本發(fā)明涉及一種模態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種軌道交通車輛變壓器有限元仿真模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，是軌道交通車輛中的重要組成部分。變壓器受磁致伸縮效應(yīng)的影響，存在較為明顯的振動(dòng)和電磁噪聲，是軌道交通車輛中的振動(dòng)噪聲源之一。變壓器的模態(tài)是影響其振動(dòng)噪聲的一個(gè)重要因素，當(dāng)變壓器固有頻率與激振力頻率接近或相等時(shí)，即使很小的激振力也會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)噪聲。為了避免共振的發(fā)生，進(jìn)而降低變壓器振動(dòng)噪聲，需要對(duì)變壓器模態(tài)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。

變壓器模態(tài)參數(shù)的分析方法主要有模態(tài)試驗(yàn)和仿真計(jì)算兩種方法。模態(tài)試驗(yàn)方法可以較為準(zhǔn)確地測(cè)得變壓器整體或局部的模態(tài)參數(shù)，缺點(diǎn)在于該方法需要基于已有的變壓器樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)分析，且試驗(yàn)過程及結(jié)果容易受場(chǎng)地、設(shè)備、人員等影響。仿真計(jì)算方法主要借助有限元方法，采用一定的簡(jiǎn)化假設(shè)后進(jìn)行網(wǎng)格劃分與計(jì)算分析，可以在變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段預(yù)先對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，很大程度上縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，節(jié)約了成本。由于變壓器的鐵心由硅鋼片疊壓而成，疊壓方向的彈性模量、剛度等要小于其他方向，如假設(shè)為各項(xiàng)同性材料參數(shù)，仿真結(jié)果的偏差將較大，假設(shè)為各向異性材料參數(shù)時(shí)，參數(shù)的選取尚無明確可用的規(guī)則。同理，繞組并非實(shí)體銅制成，而是用多股、多匝導(dǎo)線繞制而成，各方向的彈性模量也有所區(qū)別?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)中較少考慮材料各向異性的特點(diǎn)，導(dǎo)致仿真模型真實(shí)性較差，通過仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算的精度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠準(zhǔn)確地計(jì)算變壓器主要階次固有頻率，實(shí)現(xiàn)高精度的模態(tài)計(jì)算的軌道交通車輛變壓器有限元仿真模型構(gòu)建方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種軌道交通車輛變壓器有限元仿真模型構(gòu)建方法，包括如下步驟：

s1.根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)構(gòu)建變壓器的有限元仿真模型；

s2.通過所述仿真模型計(jì)算變壓器各階次模態(tài)的振型和固有頻率；

s3.比較所述各階次模態(tài)的振型和固有頻率與預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)振型和標(biāo)準(zhǔn)固有頻率之間的誤差，當(dāng)所述誤差不小于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，修改所述仿真模型的參數(shù)，跳轉(zhuǎn)至步驟s2；當(dāng)所述誤差小于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，完成有限元仿真模型構(gòu)建。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1所構(gòu)建的有限元仿真模型中，仿真模型的參數(shù)包括材料屬性參數(shù)和連接關(guān)系參數(shù)；材料屬性參數(shù)包括，鐵心疊片結(jié)構(gòu)在疊片方向的彈性模量為疊片實(shí)際材料彈性模量的k1倍；繞組沿導(dǎo)線繞制方向上的導(dǎo)線彈性模量設(shè)置為繞組材料的實(shí)際彈性模量，導(dǎo)線軸向上的彈性模量為繞組材料的實(shí)際彈性模量的k2倍，導(dǎo)線徑向上的彈性模量為繞組材料的實(shí)際彈性模量的k3倍；撐條在軸向上的彈性模量為撐條材料的實(shí)際彈性模量，撐條在徑向上的彈性模量為撐條材料的實(shí)際彈性模量的k4倍；夾件絕緣的彈性模量為小于預(yù)設(shè)的n值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，k1的取值范圍為0.1至0.3；k2的取值范圍為0.2至0.5；k3的取值范圍為0.2至0.5；k4的取值范圍為小于0至1；n的取值范圍為0.5-2gpa。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s2中的振型和固有頻率包括0至50階模態(tài)的振型和固有頻率。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟s3中，指比較1至12階模態(tài)的振型和固有頻率與預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)振型和標(biāo)準(zhǔn)固有頻率之間的誤差。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s3中預(yù)設(shè)的閾值為5%。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s3中所述預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)振型和標(biāo)準(zhǔn)固有頻率是指對(duì)變壓器進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)所得到的振型和固有頻率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明基于變壓器的結(jié)構(gòu)和材料的等效性構(gòu)建仿真模型，模型的參數(shù)通過模態(tài)試驗(yàn)修正，仿真模型的真實(shí)性高，通過仿真模型進(jìn)行模態(tài)計(jì)算結(jié)果精度高。

2、本發(fā)明所構(gòu)建的仿真模型，在后續(xù)平臺(tái)類變壓器產(chǎn)品的模態(tài)計(jì)算中，從而可直接用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，節(jié)約成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本實(shí)施例的軌道交通車輛變壓器有限元仿真模型構(gòu)建方法，步驟為：s1.根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)構(gòu)建變壓器的有限元仿真模型；s2.通過所述仿真模型計(jì)算變壓器各階次模態(tài)的振型和固有頻率；s3.比較所述各階次模態(tài)的振型和固有頻率與預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)振型和標(biāo)準(zhǔn)固有頻率之間的誤差，當(dāng)所述誤差不小于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，修改所述仿真模型的參數(shù)，跳轉(zhuǎn)至步驟s2；當(dāng)所述誤差小于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，完成有限元仿真模型構(gòu)建。

在本實(shí)施例中，所述步驟s1所構(gòu)建的有限元仿真模型中，仿真模型的參數(shù)包括材料屬性參數(shù)和連接關(guān)系參數(shù)；材料屬性參數(shù)包括，鐵心疊片結(jié)構(gòu)在疊片方向的彈性模量為疊片實(shí)際材料彈性模量的k1倍；繞組沿導(dǎo)線繞制方向上的導(dǎo)線彈性模量設(shè)置為繞組材料的實(shí)際彈性模量，導(dǎo)線軸向上的彈性模量為繞組材料的實(shí)際彈性模量的k2倍，導(dǎo)線徑向上的彈性模量為繞組材料的實(shí)際彈性模量的k3倍；撐條在軸向上的彈性模量為撐條材料的實(shí)際彈性模量，撐條在徑向上的彈性模量為撐條材料的實(shí)際彈性模量的k4倍；夾件絕緣的彈性模量為小于預(yù)設(shè)的n值。在本實(shí)施例中，k1的取值范圍為0.1至0.3；k2的取值范圍為0.2至0.5；k3的取值范圍為0.2至0.5；k4的取值范圍為小于0至1；n的取值范圍為0.5-2gpa。

在本實(shí)施例中，對(duì)變壓器進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，得到變壓器各階次模態(tài)的振型和固有頻率，即標(biāo)準(zhǔn)振型和標(biāo)準(zhǔn)固有頻率。本實(shí)施例中選擇1至50階模態(tài)的振型和固有頻率。并根據(jù)變壓器中各器件的結(jié)構(gòu)尺寸建立變壓器的有限元結(jié)構(gòu)仿真模型。在構(gòu)建變壓器的有限元結(jié)構(gòu)仿真模型中，需要確定變壓器鐵心疊片結(jié)構(gòu)各向異性彈性模量，由于鐵心硅鋼片的疊片結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中，疊片方向的彈性模量取硅鋼片實(shí)際材料彈性模量的0.1~0.3倍；由于繞組并非全部為導(dǎo)線材質(zhì)，而是多匝、多層導(dǎo)線繞制成的，導(dǎo)線繞制方向和軸向及徑向上的彈性模量并不一致，在本實(shí)施例中，沿導(dǎo)線繞制方向上的導(dǎo)線彈性模量設(shè)置為材料實(shí)際彈性模量，軸向及徑向上的彈性模量為原導(dǎo)線彈性模量的0.2~0.5倍；由于實(shí)際變壓器中撐條與線圈、撐條與鐵心之間并不完全接觸，為了模擬等效接觸面積，將撐條材料按各向異性模擬，在本實(shí)施例中，在軸向方向上按材料實(shí)際彈性模量給出，而在徑向方向上彈性模量小于實(shí)際彈性模量；由于實(shí)際變壓器結(jié)構(gòu)中夾件、夾件絕緣與鐵心之間、繞組部件與鐵心之間并不完全接觸，并且硅鋼片與片之間在平面方向上可以產(chǎn)生滑移，為了模擬等效接觸面積及鐵心平面上的不完全約束，在本實(shí)施例中，將夾件絕緣作為等效接觸等，取很小的彈性模量，其取值范圍為：0.5-2gpa。

在本實(shí)施例中，構(gòu)建完變壓器的有限元結(jié)構(gòu)仿真模型后，通過仿真模型計(jì)算變壓器1至50階模態(tài)的振型和固有頻率。并將仿真模型計(jì)算得到的振型和固有頻率按階次分別與通過模態(tài)試驗(yàn)得到的標(biāo)準(zhǔn)振型和標(biāo)準(zhǔn)固有頻率進(jìn)行比較，當(dāng)兩者之間的誤差大于等于5%時(shí)，對(duì)仿真模型的參數(shù)進(jìn)行修正，重復(fù)該步驟直到誤差小于5%，從而得到變壓器的有限元仿真模型。在本實(shí)施例中，在進(jìn)行誤差比較時(shí)，可以根據(jù)需要，僅僅選擇1至12階模態(tài)的振型和固有頻率進(jìn)行比較計(jì)算誤差。

上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。