详情

原文传递大容量高温超导电机声振响应计算方法研究

论文题名：	大容量高温超导电机声振响应计算方法研究
关键词：	作战性舰船;大容量高温超导电机;模型构建;振动响应;辐射噪声
摘要：	大容量高温超导电机由于其高效、高功率密度的优点被逐渐运用于某些特殊领域，于舰船而言，在电机运转工作时电机振动与电机噪声往往相伴相随，电机的噪声主要包括电磁噪声、机械噪声和通风噪声。电磁噪声由电磁振动产生，是电机噪声的最主要成分。这不仅会危害到船上人员的身心健康，也会降低舰船的声隐身性能，这一点对于作战性舰船而言是致命的。　　文中以某型大容量高温超导电机为研究对象，通过Fluent计算缩比定子线圈中冷却系统的流场，研究其对线圈振动特性的影响，还对线圈进行模态试验与仿真分析，以确定高温超导电机合理有效的建模方法，并采用该方法在Hypermesh中对全尺寸高温超导电机的定子铁芯和整机进行有限元建模。同时，对定子总成进行模态测试与仿真，以验证材料参数的正确性，还利用机电类比解析法将定子轭、定子(无绕组)和定子-绕组模型分别等效为“单圆环”、“双圆环”和“三圆环”模型，对三者模态进行解析计算，并研究了约束对其振动特性的影响。此外，对高温超导电机进行电磁力的数值计算，并通过ANSYSAPDL命令流将其加载，分析了不同类型载荷对其振动响应的影响规律。基于振动响应的计算结果，在声学仿真软件LMSVirtual.Lab中对电机进行了声辐射特性研究。文中所完成的研究内容如下：　　（1）首先建立了线圈固体和冷却液流体三维几何模型，继而建立了其有限元模型，利用线圈固体模型计算了线圈的干模态，在此基础上考虑冷却液流体的流固耦合作用计算了其湿模态，分析了不同入口流速下的冷却液流场，计算了流场压力作用下的线圈预应力模态，分析了不同预应力对线圈振动特性的影响。　　（2）基于内容（1）中确定的建模方法，建立了缩比定子的有限元模型，并且为了节约后续对全尺寸定子模态和振动响应的计算时间，故研究了有限元实体建模、等效密度法，以及附加质量法对绕组端部进行模拟，并根据三种建模方法下缩比定子的模态分析结果，确定合适的绕组端部简化措施。此外，对缩比定子实物进行了模态测试，并将测试结果与绕组端部实体建模的缩比定子模态仿真结果进行了对比，以验证材料参数的正确性。　　（3）基于前面确定的建模方法与简化措施，建立了全尺寸定子及整机的有限元模型，研究了约束状态对整机模型振动特性的影响，并对全尺寸定子总成进行模态仿真计算与试验测试，以进一步验证模型集成方法的正确性。利用机电类比法建立定子轭“单圆环”等效模型、定子（无绕组）“双圆环”等效模型和定子-绕组“三圆环”等效模型，获得一种能够快速准确的计算高温超导电机定子模态的方法。　　（4）通过Maxwell软件仿真计算出电机电磁力的大小，并在ANSYS中编写命名流将电磁力以点载荷的形式加载在相应的位置，对高温超导电机进行瞬态响应计算，分析了电机不同位置处的振动幅值大小，研究了麦克斯韦力和洛伦兹力在不同频段下对电机振动响应的影响大小。　　（5）用Hypermesh建立了高温超导电机封闭的边界元模型，将振动响应数据由时域转换成频域，并将其映射至边界元模型，采用直接边界元方法计算了电机结构的辐射噪声，分析研究了电机在不同场点的辐射噪声大小及在不同频段下的分布情况。
作者：	廖琳
专业：	轮机工程
导师：	向阳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022