车顶绝缘子制造中的数值模拟与结构优化研究

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1、学校代号10532学号S1213W135分类号TM216密级公开工程硕士学位论文车顶绝缘子制造中的数值模拟与结构优化研究学位申请人姓名谭黎维培养单位材料科学与工程学院导师姓名及职称李玉平教授刘清汉高工学科专业材料工程研究方向结构与功能陶瓷及超硬材料论文提交日期2015年5月28日学校代号：10532学号：S1213W135密级：公开湖南大学工程硕士学位论文车顶绝缘子制造中的数值模拟与结构优化研究学位申请人姓名：谭黎维导师姓名及职称：李玉平教授刘清汉高工培养单位：材料科学与工程学院专业名称：材料工程论文提交日期：2015年5月28日论文答辩日期：2015年6

2、月2日答辩委员会主席：肖汉宁教授TheResearchforNumericalSimulationandStructureOptimizationofRoofInsulatorinTheProcessofManufacturingbyTANLiweiB.E.(HunanUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMaterialEngineeringintheGraduateSchoolofHu

3、nanUniversitySupervisorProfessorLiYupingSeniorEngineerLiuQinghanMay,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指哥下独立进行研究所取得的研巧成果？标注引用的内容外，本论文不包合化何其。除了文中特别加ｙ他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。本人完全意识到本声明的法律后果，均已在义中ｔｕ明确方式标明由本人承担。＾口＾扩币／口作者签名：＾日期：？／月日＾ｆｇ＿、＾胃＾学位论文版权使用授权

4、书本学位论文作者宛全了解学校冉关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被爸阅和借阅。本人授权湖南大学ＷＷ将木学位论文的全部或部分内容编入有关＾数据库进行检索，可心采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和ｒ编本学位论文。本学位论文属于１、保密□。，在年解密后适用本授权书２、不保密巧。“＂（请在Ｗ上相应义框内打Ｖ）作者签名：１谓签＾日期：Ｚ。化年／月／。日导师签名：年＾月八日＾车顶绝缘子制造中的数值模拟与结构优化研究摘要车顶绝缘子是电气化列车重要的高压绝缘

5、设备，关系着列车的安全稳定运行，在我国电气化铁路建设不断推进的今天，车顶绝缘子的性能和稳定性面临严峻的考验，如何有效提高车顶绝缘子的机电性能和稳定性成为了一个重要的课题。本文针对车顶绝缘子易出现的污闪问题和烧成不完全问题，从数值模拟的方法，对绝缘子的结构（包括外形结构和显微结构）和烧成工艺进行优化，为提高车顶绝缘子的整体机电性能和稳定性提供新的思路和方法。所得主要结论如下：（1）借助MAXWELL电场有限元分析软件研究了车顶绝缘子的电场分布状况，通过分析比较不同伞裙结构车顶绝缘子的电场分布特性，发现选择合理的伞裙排列方式，并设置合适的伞裙倾角和伞间距，能有

6、效均化绝缘子表面的电场分布，从而防止闪络的发生。讨论了半导体涂层的涂覆方式对车顶绝缘子表面电场分布状况的改善效果，并分析了涂层材料属性对绝缘子表面电场分布状况的影响。（2）根据列车运行过程中车顶绝缘子周围的实际环境情况，构建了绝缘子气流场计算的三维模型，并利用CFX软件来研究绝缘子在服役过程中周围气流场的分布状况及变化规律，并与实际使用过程中车顶绝缘子表面的积污规律与气流场分布变化规律之间的关系相结合，提出了一种防积污的车顶绝缘子结构，并利用模拟分析法比较了其与普通结构绝缘子在气流场分布和积污特性方面的表现，结果表明证明该结构能够有效地改善绝缘子的耐污性能

7、。（3）利用扫描电子显微镜观察分析了某厂例行试验中失效的瓷质车顶绝缘子样品，发现其存在烧结不完全的现象。针对此情况，借助有限元模拟的方法，分析了烧成过程中窑炉和瓷坯的温度分布情况及变化规律，提出通过提高烧成温度或延长保温时间来改善瓷坯的显微结构，并确定了所需要的烧成温度和保温时间，烧结工艺改进后瓷件的微观形貌分析验证了模拟结果的准确性。关键词：车顶绝缘子；污闪；电场分布；气流场分布；积污特性；烧成；显微结构；有限元II工程硕士学位论文AbstractAsanimportanthigh-voltageinsulationdevice,thetrainroof

8、insulatorwasrelatedtonormalsafeop