高速电机转子冲片的强度设计（一）.docxVIP

更换材料。由于硅钢片材料与软件默认的结构钢的物理属性略有不同，一般应根据实际新建一个材料。本节为简化计算，调用软件材料库中的通用非线性结构钢材料。而转轴和磁钢材料，暂时采用默认的结构钢。

具体的材料属性数据，应与材料供应商充分沟通交流。

打开静力学分析模块后，双击A1?工程数据模块，可看出其默认为结构钢材料。单击左上角进入材料库。如图-26所示。

图-26?进入材料库

单击通用非线性结构材料库，向下找到非线性结构钢材料，单击右侧黄色十字图标，以选取。如图-27所示。选取后，在十字图标右侧一行处，将出现蓝色书本状图标。

图-27?选取材料

在材料库非线性结构钢的正下方，显示了各个默认的材料属性，其包括了双线性等向强化模型，可用于简化的表达线弹性材料部分的刚度属性，如弹性模量等，以及屈服后的材料应变行为，如屈服强度等。

对于转子冲片强度设计而言，采用的材料模型及其应力结果，直接决定了最高工作转速的极限。

简化计算时，可采用弹性模量+泊松比的简化材料属性输入的方式，通过查看高应力的区域和范围，来判断可用的最高转速；

当进行较为深入的计算时，可采用非线性材料属性。本文使用的双线性等向强化模型。采用了以真实应力-应变为基准的应力数据。而一般的材料供应商提供的拉伸应力-应变曲线，为工程应力-应变数据。两者存在一定差异，需要换算后方可使用。

下图为工程应力-应变曲线中，对应的拉伸试样截面变化过程。其M点对应抗拉强度，F点对应断裂点。从M到F过程，为截面变细的缩径过程，其存在下降段；在真实应力-应变数据中，此部分仍为上升。

上图为工程应力-应变曲线与工程应力-应变曲线对比。

真实应力-应变数据，为根据实际材料变形处截面，随时刷新尺寸后，计算得出的应力结果；

工程应力-应变数据，为以变形前初始状态的截面计算出的应力。该方法测量与实验过程较为简便。如果材料塑性较为明显，缩颈时截面变化会较大，两者曲线数据将出现明显差异。较为直观的是，工程应力-应变曲线，存在下降段；而真实应力-应变曲线永远上升。

下面为换算关系的公式。如果考虑体积变化，则真实应力为：真实应力/工程应力=(1+?工程应变)/(1+工程应变?-2?工程应变?*?泊松比)；

或者：真实应力/工程应力=1/(1-?工程应变?*?泊松比)^2。

具体材料属性，软件中采用了数据+图表方式显示，如图-28所示。本材料为软件默认值，实际数据应与材料供应商充分交流沟通。

图-28?默认的应力-应变曲线

材料选取完成，单击左上角A2工程数据中的X图标关闭材料库，回到项目目录，右键单击A3几何模型按钮，打开DesignModerler（DM）模块，对导入的模型进行适当的合并节点处理。如图-29所示。

图-29?打开DM模块

单击文件按钮中的导入模型功能，如图-30所示。找到并加载模型。

?图-30?导入外部几何模型

导入后的模型在左侧特征树，可以看见模型为26个part和26个body组成。其零件数量较多，如果不在DM模块中进行适当合并节点，则每一个body的交界面上，会被ANSYS默认添加绑定接触。其一方面增加计算量，一方面交界面处应力结果不连续，影响应力计算精度。

本模型冲片部分为1/8反对称圆周径向为8个局部的body，采用body选择过滤器，按住键盘Shift键，分别选取8个冲片模型，选中后会从透明变为金黄色，右键选取合并节点功能；同样的转轴部分，被切割为两个圆环组成，也进行合并操作，如图-31所示。

图-31?合并节点

合并后模型如图-32所示，已经将转轴的两个body，合并为一个part下属的2个body，同样的冲片部分，为8个body组成的一个part，其他16个body为磁钢模型。

图-32?合并后的模型

DM模块中的合并节点操作完成，关闭并保存。回到项目目录，双击A4进入静力学分析模块。打开后在Geometry中分别选取硅钢片的实体模型，左下角在详细信息中，更改为刚刚添加进材料库的非线性结构钢材料。其他零件采用默认结构钢。如图-33所示。

图-33?更改材料

在ANSYSWorkbench环境的19版本开始，新增了一个材料统计按钮，可较为方便的选取和识别采用的材料及主要属性信息等。如图-34所示。

图-34?新增的材料标签功能

下面进行接触设置。对于本文而言，主要有两个位置需要设置接触，一个是硅钢片与磁钢间；另一个为硅钢片内孔与转轴间。

对于前者，本文后续小节中将单独讨论硅钢片与磁钢不同连接设置的影响，本节采用简化的绑定接触进行连接。

默认情况下，由于硅钢片与磁钢未进行合并节点操作，软件自动在其四周的交接面处，设置绑定接触，以将所有贴合位置的节点进行连接。这显然是不符合实际的，应进行重新的手工设置。

默认的接触面位置和形式如图-35所示。

图-35?自动的接触

将所有接触删