[发明专利]基于模态分析的叠压铁心各向异性参数的测量方法

说明书

本发明涉及电机叠压铁心参数的测量方法，具体为基于模态分析的叠压铁心各向异性参数的测量方法。解决现有测量方法只考虑叠压铁心结构外表面的模态振型所带来的缺陷和问题。本发明以精确的试验模态参数为基准，利用分组优化的基准比较方法，对叠压铁心结构进行全面精确的模态测量，对模态参数进行测量与识别，得到叠压铁心结构各阶次模态参数，与基于真实模型的特点，将叠压铁心结构等效为带有内齿形表面实体的横向各向异性均质材料的有限元模型的模态计算结果进行等效性分析，修正优化有限元模型的灵敏参数组，获取识别后的叠压铁心结构的等效结构及材料性能参数。本发明为叠压铁心的设计和制造提供一定的技术支持。

技术领域

本发明涉及电机叠压铁心参数的测量方法，具体为基于模态分析的叠压铁心各向异性参数的测量方法。

背景技术

由厚度在1mm以下的薄板沿轴向叠压而成的叠压铁心，能够减小“涡流损耗”，具有优良的电磁性能，是电力、电讯和机械工程中不可缺少的重要磁性材料。叠压铁心的层叠结构导致其整体材料参数并不等于实际的叠片材料参数，在不同方向的力学性能表现不同，使得材料在宏观力学性能上表现出明显的各向异性。同时，叠压铁心各向异性材料参数受到几何细部结构参数、加工工艺、边界效应、非均匀应变状态等随机因素的影响，使得从叠压结构中切出的试样参数往往同整体结构的参数相差较大，因此无法通过静力实验测试获取叠压铁心各个方向的材料参数。

现有技术试验测量过程中，只考虑叠压铁心结构外表面的模态振型，具体测试线框模型如图1所示：实验测试前，使被测件悬挂，模拟自由模态振动；将加速度传感器粘结在被测件表面，用力锤敲击被测点。测试采用多点激励、多点拾振方法。只考虑了铁心外表面的径向模态特性，使得铁心模态振型不够全面，参数识别结果存在一定的误差，同时也无法获得轴向的弹性模量。

发明内容

本发明解决现有测量方法只考虑叠压铁心结构外表面的模态振型所带来的缺陷和问题，提供一种基于模态分析的叠压铁心各向异性参数的测量方法，该方法同时考虑内外表面及轴向的模态振型。

本发明是采用如下技术方案实现的：基于模态分析的叠压铁心各向异性参数的测量方法，包括如下步骤：

步骤1，所述铁心叠压结构是由薄片结构沿铁心轴向叠压而成，包括外圆柱表面、内齿形表面和轴端压紧表面，精细化建立叠压铁心结构的有限元模型，基于真实模型的特点，将叠压铁心结构等效为带有内齿形表面实体的横向各向异性均质材料的有限元模型；

步骤2，利用基于相对灵敏度分析的参数选择方法，对步骤1建立的叠压铁心结构有限元模型的待修正参数进行相对灵敏度分析，并进行参数分组，得到灵敏参数组；

2.1对于径向对称的铁心轴向层叠结构，表现为横向各向异性，基于笛卡尔直角坐标系，将灵敏参数分为径向的各向同性平面XOY组和轴向Z组，其中各向同性的XOY平面即是叠片所在的平面，而垂直于叠片平面的叠片叠压方向为轴向Z方向；同时，由于整个叠压铁芯结构关于轴向Z方向对称，因此各向同性平面XOY组中的沿径向X和Y方向不做区分，即与X和Y方向相关的材料参数完全相同；将灵敏参数分为径向的各向同性平面XOY组和轴向Z组；

(1)XOY组中，叠压铁心的杨氏模量E、切变模量G和泊松比υ的关系表达式为：

E_X＝E_Y

其中：E_X和E_Y分别是各向同性面沿径向的X和Y方向杨氏模量，υ_XY是各向同性面沿径向的X与Y方向的相关泊松比，G_XY是各向同性面沿径向的X与Y方向的相关剪切模量；

(2)Z组中，叠压铁心的杨氏模量E、切变模量G和泊松比υ的关系表达式为：

G_XZ＝G_YZ