電動機——復(fù)合材料構(gòu)件的機構(gòu)系統(tǒng)彈性動力學(xué)建模與仿真.pdf

1、機械學(xué)的發(fā)展與新材料的發(fā)明與應(yīng)用有緊密的關(guān)系，研究新材料在機械中的應(yīng)用是當(dāng)今機械學(xué)的一個重要內(nèi)容。在機械系統(tǒng)中應(yīng)用強重比和阻尼特性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料的先進復(fù)合材料是改善機械系統(tǒng)彈性動力學(xué)性能的一條有效途徑。但是，采用先進復(fù)合材料構(gòu)件的這些高速機構(gòu)在運行中也時常表現(xiàn)出一些未曾料及的現(xiàn)象，有時甚至是嚴重的故障，如：驅(qū)動電機的電磁諧波有時會引起這樣的高速輕型機構(gòu)產(chǎn)生強烈振動；系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速會隨電機的運行參數(shù)變化而變化等等。究其原因，是對復(fù)合

2、材料構(gòu)件的機構(gòu)動態(tài)性能的研究還很不深入。 自上世紀八十年代以來，人們開始研究在機構(gòu)中應(yīng)用層合板復(fù)合材料的問題。但是在建立該類機構(gòu)的動力學(xué)分析模型時，研究者基本上都是沿用傳統(tǒng)金屬材料的機構(gòu)動態(tài)分析有限元模型，只是將單元質(zhì)量矩陣中的金屬材料密度改為復(fù)合材料各層的平均密度，單元剛度矩陣中的金屬材料彈性模量改為復(fù)合材料各層的平均彈性模量，尤其至今沒有分析推導(dǎo)出機構(gòu)的阻尼矩陣，只是將阻尼矩陣假設(shè)為比例阻尼。由于沒有根據(jù)這種各向異性材料的實

3、際物理關(guān)系來分析推導(dǎo)這類機構(gòu)的動態(tài)分析模型，所建模型與實際情況差距較大。這也是這類性能優(yōu)良的新型機構(gòu)未能獲得更好地推廣應(yīng)用的原因之一。 本文以三相交流電機一復(fù)合材料構(gòu)件的機構(gòu)系統(tǒng)為研究對象，用有限單元法建立系統(tǒng)的耦合動態(tài)方程，所建方程包含了復(fù)合材料參數(shù)、驅(qū)動電機電磁參數(shù)、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在電機單元分析中，本文建立了以交流電機轉(zhuǎn)子橫振、扭振為節(jié)點位移的電機單元；在機構(gòu)的單元分析中，根據(jù)該材料梁單元的質(zhì)量分布分析推導(dǎo)單元質(zhì)量矩陣；

4、根據(jù)梁單元中應(yīng)變分布與節(jié)點位移的關(guān)系及各層的本構(gòu)方程等分析推導(dǎo)單元剛度矩陣；由梁單元振動時的應(yīng)變分布，各層振動中各向應(yīng)變的能量損耗等分析梁單元的比阻尼容量，根據(jù)在一個振動周期內(nèi)等效粘滯阻尼力所做的功和振動周期內(nèi)的各應(yīng)變的耗散能量之和相等的原則，求出各項阻尼系數(shù)，從而求出了機構(gòu)振動方程的阻尼矩陣，在以上工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)用有限單元法得到了電動機和機構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)分析模型。 本文還給出了相應(yīng)的算例，并用模態(tài)疊加法求解方程，得到機構(gòu)系統(tǒng)