电机电磁震动和噪声分析流程.pptx

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1、 导入Maxwell 文件 选择 Workbench 菜单 File Import 将默认的文件类型改为 Maxwell Project File (*.mxwl) 浏览到 Maxwell 文件保存的路径 选择文件 “Ex_MaxwellTransient_ Harmonic _Acoustic.mxwl”，并打开。启动ANSYS Workbench启动Workbench选择 Windows 开始菜单，点击 All Programes ANSYS 15.0 Workbench 15.0确保Maxwell 2D、Harmonic Response 等求解器，显示在Workbench左侧的窗口中，

2、如右图。导入Maxwell Project 文件用户可以在 Workbench 中启动 Maxwell 2D，并新建分析 project；也可以在Workbench 导入已有的 Maxwell project 文件。本例采用后者。第1页/共25页 启动 Maxwell 导入 Maxwell 文件成功后，在 Workbench 的工作区会出现一个Maxwell Design。 启动 Maxwell 双击 Maxwell Design 上的 Maxwell 2D 标签，弹出 Maxwell 2D界面。 Maxwell 分析模型介绍 分析模型为 Prius 电机的二维分析模型。 瞬态分析模型的各项设

3、置已经设置好。 如需要详细了解如何设置电机的瞬态分析模型，请查看其他相关培训文件。Maxwell 模型修改 为了精确分析定子齿部的径向电磁力，并将力密度的分布耦合到后续的谐响应分析中。需要将定子齿部“分割”出来，并施加更细密的网格剖分。定子铁心Phase APhase BPhase C磁钢转子 轴Phase C第2页/共25页 几何模型修改 修改选择模式1. 选择菜单 Edit Select Objects ；2. 或从键盘，点击快捷键 “O” 。 复制定子铁心1. 用鼠标，在图形窗口点击定子铁心。2. 点击，菜单 Edit Copy3. 点击，菜单 Edit Paste 4. 在模型列表里面

4、，会多出来一个物体 Stator1。 建一个辅助圆1. 点击菜单 Draw Circle ；2. 在坐标输入区域，输入圆心的坐标点 X:0 ； Y:0 ； Z:0 ；点击回车键确定。3. 在坐标输入区域，输入半径 dX:84 ； dY:0 ； dZ:0 ；点击回车键确定。4. 在模型列表里面，会出现新部件 Circle3 。 建立定子齿尖部分模型1. 按住Ctrl 键，先选择物体Stator1，再选择Circle3 2. 点击菜单， Modeler Boolean Intersect3. 点击 OK 按钮 建立定子背板模型1. 按住Ctrl 键，先选择物体Stator1，再选择Stator12

5、. 点击菜单， Modeler Boolean Subtract 3. 在弹出的窗口中，选择Blank Parts:Stator1；Tool Parts: Stator14. 选择 Clone tool objects before subtracting: 5. 点击 OK 按钮 修改定子齿尖模型属性1. 在模型列表选择物体Stator1，右键点击Properties2. 在弹出的属性窗口中，将 Name 改成 ToothTips3. 点击菜单 Modeler Boolean Separate Bodies第3页/共25页网格剖分 在原有网格剖分的基础上，加密网格剖分 加密定子齿尖网格剖分

6、按住Ctrl 键，依次选择6个定子齿尖模型 点击菜单Maxwell 2D Mesh Operations Assign OnSelection Length Based 在弹出的 Element Length Based Refinement 窗口中，1. 将 Name 改成 Length_ToothTips2. Restrict length of Elements: 3. Maximum Length of Elements: 0.25 mm4. 点击 OK 改善曲线网格剖分 选中所有的物体（ Ctrl + A） 点击菜单 Maxwell 2D Mesh Operations Assign

7、 Surface Approximation 在弹出的 Surface Approximation 窗口中，1. 将名字改成 SurfApprox_ToothTips2. 设置 maximum surface deviation (length) 为 0.001 mm3. 点击 OK第4页/共25页调整仿真时间与步长 双击 Projects 管理窗口上的 AnalysisSetup1 设置仿真停止时间 Stop Time 为10ms 设置时间步长 Time Step 为 50us 点击 OK激活瞬态电磁场与谐响应分析的耦合分析选项 激活瞬态电磁场与谐响应分析耦合分析选项 点击菜单Maxwell

8、2D Enable Harmonic Force Calculation 在弹出的Enable Harmonic Force Coulping 窗口中，1. 选中Enable Force Calculation，2. 在每一个齿尖模型的选择框中，打勾如下图。3. 点击 OK 。 Maxwell将会在最后一个完整周期， 计算每一个选中物体的瞬时电磁力， 并通过傅里叶分析，转化成频域的 电磁力数据，频率范围是从直流到 DC to 1/(2*dT).第5页/共25页 模型Validation检验 检验 Maxwell 模型 点击菜单 Maxwell 2D Validation Check 点击 Cl

9、ose 按钮 Note：在信息窗口中，参看错误和警告信息；如有错误信息，需按照提示修正错误。 Maxwell 求解 Maxwell求解 点击菜单 Maxwell 2D Analyze All查看 Maxwell 仿真结果 关闭 Maxwell 关闭 Maxwell 界面 点击菜单File Close Desktop 保存 Workbench Project 保存 Workbench Project 返回到 Workbench 主界面中 选择菜单 File Save 保存为文件名 “Ex_MaxwellTransient_ Harmonic _Acoustic.wbpj”第6页/共25页安装并激

10、活Acoustics ACT选项 在Workbench主界面下，安装噪声计算插件Acoustics ACT。主要该插件只需要安装一次，若以前安装过，则可以跳过本步骤。 点击 Workbench 菜单Extensions Install Extension 在弹出的对话框中，选择 ”*.wbex” 文件(例如，。 安装插件 激活Acoustics ACT选项 点击 Workbench 菜单Extensions Manage Extensions 在弹出的 Manage Extensions 对话框中，选中 ExtAcoustics前面的单选框激活 Beta 选项 激活Beta选项 点击 Work

11、bench 菜单Tools - Options - Appearance 选中Beta Option前的单选框第7页/共25页 建立谐响应分析系统 新建谐响应分析 在 Workbench 的 Analysis System 窗口中，选择Harmonic response。并将Harmonic response 拖拽到Project Schematic 窗口中 Maxwell 的右边。导入谐响应分析几何模型 导入谐响应分析几何模型 右键点击 Harmonic response 分析上的 Geometry（B3）， 选择Import Geometry Browse ， 选择培训用文件 “stato

12、r.x_t”。链接 Maxwell 与 Harmonic response 用鼠标连接 Maxwell 2D的下的 Solution（A4）与 Harmonic response 下的Setup（B5）第8页/共25页 Update Project 右键选择 Maxwell2D 下面的 Solution 标签 (A4) ，然后点击update 启动 ANSYS Harmonic response 双击谐响应分析中的 Model 标签（B4） 在弹出的谐响应分析界面中，会自动出现一个用于 Maxwell 数据耦合的标签。 ANSYS Harmonic response 单位设置 点击菜单 Uni

13、ts Metric (mm, kg, N, s, mV, mA)第9页/共25页创建 Named Selection 为了便于选择操作，预先定义几个Named Selection 创建定子内表面 Named Selection “ToothTip” 将选择模式切换到面，在图形窗口用鼠标选择任意一个定子齿的内表面 右键点击 Create Named Selection 在弹出的 Selection Name 对话框中，输入Named Selection的名字为ToothTips 选中Apply Geometry Items of Same 下面的 Size 单选框 此时，应该定义了一个名为Too

14、thTips 的 Named Selection，它包含定子的48个内表面 创建固定用孔的Named Selection “Bolts” 方法与上一步类似第10页/共25页 选择定子外表面的所有240个面，创建创建定子外表面的Named Selection “Stator_shell”新建柱坐标系 新的柱坐标系用于显示径向的变形和应力分布。 新柱坐标的圆心为坐标原点。ANSYS Harmonic response 模型检查 确认定子外壳与定子之间。接触良好，有一个 “Bonded Contact”的设置。第11页/共25页Harmonic response 网格剖分 点击 Harmonic r

15、esponse 下面的 Mesh 标签，在属性窗口中定义下图设置 右键 Generate Mesh第12页/共25页导入Maxwell电磁力 在Harmonic response 左侧的Project栏里面，左键点击Import Remote Loads (Maxwell2DSolutions)， 在属性窗口中，1. 将 scooping method 改成 Named Selection2. 将下一行的 Named Selection 改成预先定义的ToothTips 右键点击Import Remote Loads (Maxwell2DSolutions)，并左键点击Generate Rem

16、ote loads 每一个定子齿部的电磁力/转矩被导入到谐响应分析中查看从Maxwell耦合过来的转矩和力分布 点击Import Remote Loads (Maxwell2DSolutions) 下面的列表，就可以查看电磁力和转矩第13页/共25页改变力的作用点设置 在 Import Remote Loads (Maxwell2DSolutions) 的属性窗口中，设置Definition Remote Points 为 Globally available 则在Harmonic response 左侧的Project栏中，会出现Remote Points第14页/共25页确保 ANSYS

17、Mechanical ACT 已经成功激活 确保 ANSYS Mechanical ACT 已经成功激活。 如果成功激活， Harmonic response 的工具栏中会出现一行用于噪声计算的工具定义噪声源传递文件 在左侧的Project栏中，右键点击Harmonic response （B5） Insert One Way Coupling Analysis (ASI File) 在下方的Details of One Way Coupling Analysis (ASI File) 属性窗口中，1. 将 scooping method 改成 Named Selection2. 将下一行的

18、Named Selection 改成预先定义的Stator Harmonic response将会保存这些所选结构上的速度值，由于后续的噪声计算谐响应分析求解设置 在左侧的Project栏中，右键点击Harmonic response （B5） Analysis settings 在下方的Details of Analysis settings 属性窗口中1. 将 Range Maximum 设置成 10000Hz2. 将 Solution Intervals 设置成 253. 将 Solution Method 改成 Full4. 注意以上三项设置，需要与Maxwell传递过来的频率匹配第1

19、5页/共25页施加固定边界条件 在左侧的Project栏中，右键点击 Harmonic response （B5） Insert Fixed support 在下方的Details of “Fixed support” 属性窗口中1. 将 scooping method 改成 Named Selection2. 将下一行的 Named Selection 改成预先定义的Bolts谐响应分析求解 在左侧的Project栏中，右键点击Solution（B6），然后左键点击Solve第16页/共25页谐响应分析结果查看 应力与变形 单个齿上的速度曲线（bode图）第17页/共25页 速度的幅值与相位

20、（实际值）第18页/共25页 建立 ANSYS Mechanical ACT 噪声分析系统 新建 ANSYS Mechanical ACT 分析 在 Workbench 的 Analysis System 窗口中，选择Harmonic response。并将Harmonic response 拖拽到Project Schematic 窗口中的 C3 位置。 将分析系统的名字改成 “Acoustic”导入噪声分析几何模型 导入噪声分析几何模型 右键点击 Acoustic 分析上的 Geometry（C3）， 选择Import Geometry Browse ， 选择培训用文件 “Acoustic

21、Domain.agdb”。 启动 ANSYS Harmonic response 双击谐响应分析中的 Model 标签（C4），启动ANSYS Mechanical ACT ANSYS Mechanical ACT单位设置 在弹出的ACT分析界面中，点击菜单 Units Metric (mm, kg, N, s, mV, mA) 单位需要与谐响应分析一致第19页/共25页Suppress 几何模型 本例重在说明流程，为简化操作，只保留两个几何模型网格划分 右键点击 Acoustic Project 窗口下的 Mesh 标签， Mesh Insert Sizing 在下方的Details of

22、“Sizing” 属性窗口中1. 在图形区域，右键选择所有的物体2. 在下一行的 Geometry ，选择 Apply3. 在 Element Size 中输入 30 右键点击 Acoustic Project 窗口下的 Mesh 标签， Mesh Insert Method 在下方的Details of “Automatic Method” 属性窗口中1. 在图形区域，右键选择所有的物体2. 在下一行的 Geometry ，选择 Apply3. 在 Method 中选择Tetrahedrons 右键点击 Acoustic Project 窗口下的 Mesh 标签， Mesh Generate

23、 Mesh第20页/共25页定义声音传播区域材料属性 在Acoustic的工具栏中，点击Acoustic Body 在下方的Details of “Acoustic Body” 属性窗口中1. 在图形区域，右键选择所有的物体2. 在下一行的 Geometry ，选择 Apply3. 定义空气密度和声音传播速度，默认为空气定义耦合噪声源 在Acoustic的工具栏中，点击Analysis Setting One Way Coupling Analysis (ASI File) 在下方的Details of One Way Coupling Analysis (ASI File) 属性窗口中，1.

24、 将 Analysis Type 改成 Acoustic2. 将 Conforming mesh 改成 No (Beta)3. 将 Corresponding Structural Analysis 改成 Harmonic Response: SYS第21页/共25页4. 选择所有的定子外表面，在 Geometry 后面点击 Apply添加噪声计算边界条件 在Acoustic的工具栏中，点击Boundary Conditions Radiation Boundary 在下方的Details of Acoustic Radiation Boundary 属性窗口中，1. 选择噪声区域的外表面2.

25、 在 Geometry 后面点击 Apply第22页/共25页噪声分析求解设置 在左侧的Project栏中，右键点击Harmonic response （C5） Analysis settings 在下方的Details of Analysis settings 属性窗口中1. 将 Range Maximum 设置成 10000Hz2. 将 Solution Intervals 设置成 253. 将 Solution Method 改成 Full4. 注意以上三项设置，需要谐响应分析匹配5. 因为噪声分析需要抽取谐响应分析的结果，所以将save the MAPDL db 改成“Yes”噪声求解 在左侧的Project 栏中，右键点击Solution（C6），然后左键点击Solve第23页/共25页噪声分析结果查看 声压和SPL 某点的声压与噪声强度第24页/共25页