[发明专利]一种机车主变压器油箱设计方法及强度仿真分析方法

说明书

一种机车主变压器油箱强度仿真分析方法及设计方法，建立变压器器身和油箱的实体模型；在ANSYS Workbench有限元分析软件中进行网格划分；进行器身和油箱模拟，得到模拟结构；对所述模拟结构施加载荷并进行计算分析，得到分析结果。本发明通过在ANSYS Workbench有限元分析软件中进行有限元网格划分，并对模拟结构施加载荷进行分析，保证了机车主变压器油箱强度仿真分析的准确性，通过以绑定接触对形式将质量点与垫块连接，模拟成整体结构；将所述的整体结构的垫块与油箱摩擦接触连接，在抽真空状态下，也能模拟变压器器身对油箱箱盖及箱体侧壁的支撑作用，简化了计算过程，油箱承受某一方向上的加速度载荷时，反方向上的分离趋势也能模拟出来。

技术领域

本发明涉及机车设计技术领域，尤其涉及一种机车主变压器油箱设计方法及强度仿真分析方法。

背景技术

某些型号的机车主变压器通过安装梁采用螺栓预紧安装在机车车体底架上，变压器器身及附属设备置于油箱内。变压器器身一方面通过支座坐落在油箱的箱底上，另一方面通过圆盘形、锲形等支座与油箱四个侧壁连接。从而器身就可以被油箱的箱底和四个侧壁完全约束住，它们之间是摩擦接触连接关系。

为了保证机车主变压器油箱的安全性，需要对设计的主变压器油箱进行有限元仿真分析，在有限元仿真分析中，器身惯性力的模拟施加方法，直接影响到油箱强度仿真分析的效率及准确性。

目前，变压器器身惯性力模拟施加方法有多种，但在不同程度上都存在一定的缺点。

现有技术的第一种惯性力模拟施加方法为直接加力法。按照各工况下机车纵向、横向、垂向不同的加速度载荷，分别计算出器身对应的惯性力值，以集中力或分布力的形式施加在油箱箱体对应的支座位置。这种施加方法在模拟抽真空工况时，不能模拟出变压器器身对油箱箱盖及箱体侧壁的支撑作用，导致箱盖及箱体侧壁计算后得到的应力大小及位移变形与实际误差较大。在某些工况下油箱是在两个或三个方向的加速度载荷同时作用的，则油箱与器身连接的各个支座所承受的载荷分布及其大小计算过程比较繁琐。

现有技术的第二种惯性力施加方法为直接梁单元法。在器身质心位置建立质量点，直接以梁单元使其与各支座相连接，在质量点上施加各方向加速度载荷。计算软件根据各支座位置，自动计算油箱上各支座所承受的载荷。该方法能模拟出变压器器身对顶盖及箱体侧壁的支撑作用，也能自动计算油箱上各支座所承受的载荷。但是油箱在承受某个方向上的加速度载荷时，由于器身与油箱侧壁是摩擦接触连接关系，反方向上油箱侧壁上的支座实际是不承受变压器器身的惯性力，即器身与油箱侧壁上支座实际是分离趋势，直接梁单元法不能模拟这一状态，导致了计算结果的偏差。

基于此，现有技术仍然有待改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种机车主变压器油箱设计方法及强度仿真分析方法。

一方面，本发明实施例所公开的一种机车主变压器油箱强度仿真分析方法，包括以下步骤：

S1建立主变压器器身和油箱的实体模型；

S2在ANSYS Workbench有限元分析软件中进行有限元网格划分；

S3进行器身和油箱模拟，得到模拟结构；

S4对所述模拟结构施加载荷并进行计算分析，得到分析结果。

进一步地，所述器身和油箱模拟包括：

将变压器器身重量在变压器器身的质心以质量点的形式模拟；

以绑定接触对形式将质量点与垫块连接，模拟成整体结构；

将所述的整体结构的垫块与油箱摩擦接触连接。

进一步地，所述器身和油箱模拟还包括：

对油箱箱体和箱盖抽取中面后，采用板壳单元对模型进行网格划分。