CN116542100A - 扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法、系统、介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法、系统、介质及设备,其方法包括以下步骤:扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,其特征在于,包括以下步骤:在待测扁线电机绕组定子的拉伸实验中获取焊点SN曲线函数;根据待测扁线电机绕组定子结构数据,调用ANSYS软件构建电机定子焊点有限元模型;在ANSYS软件中对所述电机定子焊点有限元模型进行模态分析与随机振动分析,获取焊点仿真参数及焊点最大等效应力幅值;根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值;比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求,以使企业在电机研发的过程中对绕组焊接的疲劳寿命做出预测,进而缩短电机研发的时间和减少验证的成本。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车电机技术领域,特别涉及一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法、系统、介质及设备。
背景技术
新能源汽车电机工作过程中通常会受到随机振动的载荷,为了测试电机定子在振动载荷作用下机械结构的可靠性,需要对电机定子进行振动测试。为了提升电机效率,扁线绕组在电机中应用越来越多,而扁线绕组的铜线之间通常采用焊接工艺进行连接。因此,铜线焊接在振动载荷下的疲劳分析,是电机研发过程中一项普遍的工作。
因此需设计一种分析扁线电机绕组焊接的疲劳分析方案,以使企业在电机研发的过程中对绕组焊接的疲劳寿命做出预测,进而缩短电机研发的时间和减少验证的成本。
发明内容
本发明的提供一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法、系统、介质及设备,以使企业在电机研发的过程中对绕组焊接的疲劳寿命做出预测,进而缩短电机研发的时间和减少验证的成本。
第一方面,提供一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,包括以下步骤:
在待测扁线电机绕组定子的拉伸实验中获取焊点SN曲线函数;根据待测扁线电机绕组定子结构数据,调用ANSYS软件构建电机定子焊点有限元模型;
在ANSYS软件中对所述电机定子焊点有限元模型进行模态分析与随机振动分析,获取焊点仿真参数及焊点最大等效应力幅值;
根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值;
比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求。
根据第一方面,在第一方面的第一种可能的实现方式中,所述“获取焊点最大等效应力幅值”步骤,具体包括以下步骤:
获取焊点应力分布,并在所述焊点应力分布中选取焊点最大等效应力幅值。
根据第一方面,在第一方面的第二种可能的实现方式中,所述“根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值”步骤,具体包括以下步骤:
根据所述焊点仿真参数,计算焊点平均振动循环次数;
根据所述焊点SN曲线函数及所述焊点平均振动循环次数,计算焊点疲劳应力极限值。
根据第一方面的第二种可能的实现方式,在第一方面的第三种可能的实现方式中,所述“根据所述焊点仿真参数,计算焊点平均振动循环次数”步骤,具体包括以下步骤:
所述焊点仿真参数包括焊点平均频率及随机振动时长;
根据焊点平均频率v,随机振动时长h;
计算焊点平均振动循环次数N为:
N=v*h。
根据第一方面的第二种可能的实现方式,在第一方面的第四种可能的实现方式中,所述“根据所述焊点SN曲线函数及所述焊点平均振动循环次数,计算焊点疲劳应力极限值”步骤,具体包括以下步骤:
根据所述焊点SN曲线函数,焊点平均振动循环次数N;
计算焊点疲劳应力极限值S为:
S=147-4.5*LgN。
根据第一方面,在第一方面的第五种可能的实现方式中,所述“比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求”步骤,具体包括以下步骤:
当检测到所述焊点最大等效应力幅值小于所述焊点疲劳应力极限值时,则判断待测扁线电机绕组定子的焊点符合振动疲劳要求。
第二方面,提供了一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析系统,包括:
SN模块,用于在待测扁线电机绕组定子的拉伸实验中获取焊点SN曲线函数;
模型构建模块,用于根据待测扁线电机绕组定子结构数据,调用ANSYS软件构建电机定子焊点有限元模型;
仿真分析模块,与所述模型构建模块,用于在ANSYS软件中对所述电机定子焊点有限元模型进行模态分析与随机振动分析,获取焊点仿真参数及焊点最大等效应力幅值;
疲劳极限模块,与所述SN模块及所述仿真分析模块通信连接,用于根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值;
比对模块,与所述仿真分析模块及所述疲劳极限模块通信连接,用于比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求。
第三方面,提供了一种存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法。
第四方面,提供了一种电子设备,包括存储介质、处理器以及存储在所述存储介质中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器运行所述计算机程序时实现如上述所述扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法。
与现有技术相比,本发明的优点如下:通过使用有限元方法,比对焊点疲劳应力极限值及所焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合要求,以利于企业在电机研发的过程中对绕组焊接的疲劳寿命做出预测,进而缩短电机研发的时间和减少验证的成本。
附图说明
图1是本发明一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法的一实施例的流程示意图;
图2是本发明的待测扁线电机绕组定子的结构示意图;
图3是本发明的待测扁线电机绕组定子的爆炸示意图;
图4是本发明的涂敷模型的结构示意图;
图5是本发明的焊点模型的一实施例的结构示意图;
图6是本发明的焊点模型的又一实施例的结构示意图;
图7是本发明一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法的又一实施例的流程示意图;
图8是本发明一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析系统的结构示意图;
图中:1、焊点模型;2、涂敷模型;3、汇流排;4、焊接端绕组;5、花冠端绕组;6、定子槽内绕组;7、定子铁芯;8、一种铜线焊接应力集中点;9、另一种铜线焊接应力集中点。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例,在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明,但将理解,不是想要将本发明限于所述的实施例。相反,想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意,这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现,且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
注意:接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子,而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
参见图1所示,本发明实施例提供一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,包括以下步骤:
S100,在待测扁线电机绕组定子的拉伸实验中获取焊点SN曲线函数;
S200,根据待测扁线电机绕组定子结构数据,调用ANSYS软件构建电机定子焊点有限元模型;
S300,在ANSYS软件中对所述电机定子焊点有限元模型进行模态分析与随机振动分析,获取焊点仿真参数及焊点最大等效应力幅值;
S400,根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值;
S500,比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子焊点是否符合振动疲劳要求。
具体地,本实施例中,
同时参见图2及图3所示,S200,根据待测扁线电机绕组定子结构数据,将铁芯和绕组简化为4部分,分别为焊接端绕组,定子铁芯,花冠端绕组及定子槽内绕组,调用ANSYS软件构建简化的定子铁芯绕组模型;然后,同时利用大量铜线焊球统计数据和涂敷测量数据,建立电机绕组焊点模型,绕组如果有涂敷工艺,则相应的添加涂敷模型,具体参见图4所示,最后装配以上模型,形成最终的电机定子焊点有限元模型。
需要说明的是,ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。软件主要包括三个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块,前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力。
S300,模态是指机械结构的固有振动特性,每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型,因此通过模态分析,获得特定的频率、阻尼、模态参数。模态分析的频率范围需包括关心的目标频率,并乘以1.5倍的安全系数。例如,如果关心的最大频率段是0-3000Hz,那模态分析的频率范围需设置为0-4500Hz。基于以上模态分析的结果,在ANSYS中插入随机振动分析,分析需根据要求输入随机振动频谱、结构阻尼等边界条件。随机振动为机械系统受到外部随机激励后,系统产生的响应即为随机振动,因此通过随机振动分析,获取焊点仿真参数及焊点最大等效应力幅值。
因此本发明通过使用有限元方法,比对焊点疲劳应力极限值及所焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合要求,以利于企业在电机研发的过程中对绕组焊接的疲劳寿命做出预测,进而缩短电机研发的时间和减少验证的成本。
优选地,在本申请另外的实施例中,所述“获取焊点最大等效应力幅值”步骤,具体包括以下步骤:
获取焊点应力分布,并在所述焊点应力分布中选取焊点最大等效应力幅值。
具体地,本实施例中,同时参见图5所示,8表示铜线焊接间距所建立的圆角特征,来表征一种铜线焊接应力集中点;同时参见图6所示,9表示表示铜线焊接间距所建立的圆角特征,来表征另一种铜线焊接应力集中点。
因此通过在ANSYS软件中对所述电机定子焊点有限元模型进行模态分析与随机振动分析后,获取焊点应力分布,并在所述焊点应力分布中选取焊点最大等效应力幅值。
优选地,在本申请另外的实施例中,所述“S400,根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值”步骤,具体包括以下步骤:
S410,根据所述焊点仿真参数,计算焊点平均振动循环次数;
S420,根据所述焊点SN曲线函数及所述焊点平均振动循环次数,计算焊点疲劳应力极限值。
优选地,在本申请另外的实施例中,所述“S410,根据所述焊点仿真参数,计算焊点平均振动循环次数”步骤,具体包括以下步骤:
所述焊点仿真参数包括焊点平均频率及随机振动时长;
根据焊点平均频率v,随机振动时长h;
计算焊点平均振动循环次数N为:
N=v*h。
具体地,本实施例中,在ANSYS软件的的随机振动分析中获得焊点位移应力与焊点速度应力,因此,焊点平均频率的计算公式如下:
焊点平均频率v=(焊点位移应力/焊点速度应力)/2π。
优选地,在本申请另外的实施例中,所述“S420,根据所述焊点SN曲线函数及所述焊点平均振动循环次数,计算焊点疲劳应力极限值”步骤,具体包括以下步骤:
根据所述焊点SN曲线函数,焊点平均振动循环次数N;
计算焊点疲劳应力极限值S(S单位:Mpa)为:
S=147-4.5*LgN。
具体地,本实施例中,在待测扁线电机绕组定子的拉伸实验中获取焊点SN曲线函数,SN曲线函数表达为:S=A+B*LgN;其中A和B皆为常数,A=147,B=-4.5。
因此,将得到的焊点平均振动循环次数N代入至SN曲线函数公式中,可计算得到焊点疲劳应力极限值S=147-4.5*LgN。
优选地,在本申请另外的实施例中,所述“S500,比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求”步骤,具体包括以下步骤:
当检测到所述焊点最大等效应力幅值小于所述焊点疲劳应力极限值时,则判断待测扁线电机绕组定子的焊点符合振动疲劳要求。
具体地,本实施例中,当检测到所述焊点最大等效应力幅值小于所述焊点疲劳应力极限值时,则判断待测扁线电机绕组定子的焊点符合要求;当检测到所述焊点最大等效应力幅值大于等于所述焊点疲劳应力极限值时,则不满足疲劳设计要求,需要对绕组或者Busbar汇流排进行设计改进。
同时参见图7所示,本发明实施例提供的一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,具体包括以下步骤:首先分别建立定子铁芯绕组模型、焊点模型及涂敷模型,并装配以上模型,形成最终的电机定子焊点有限元模型;再在ANSYS软件中对所述电机定子焊点有限元模型进行模态分析与随机振动分析,获取焊点最大等效应力幅值,并根据随机振动分析获得的焊点平均频率,随机振动时长,计算焊点平均振动循环次数;再根据焊点SN曲线函数及焊点平均振动循环次数,计算焊点疲劳应力极限值;最后比对焊点疲劳应力极限值及焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求。
同时参见图8所示,本发明实施例提供的一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析系统,包括:
SN模块,用于在待测扁线电机绕组定子的拉伸实验中获取焊点SN曲线函数;
模型构建模块,用于根据待测扁线电机绕组定子结构数据,调用ANSYS软件构建电机定子焊点有限元模型;
仿真分析模块,与所述模型构建模块,用于在ANSYS软件中对所述电机定子焊点有限元模型进行模态分析与随机振动分析,获取焊点仿真参数及焊点最大等效应力幅值;
疲劳极限模块,与所述SN模块及所述仿真分析模块通信连接,用于根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值;
比对模块,与所述仿真分析模块及所述疲劳极限模块通信连接,用于比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求。
因此本发明通过使用有限元方法,比对焊点疲劳应力极限值及所焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合要求,以利于企业在电机研发的过程中对绕组焊接的疲劳寿命做出预测,进而缩短电机研发的时间和减少验证的成本。
基于同一发明构思,本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述方法的所有方法步骤或部分方法步骤。
本发明实现上述方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,计算机程序包括计算机程序代码,计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括:能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
基于同一发明构思,本申请实施例还提供一种电子设备,包括存储器和处理器,存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序,处理器执行计算机程序时实现上述方法中的所有方法步骤或部分方法步骤。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等,处理器是计算机装置的控制中心,利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
存储器可用于存储计算机程序和/或模块,处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块,以及调用存储在存储器内的数据,实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(例如声音播放功能、图像播放功能等);存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、视频数据等)。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如硬盘、内存、插接式硬盘,智能存储卡(SmartMedia Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、服务器和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
在待测扁线电机绕组定子的拉伸实验中获取焊点SN曲线函数;
根据待测扁线电机绕组定子结构数据,调用ANSYS软件构建电机定子焊点有限元模型;
在ANSYS软件中对所述电机定子焊点有限元模型进行模态分析与随机振动分析,获取焊点仿真参数及焊点最大等效应力幅值;
根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值;
比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求。
2.如权利要求1所述的扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,其特征在于,所述“获取焊点最大等效应力幅值”步骤,具体包括以下步骤:
获取焊点应力分布,并在所述焊点应力分布中选取焊点最大等效应力幅值。
3.如权利要求1所述的扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,其特征在于,所述“根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值”步骤,具体包括以下步骤:
根据所述焊点仿真参数,计算焊点平均振动循环次数;
根据所述焊点SN曲线函数及所述焊点平均振动循环次数,计算焊点疲劳应力极限值。
4.如权利要求3所述的扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,其特征在于,所述“根据所述焊点仿真参数,计算焊点平均振动循环次数”步骤,具体包括以下步骤:
所述焊点仿真参数包括焊点平均频率及随机振动时长;
根据焊点平均频率v,随机振动时长h;
计算焊点平均振动循环次数N为:
N=v*h。
5.如权利要求3所述的扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,其特征在于,所述“根据所述焊点SN曲线函数及所述焊点平均振动循环次数,计算焊点疲劳应力极限值”步骤,具体包括以下步骤:
根据所述焊点SN曲线函数,焊点平均振动循环次数N;
计算焊点疲劳应力极限值S为:
S=147-4.5*LgN。
6.如权利要求1所述的扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法,其特征在于,所述“比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求”步骤,具体包括以下步骤:
当检测到所述焊点最大等效应力幅值小于所述焊点疲劳应力极限值时,则判断待测扁线电机绕组定子的焊点符合振动疲劳要求。
7.一种扁线电机绕组焊点的疲劳分析系统,其特征在于,包括:
SN模块,用于在待测扁线电机绕组定子的拉伸实验中获取焊点SN曲线函数;
模型构建模块,用于根据待测扁线电机绕组定子结构数据,调用ANSYS软件构建电机定子焊点有限元模型;
仿真分析模块,与所述模型构建模块,用于在ANSYS软件中对所述电机定子焊点有限元模型进行模态分析与随机振动分析,获取焊点仿真参数及焊点最大等效应力幅值;
疲劳极限模块,与所述SN模块及所述仿真分析模块通信连接,用于根据所述焊点仿真参数及焊点SN曲线函数,获取焊点疲劳应力极限值;
比对模块,与所述仿真分析模块及所述疲劳极限模块通信连接,用于比对所述焊点疲劳应力极限值及所述焊点最大等效应力幅值,判断待测扁线电机绕组定子的焊点是否符合振动疲劳要求。
8.一种存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法。
9.一种电子设备,包括存储介质、处理器以及存储在所述存储介质中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器运行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述扁线电机绕组焊点的疲劳分析方法。
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CN117408122B (zh) * | 2023-12-12 | 2024-02-27 | 武创芯研科技(武汉)有限公司 | 随机振动工况下球栅阵列封装的焊点受力分析方法和系统 |
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