拓扑优化在提高电机底座固有频率中应用

《拓扑优化在提高电机底座固有频率中应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、学兔兔www.xuetutu.com第3期(总第184期)机械工程与自动化No．32014年06月MECHANICALENGINEERING&AUT0MAT10NJun．文章编号：1672—6413(2014)03—0008—03拓扑优化在提高电机底座固有频率中的应用米宋志强，史青录，彭万万，陈贯祥(1．太原科技大学机械_T-程学院，山西太原030024；2中北大学机械工程与自动化学院，山西太原030051)摘要：为计算某型号电机底座的固有频率，研究其振动特性，利用Lanczos法对其进行模态分析，得到了前6阶固有频率及振型。在此基础上，运用Hyperworks

2、软件的Optistruct模块，以优化后的体积不超过底座结构总体积3O作为约束，以1阶固有频率最大化为目标，进行了基于变密度法的底座结构拓扑优化分析，给出了底座结构材料最优分布云图和频率迭代变化曲线。优化结果表明，此方法能有效提高底座结构的1阶固有频率，从而可能避开谐振区，抑制电机与底座之间发生共振。关键词：电机底座；固有频率；拓扑优化中图分类号：TM3：TP391．7文献标识码：A0引言有限元中的每一个单元除了表现出一定的外部形电机作为旋转机械设备，在现代生产中扮演着不状外，还应具备一组计算所需的内部特征参数，这些参可或缺的角色，但电机振动时有发生。振动问题往

3、往数用来定义结构材料的性能、描述单元本身的物理特是多种复杂因素综合造成的，其中电机和底座之间发征和其他辅助几何特征等。该模型属性参数为：单元生共振就是其表现形式之一。当转子达到一定转速类型Psolid，材料为Steel，弹性模量为210GPa，泊松时，转轴频率和底座固有频率重合就会发生共振，共振比为0．3，密度为7900kg／m。。将在电机上产生动载荷，如果在该转速下继续运行下去，必将加速转子、轴承等部件的磨损，从而导致疲劳读入文件划分网格建立载荷工况失效。通过模态分析，可以大致了解底座结构固有频率的分布，经过设计改进，使电机的工作转速尽量避开几何清理检查r单元

4、l系统的共振频率区域，以提高电机的使用寿命。I设置计算1有限元前处理流程设置材料卡片r参数建立有限元模型是整个分析过程的关键，合理的建立载荷集i模型既能保证计算结果的精度，又不致使计算量太大建立几何及单元集施加载荷输出有限元和对计算机存储容量的要求太高。有限元前处理流程文件如图1所示。图1有限元前处理流程图2建立底座有限元模型2．3网格质量检查2．1单元类型选择网格质量是指网格几何形状的合理性。有些网格根据底座的形状特征和精度要求，模型全部采用形状是不允许的，它们会导致单元刚度矩阵为零或负二阶四面体单元，主要考虑以下两点：一是高阶单元的值，使有限元计算出现致命错

5、误，这种网格称为畸形网曲线或曲面边界能更好地逼近结构的边界曲线或曲格。底座结构有限元网格单元质量控制为：纵横比面；二是高阶单元的高次位移函数能更好地逼近结构(aspect)的范围为5～6；歪扭角(skew)的范围为60～复杂的位移分布口]。75；翘曲(warpage)的范围为3O～40；雅可比(jacobi一2．2单元属性定义*山西省特色重点学科建设项目(晋教材[2012]145)收稿日期：201310—18；修回日期：2O13—12—18作者简介：宋志强(1986一)，男，河北张家口人，在读硕士研究生，主要研究方向为机械与车辆的动力学。学兔兔www.xuetu

6、tu.com学兔兔www.xuetutu.com·l0·机械工程与自动化2014年第3期number)为1。些因素，这是允许的。由此可知，只要处理得当，可以4．3提交计算明显提高底座结构的第1阶固有频率，使其避开电机设置结果保存路径后，运行Optistruct进行求解。的工作频率，从而有效控制共振的发生。经过21次迭代后，得到最后一次迭代的单元密度云表2首、末两次迭代数据图，见图4。图4中大部分区域的单元密度收敛于1模态阶数第1次迭代频率(Hz)第21次迭代频率(Hz)195．17869171．3232或0，且最大密度值为1，说明优化迭代已进行彻底。2104．0

7、291175．7997频率与刚度及质量相关，提高刚度成为提高频率最直3235．6024334．4855接的方法。红色区域(A处)表示需要加强的区域，可41884．2632625．80952867．2843143．208以适当增加厚度、加肋板或改变材质。63902．6833891．O391．O00E~O08．900E一017．800E—Ol5结论6．700E-O16．6OOE—Ol4．600E—Ol(1)通过模态分析，得到了电机底座低阶振动固3．400E-012．300E-O1有特性，并可以动态、直观地观察每阶振型的变化。1．200E-O11．Oo0E一02(2)

8、优化后第1阶固有频率提高