生裂縫；
3）汽輪機葉片應力過高而疲勞折斷；
4）危機保安器發生誤動作；
5）通流部分的軸封裝置發生摩擦或磨損，嚴重時可能因此一起主軸的彎曲；
6）滑銷磨損，滑銷嚴重磨損時，還會影響機組的正常熱膨脹，從而進一步引起更嚴重的事故；
7）軸瓦烏金破裂，緊固螺釘松脫、斷裂；
8）發電機轉子護環松弛磨損，芯環破損，電氣絕緣磨破，一直造成接地或短路；
9）勵磁機整流子及其碳刷磨損加劇等；
從以上幾點可以看出，振動直接威脅著機組的安全運行。因此，在機組一旦出現振動時，就應及時找出引起振動的原因，并予以消除，決不允許在強烈振動的情況下讓機組繼續運行。
汽輪發電機組的振動是一個比較復雜的問題。造成振動的原因很多，但是我們只要能抓住矛盾的特殊性，即抓住振動時表現出來的不同特點，加以分析判斷，就有可能找出振動的內在原因并予以解決。
1、勵磁電流試驗
試驗目的在于判斷振動是否由電氣方面的原因引起的，以及是由電氣方面的哪些原因引起的。
如加上勵磁電流后機組發生振動，斷開勵磁電流振動消失。則可肯定振動是有電氣方面的原因造成的，此時可繼續進行勵磁電流試驗。通過勵磁電流試驗得出如下兩種結果：
1）隨著勵磁電流的增加，振動數值跟著加大，此種情況表明，振動是由于磁場不平衡引起的。造成磁場不平衡的原因有：發電機轉子線圈短路；發電機轉子和靜子間空氣間隙不均勻等；
2）磁場電流增加時振動不立即增大，而是隨著磁場電流增加在一定的時間內成階梯狀的增大，在勵磁電流增大時尤為顯著。這表明振動和轉子在熱狀態下的質量不均衡有關。
2、轉速試驗
試驗目的在于判斷振動和轉子質量不平衡的關系，同時可找出轉子的臨界轉速和工作轉速接近的程度。
試驗一般在啟動（或停機）過程中進行。
展開 基于workbench2020發電機的模型態分析
邊界條件
模態分析結果
附件包括workbench文件1.wbpj文件。
該文給出了直角坐標系下大型水輪發電機求解域內三
維穩態熱傳導方程及其等價變分方程。采用三維等參元法
計算了大型水輪發電機定子溫度場,給出了取不同氣隙散熱
系數方法時考慮股線絕緣和不考慮股線絕緣影響定子銅溫
沿徑向分布曲線及溫度變化場圖,并采用數值模擬方法分析
了絕緣材料的導熱系數對電機定子溫度場的影響。
大型水輪發電機定子股線導熱的數值分析.pdf
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研究背景
介紹在Ansys Workbench平臺下，采用Ansys Mechanical & Ansys nCode DesignLife開展結構熱-機疲勞的基本原理、方法、流程以及注意事項，并附贈相關案例DEMO。
01
針對疲勞試驗機的模型分析
幾何模型
有限元模型
模態結果
附件包括 workbench2021文件
基于workbench2020發電機的模型態分析
邊界條件
模態分析結果
附件包括workbench文件1.wbpj文件。
本案例用SIMSOLID對風力發電機進行了快速的模態分析。
模型如下圖所示，底部固支：
在analysi下拉選項中選擇Modal進行模態分析，如下圖所示：
設定分析的模態數量為10，計算所得前10階固有頻率如下圖所示：
其中前三階模態如下：
論文精讀 雙饋式風力發電機齒輪箱的動態特性分析
利用風機仿真軟件（ＳＷＴ），對某１．５ＭＷ 雙饋式風力發電機齒輪箱的動態特性進行
了研究。應用梁單元和超單元建立了齒輪箱參數化模型，對其進行了模態分析，將得到的固有頻率與激勵頻率比較，確定不存在共振點；在考慮風剪切效應和塔影效應的基礎上，建立了風機整機全耦合模型，得到了正常發電和緊急停機工況條件下齒輪箱系統的動態響應、齒輪嚙合力和軸承受力情況
