异步电机定子的振动与模态分析

准确计算异步电机定子的振动模态和固有频率是降低电机噪声和振动的基础。该文基于异步电机简化的物理模型,利用三维有限元软件,全面研究了异步电机定子的固有频率和振动模态。根据等效替换原理,利用多个离散的耦合单元体等效替换铁芯的有限元模型,有效的提高了定子的计算结果的准确度。在综合考虑散热筋、加强筋、底脚和铁芯叠片结构对定子固有频率计算结果准确度的影响后,使得该有限元模型的计算结果达到了很高的准确度。计算结果与实验结果进行了比较验证。     

大型立式电动机特定边界条件下的振动特性仿真与实验研究

考虑大型立式电动机的承载结构特点和机电耦合、电磁耦合作用,应用虚拟样机技术和有限元仿真软件,建立了某大型立式电动机的有限元模型,分析了电机振动变形和结构破坏的分布规律,确定了大型电动机结构变形与破坏的主要形式和部位。研究结果表明,单边磁拉力的不平衡作用是引起大型电机振动的重要激振源,当主波磁场产生的单边磁拉力的频率与电机某阶固有频率接近或者相同时,可能引起相关结构或者整机的强烈振动。同时,地脚螺栓的联接刚度对电机固有频率有较大影响,随着地脚螺栓数量的增加,电机的固有频率随之提高;当地脚螺栓失效时,会使得电机的固有频率降低,从而可能更加容易引起电机生产剧烈振动或者共振。     

大展弦比机翼气动颤振的有限元分析

摘要：在Theodorsen二元气动力的基础上,建立非定常气动力时域内积分形式的表达式或者等价的频域表达式,利用粘弹性结构振动分析中对积分方程的等价变换将其写成与结构动力学方程一致的二阶常微分方程,将气动力的影响作为对结构有限元模型质量阵、刚度阵和阻尼阵的补充,保留了结构原有的所有动力学特性,并且能够直接用计算结构动力学的通用有限元软件进行空气-结构耦合的整体动力学分析,适合应用于具有复杂结构的气弹问题。气动力模型的建立可以利用各种试验及数值方法得到的气动力数据,适用性强。算例给出了大展弦比机翼的颤振边界计算结果。     

永磁直流无刷电机定子振动动力学分析及实验研究

在集中驱动的电动汽车中,电机是电动汽车振动和车内外噪声的主要源头之一。因此,设计人员都期望于在设计阶段能对电机的振动噪声性能进行分析。本文基于电磁场分析理论对电动汽车驱动用永磁直流无刷电机径向力波进行了有限元仿真计算,进而对电机定子进行了动力学建模与仿真研究,实现了车用定子振动动力学特性分析。仿真结果与电机振动试验结果相符,验证了分析的正确性,为进一步实现低噪声驱动电机的优化设计打下了基础。     

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。     

电动汽车驱动电机电磁噪声的仿真分析

为研究某型电动汽车驱动电机的电磁噪声,以一台8极48槽电动汽车用永磁同步电机为研究对象,通过电磁场有限元分析软件得到电机在正弦波供电下的气隙径向电磁力的阶次特征以及频率特征。对电机定子机壳的模态进行仿真,得到电机前五阶的模态振型及固有频率。在此基础上,运用声学仿真软件建立电机的声学有限元网格,将电机的电磁力与电机模态网格进行耦合求解电机的电磁振动与噪声,得到电机电磁噪声在不同频率下的声场声压分布。并对电机在某一工况下的稳态噪声进行台架试验,得到电机噪声的频谱图。分析过程对预测不同类型的电动汽车驱动电机的电磁噪声具有借鉴意义。     

带钢-辊子-柔性支承混杂系统动力学建模与模态分析

基于广义Hamilton原理建立带钢连续热镀锌生产线镀锌段带钢-辊子-柔性支承混杂系统的数学模型,线性化后利用实模态理论得到系统的频率方程。以某镀锌线为例求解了系统的特征值问题,分析了带钢横截面积和初始张力对系统特征值和特征向量的影响,并考察了系统的耦合振动特性。最后用有限元软件ANSYS对该混杂系统进行了模态分析,有限元计算结果与理论计算结果一致。     

基于能量有限元法的功能梯度梁振动分析

功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)由于其优良的结构性能和重要的应用价值,近些年来得到了广泛的研究和关注。采用能量有限元法对功能梯度梁和耦合梁的弯曲振动特性进行研究,推导了功能梯度材料梁的能量密度控制方程、能量有限元矩阵方程以及耦合梁的能量有限元方程,从而得到梁中的能量密度和能量流。以一简支功能梯度梁为例,分别采用该方法和传统有限元法计算了梁弯曲振动时的能量密度,通过对比验证了能量有限元法求解的准确性。在此基础上进一步对耦合功能梯度梁结构的能量密度和能量流进行了求解,得到其能量分布特征。该研究为基于能量有限元法分析复杂功能梯度材料结构的振动特性提供了理论基础。     

高速列车振动荷载作用下电缆隧道结构动力响应分析

城市中地下管线铺设较为复杂,城市轨道或者城际高速铁路会修建在地下管线上方。以京津城际轨道交通工程为例,研究高速车辆振动荷载对铺设地下管线的隧道结构产生的动力影响。运用耦合动力学,建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,计算高速列车通过时车辆-轨道耦合系统的动力响应。结合有限元理论,建立桩板-土体-隧道一体化纵横垂向空间耦合动力仿真模型。将车辆-轨道耦合系统振动分析模型得到的荷载谱,作为外部激励作用在动力仿真模型上,对电缆隧道的动力响应进行研究。计算结果表明,京津城际铁路运营后高速列车振动荷载的动力作用不会对桩板结构下的电缆隧道产生显著的不利影响。     

振动环境下压力传感器失效机理分析

在复杂的振动环境中,一种特定结构的压力传感器经常出现内引线断裂的失效现象。通过对内引线断截面及断口侧面的观察,确定为振动疲劳断裂。应用机械振动和模态分析理论,将转接引线的力学模型简化为伯努利-欧拉梁,通过自由振动偏微分方程计算其基频,与有限元软件计算的结果进行比对,证明建立的有限元模型能够准确反映传感器的动力学状态。应用该有限元模型,进行模态和振型的计算,寻求致使内引线断裂失效的原因,并将计算结果与试验结果对比,证明寻找的失效原因的正确性。     

Electricity, magnetism and the body: some uses and abuses

The human body can be regarded as an extraordinarily complex electrical machine. It will respond to externally applied electromagnetic stimuli and aspects of its functionality can be interrogated electromagnetically to aid in diagnosis. The paper describes examples of interactions between electromagnetism and the body. The hazards of electric shock are considered along with the use of the defibrillator for restarting the heart. Electromagnetic therapies are discussed in the light of the disappointing lack of objective evidence to support claims for their effectiveness. Finally, two examples of new diagnostic techniques using electromagnetic energy are described. Electrical impedance tomography produces cross-sectional images of the distribution of electrical impedance in the body and magnetic nerve stimulation uses currents induced by large magnetic field pulses to stimulate nerves and the human brain without causing pain     

电磁力与射流流场中压力脉动作用下伺服阀力矩马达谐响应分析

为揭示伺服阀自激噪声的产生机理,该文对伺服阀力矩马达的振动特性进行研究。通过分析喷嘴挡板式电液伺服阀的工作原理,给出了衔铁组件的受力数学模型。建立了单自由度系统的谐响应分析数学模型,分析了谐振频率与系统固有频率的关系。采用ANSYS软件对电磁场和伺服阀内部流场作用下力矩马达的谐响应特性进行了分析,得出了力矩马达关键点处不同方向上的谐响应曲线,分析了其在0~4500Hz内的谐振规律。仿真结果表明,电磁场和流场的作用会激发力矩马达的高频振动,从而可能诱发高频自激噪声。     

振动驱动的电磁－永磁复合驱动建模

对一种新的电磁-永磁复合激励永磁体偏转驱动的机理进行振动应用理论分析和实验验证研究。对于这种电磁－永磁复合激励方式,提出一种基于面磁荷计算电磁扭矩的数值方法,建立电磁扭矩随电流和永磁体偏摆角度变化的数学模型,并将理论建模进行对比试验研究,验证所提出理论分析方法的正确性和基于永磁体偏摆驱动在振动驱动领域应用的可行性。     

Attenuation of Harmonic Rotor Vibration in a Cage Rotor Induction Machine by a Self-Bearing Force Actuator

In this paper, attenuation of flexural rotor vibration in electrical machines is considered. In order to generate force on the machine rotor, an electromagnetic actuator based on self-bearing machine working principle is examined. A control method for attenuating harmonic rotor vibration components is applied in a 30 kW two-pole cage induction machine. The machine is equipped with a four-pole supplementary winding for generation of lateral force on the rotor. Experimental results for the two-pole induction motor are presented. The main contribution of this paper is to apply a control method, specially designed for compensating harmonic excitations, by using a built-in electromagnetic actuator in an induction machine.      

船用高速发电机基波磁场下机座电磁振动

以船用高速同步发电机为对象进行电磁振动特性分析。用有限元法计算空载下电机基波气隙磁场引起的径向电磁力波在机座机脚处垂向振动加速度。通过对不同机座安装方式、材料刚度及结构阻尼的振动仿真对比,分析影响振动加速度主因及有限元模型简化处理对计算结果影响。用三维谐波场及瞬态场有限元法计算机脚振动加速度,用电动机运行法测试发电机空载下机座机脚振动加速度。结果表明,仿真与试验结果基本一致,机座及机脚振动受机座安装方式影响较大,定子振幅受材料弹性模量响应较大,在弹性安装/自由状态下机座形变分布主要受结构阻尼影响。该结果可为船用高速电机减振降噪设计、研究提供依据及参考。     

高频电磁力作用下金属液内电磁超声波的生成

为解决由机械振动产生的超声波无法在高温环境中成功应用的难题，提出了利用静磁场和交流电流、静磁场和交流磁场的相互作用分别在金属液内直接生成高强度电磁超声波的方法，运用超声波压力传感器对用这两种方法在金属液内生成的电磁超声波的强度进行了测量。研究表明：电磁超声波的强度与所施加的高频电磁力的强度成正比，频率与电磁力的频率相同；实验结果和理论解析结果基本一致；利用高频电磁力的局部作用在金属液全场范围内生成的电磁超声波可以在金属精炼及凝固过程中获得广泛应用。     

由电磁力激发的电机参数振动的分岔研究

将机械振动，非线性动力学与电机瞬变理论，电磁场理论的交叉课题相结合，建立了电机转子横向振动的非线性微分方程，并将方程约化为在参数激励作用下单自由度非线性动力系统，从非线性分岔理论的观点，分析机电耦联动力系统的特性是电机领域研究的焦点，研究了由电磁力激发的参数振动非线性系统的分岔问题，给出系统的分岔转迁集和分岔响应曲线，揭示了各种电磁参数及机械参数对共振的影响，得到了有价值的结果，可对实际电机系统的参数设计，稳定运行和故障诊断提供一定的理论依据。     

Topology optimization for reduction of vibration caused by magnetic harmonic excitation

We apply the homogenization design method (HDM) to reduce the vibration level of a structure excited by magnetic harmonic force. We do this by obtaining the optimal material distribution of the structure to minimize the frequency response. We first use the Maxwell stress method to compute the magnetic force and then apply HDM for the optimization. Results show that the HDM can be used to minimize the frequency response. This method can also be applied to other rotary electrical devices such as motors and generators.     

电动车用永磁同步电机非线性扭转振动模型

针对电动车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—永磁同步电机的扭转振动问题,首先,利用集中参数法建立了永磁同步电机扭转振动的非线性动力学模型,解析求解了考虑非正弦分布的永磁磁场、定子开槽、时间谐波电流的永磁同步电机电磁转矩,获取了定子铁芯、机壳的刚度和阻尼参数,指出了电磁转矩波动是引起永磁同步电机非线性振动的主要原因。然后,采用状态变量法求得了非线性方程组的解。最后,通过永磁同步电机扭转振动实验验证了本模型的有效性。     

轴向运动导电薄板的磁弹性振动

针对磁场环境中轴向运动导电薄板的磁弹性振动问题进行研究。在给出薄板运动的动能、应变能以及电磁力虚功表达式的基础上,应用哈密顿变分原理,推得磁场中轴向运动矩形薄板的磁弹性振动方程。基于麦克斯威尔电磁场方程并考虑相应的电磁关系式,得到薄板所受电磁力的表达式。针对横向磁场中矩形板的自由振动问题,通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,得到三种边界约束条件下轴向运动薄板的磁弹性振动微分方程。通过数值算例,给出了不同边界条件下矩形板的磁弹性振动特性曲线图,分析了轴向运动速度和磁感应强度等参量对薄板固有振动频率的影响,讨论了临界速度的变化规律。