温度收缩为了考虑焊接所引起的收缩,模拟所要求的收缩量,我们在大立筋的中部(即施焊处)赋予一个低温,在其两侧赋予一个相对高温,其余部位均设置成参考温度,输入材料属性之一的热传导率,进行热分析。热分析得出的结果是整个结构的各个节点都赋有温度荷载,且在高温与低温之间形成较均匀的温度梯度。
再将所有这些温度荷载作为一个荷载文件读入静力分析的模型中,设置材料的线胀系数(即热膨胀系数,无量纲)。为了模拟不同的收缩量,可以固定线胀系数,改变所加温度荷载的值;也可以使所加温度荷载的值不变,而调整线胀系数的值。由于温度荷载不太容易施加,因此选择调整线胀系数的方法,见。对应于不同的线胀系数,就可以得到预期的收缩量了。
自由度耦合在受力过程中,由于是用刚度较大的Link单元进行模拟的,所以不会发生弯曲或者太大的径向变形,但是可能会由于螺栓受力过大而发生螺栓整体倒下的情况。为避免这种情况的发生,将每个螺栓的上、下节点的所有自由度全部耦合,即螺栓在整个运动中基本处于平动状态。定义耦合集时所选取的第一个节点为主要节点,其参与耦合的自由度为该耦合集的主要自由度。ANSYS只将每个耦合自由度集的主要自由度保存在分析的矩阵方程里,而将其他自由度删除,也即只有主要自由度的值被计算出来。这样既比较合理的模拟了实际情况,发挥了螺栓的顶紧作用,又减少了自由度的个数,使计算得到简化。
求解计算因为转子作匀角速度转动,所以此问题可视为准静力状态问题。在支架轮盘的中轴处施加全约束,给整个结构赋予重力加速度和角速度值。选择求解分析类型时,选静力分析。在进行求解控制的选项中,选大变形静力稳态;打开自动时间加载步,设置100个荷载子步,使得加载过程更精确。
仿真成果分析有限元分析结果表明:按额定转速运行情况下,螺栓与磁轭基本脱离,点面接触不发挥效用,这时螺栓与磁轭之间主要由面面接触联系,说明磁轭较立筋有向外飞逸的趋势。整体模型变形最大值出现在磁轭外缘,变形值随温度收缩加大而减小;磁轭与立筋连接处的第一主应力和第三主应力均不大,应力值随温度收缩加大而加大,皆在100MPa以下,远小于材料的屈服强度。按飞逸转速运行情况下,螺栓与磁轭顶紧,点面接触作用明显,而面面接触的作用减弱,说明当达到某一转速以后,立筋较磁轭有向外顶出的趋势。应力值与变形值的规律如同额定转速工况下,即应力值随着温度收缩加大而加大,变形值随着温度收缩加大而减小。整体模型变形最大值仍出现在磁轭外缘;但应力值明显加大,尤其是磁轭槽的倒角处,有些地方的主拉应力甚至达到200MPa左右,虽然没有超过材料的屈服强度,但是应力值长期较大可能会导致局部发生疲劳破坏。说明是该处应力集中所致,倒角越平滑,应力集中的影响越小,因此要注意加工质量,方可减小应力集中的影响。