硅鋼片層疊效應的案例
電機NVH結構仿真 | 硅鋼片層疊效應對電機模態的影響
南京安世亞太公司
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。
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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。
展開 泊松比對定子模態的影響
摘要：筆者前一個帖子《各向異性材料對定子模態的影響》的結論：
層疊效應對軸向模態頻率影響較大，實際工作中，定子振動其實一般只考慮軸向零階的模態，也就是上表中的振型（0,2），（0,3），（0,4），以及還可能考慮（0,0）,（0,5），(0,6)等。既然軸向模態不是重點，而各向異性材料和各向同性材料的主要區別是在于軸向模態 ，那是不是在定子振動仿真中，用各向同性本構模型也是可以接受的呢。筆者細致研究了如何通過泊松比，將各向同性材料和各向異性材料的徑向模態頻率調節的盡量靠近 。
01 各向同性材料
02 各向異性材料（泊松比比值1.0）
03 各向異性材料（泊松比比值0.9）
04 各向異性材料（泊松比比值0.8）
05 各向異性材料（泊松比比值0.75）
06 結論
01 對于各向異性材料，考察徑向模態，泊松比越小，模態頻率越小。
02 當泊松比為0.9-0.8之間時，各向同性材料和各向異性材料，對于本例而言，徑向模態頻率可以做到基本吻合。
03 硅鋼片層疊效應（考慮為各向異性材料）主要影響定子的軸向模態頻率，對徑向模態頻率影響小。
04 筆者建議，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。如果對各向異性材料各參數有把握，也可以使用各向異性材料，一般來說，此時徑向和軸向模態都具有參考價值。
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