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永磁电机有限元分析与转子结构的设计研究

邵广军  
【摘要】: 在永磁电机的研究过程中,结构设计和机械计算主要在电磁设计完成后进行。一些情况下,为了满足电磁设计的要求,某些结构尺寸可能设计得相对较小。由于工作条件的复杂性,这些部位机械性能不能满足实际需求,使电机无法正常工作。本课题来源于某大型稀土永磁电机转子结构机械失效问题。通过对稀土永磁电机转子进行二维有限元分析,得出了一些具有应用价值的结果。 本文的主要研究内容由以下几部分组成: 第一部分首先扼要的介绍了材料屈服准则、加载条件等弹塑性力学的基本理论,为分析弹塑性形变提供理论基础。 第二部分简介了有限单元法在工程中的应用概况,叙述了有限单元法的基本思路与分析过程。介绍了弹性力学中的变分原理及里兹法,推导了求解弹性力学数值问题的公式。 第三部分叙述了求解接触问题时涉及到的基本概念和原理。分析现有的强度研究方法,提出采用非线性接触有限元法。重点研究了接触问题的有限元仿真理论及具体步骤,为求解实际问题提供了理论依据,使接触问题的求解更符合实际情况。 第四部分应用有限元分析软件ANSYS,以某永磁电机转子为研究对象进行有限元静力学分析,建立包含接触的有限元模型,通过二维电磁—结构耦合场对永磁电机转子强度进行求解,获得了在计及电磁耦合作用条件下的永磁电机转子强度计算结果,并得出了电机转子的应力分布情况,同时对转子结构进行了改进。 最后,用实验验证了有限元模拟的正确性。


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