电机电磁震动和噪声分析流程课件.pptx
电机电磁、震动和噪声分析流程简介本例将重点展示，如何在ANSYS Workbench平台下，电机的电磁、震动和噪声的耦合分析流程。本例以永磁同步电机模型为例。在Maxwell 2D中，利用该电机的1/8模型，计算定子内表面径向和切向磁拉力；然后在ANSYS Mechanical中进行该电机三维定子的谐响应分析；最后在ANSYS Mechanical ACT中进行三维声场分析。在Workbench中，Maxwell中计算的定子内表面径向和切向磁拉时域力密度分布，作为激励源，耦合到Mechanical 中进行频域的谐响应分析；谐响应分析的结果，作为激励耦合到ANSYS Mechanical ACT 中，作为噪声分析的激励。本例目的在于展示电磁场、谐响应以及声场的耦合分析和数据传递流程，描述关键步骤。如要查看具体操作，可查看ANSYS公司的其他相关培训教程。软件要求本例中的电磁、震动和噪声的耦合分析，需要需要使用Maxwell V2014 、ANSYS Mechanical R15版本。需要安装ANSYS Workbench ，并且Maxwell、 Mechanical都集成到Workbench界面中。需要安装并激活 Acoustics ACT 选项,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，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。,2,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。,3,几何模型修改修改选择模式选择菜单 Edit Select Objects ；或从键盘，点击快捷键 “O” 。复制定子铁心用鼠标，在图形窗口点击定子铁心。点击，菜单 Edit Copy点击，菜单 Edit Paste 在模型列表里面，会多出来一个物体 Stator1。建一个辅助圆点击菜单 Draw Circle ；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。在坐标输入区域，输入半径dX:84 ； dY:0 ； dZ:0 ；点击回车键确定。在模型列表里面，会出现新部件 Circle3 。建立定子齿尖部分模型按住Ctrl 键，先选择物体Stator1，再选择Circle3 点击菜单， Modeler Boolean Intersect点击 OK 按钮建立定子背板模型按住Ctrl 键，先选择物体Stator1，再选择Stator1点击菜单， Modeler Boolean Subtract 在弹出的窗口中，选择Blank Parts:Stator1；Tool Parts: Stator1选择 Clone tool objects before subtracting: 点击 OK 按钮修改定子齿尖模型属性在模型列表选择物体Stator1，右键点击Properties在弹出的属性窗口中，将 Name 改成 ToothTips点击菜单 Modeler Boolean Separate Bodies,4,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，将 Name 改成 Length_ToothTipsRestrict length of Elements: Maximum Length of Elements: 0.25 mm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 Surface Approximation在弹出的 Surface Approximation 窗口中，将名字改成 SurfApprox_ToothTips设置 maximum surface deviation (length) 为 0.001 mm点击 OK,5,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Maxwell2D Enable Harmonic Force Calculation在弹出的Enable Harmonic Force Coulping 窗口中，选中Enable Force Calculation，在每一个齿尖模型的选择框中，打勾如下图。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).,6,模型Validation检验检验 Maxwell 模型点击菜单 Maxwell 2D Validation Check点击 Close 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”,7,安装并激活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， ExtAcoustics_150.26.wbex)。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 Workbench 菜单Tools - Options - Appearance选中Beta Option前的单选框,8,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 “stator.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）,9,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 Units Metric (mm, kg, N, s, mV, mA),10,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ToothTips 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,11,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。,12,Harmonic response 网格剖分点击 Harmonic response 下面的 Mesh 标签，在属性窗口中定义下图设置右键 Generate Mesh,13,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，将 scooping method 改成 Named Selection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 Remote 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,14,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,15,确保 ANSYS 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，将 scooping method 改成 Named Selection将下一行的 Named Selection 改成预先定义的StatorHarmonic 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 属性窗口中将 Range Maximum 设置成 10000Hz将 Solution Intervals 设置成 25将 Solution Method 改成 Full注意以上三项设置，需要与Maxwell传递过来的频率匹配,16,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” 属性窗口中将 scooping method 改成 Named Selection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,17,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）,18,速度的幅值与相位（实际值）,19,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 “AcousticDomain.agdb”。启动 ANSYS Harmonic response 双击谐响应分析中的 Model 标签（C4），启动ANSYS Mechanical ACTANSYS 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,20,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 “Sizing” 属性窗口中在图形区域，右键选择所有的物体在下一行的 Geometry ，选择 Apply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” 属性窗口中在图形区域，右键选择所有的物体在下一行的 Geometry ，选择 Apply在 Method 中选择Tetrahedrons右键点击 Acoustic Project 窗口下的 Mesh 标签， Mesh Generate Mesh,21,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” 属性窗口中在图形区域，右键选择所有的物体在下一行的 Geometry ，选择 Apply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，将 Analysis Type 改成 Acoustic将 Conforming mesh 改成 No (Beta)将 Corresponding Structural Analysis 改成 Harmonic Response: SYS,22,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，选择噪声区域的外表面在 Geometry 后面点击 Apply,23,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 属性窗口中将 Range Maximum 设置成 10000Hz将 Solution Intervals 设置成 25将 Solution Method 改成 Full注意以上三项设置，需要谐响应分析匹配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,24,噪声分析结果查看声压和SPL某点的声压与噪声强度,25,
