基于ProMechanica变压器油箱的优化分析.pdf

第46卷第10期
変器
Vol 46 No 10
2009年10月
October 2009
基于Pro/ Mechanica变压器油箱的优化分析
王建赓,辛朝辉,胡鹏,张玲玲
(特变电工沈阳变压器集团有限公司,辽宁沈阳110025)
摘要:介绍了基于Pro/ Mechanica的变压器油箱优化设计。
关键词:变压器;油箱:优化设计
中图分类号:TM401t.1
文献标识码:B
文章编号:1001-8425(2009)10-0018-04
Optimal Analysis of Transformer Tank Based on Pro/Mechanica
WANG Jian-geng, XIN Zhao-hui, HU Peng, ZHANG Ling-ling
(TBEA Shenyang Transformer Group Co, Ltd, Shenyang 1 10025, China
Abstract: The optimal design of transformer tank based on Pro/Mechanica is presented
Key words Transformer; Tank; Optimal design
1前言
创建几何模型?分析模型「定义设计变更优化分析
目前,变压器的结构设计已开始推广使用三维
将已有模型简创建分析」定义设计变量」「创建灵敏
化或直接建立
度分析
参数化设计的方法。参数化设计有效地提高了设计
简化模型
取得分预览形状变化
效率和准确程度。但长久以来,结构设计大多参考已
析结果
优化设计
材料属性定义
存在的设计方案,根据已有的经验和结构设计手册
更新模型
约束及载荷
进行设计。这种情况下设计出的产品时常造成性能
的定义
裕度过大或欠裕度,降低了产品的性能,制约了产品
建立网格
的创新
Pro/ Mechanica是一种能应用于计算模型物理
图1Pro/ Mechanica Structure分析流程图
性态,进而了解并改进设计的机械性能的多学科
Fig.I Pro/Mechanica Structure analysis flow diagram
CAE工具,可直接方便地计算结构的应力分布、变
形及振动特性等需要求解的因素、模拟产品在真实3创建几何模型
环境下的行为
在IHro/ Mechanica中可以直接使用ProE下绘
Pro/Mechanica与PvE数据是无缝集成的,可制的油箱三维装配模型、但由于其结构十分复杂、因
在单一的环境下进行结构设计、伤真计算、优化与测此需要简化模型。简化模型就是去掉分析无关的特
试工作。CAD模型的变更自动导致CAE模型的相
征或几何
应改变,利用灵活的变更设计,可优化产品的结构,
简化模型可以加快 Mechanica分析的速度,突
提高产品的研发效率。
出计算需求。这是因为当CAE开始分析一个几何特
2Rro/ Mechanica优化设计流程
征齐备的模型时,对每一个几何特征都需要多个元
素来定义,而其中很多的特征是对最后的分析结果
Pro/ Mechanica Structure主要有三个研究种类
影响甚微,或者根本没有影响,但是它们却会让计算
标准分析( Standard)、灵敏度分析enil)和优化时间大幅度增加。所以,简化模型在模型分析中是十
分初mTな如? nic Publishi分重要的,当然也可以真接画出篇化的模翌,格施化
第10期
王建赓、辛朝辉、胡鹏等基于Pro/ Mechanica変压器油箱的优化分析
模型与骨架数据关联,使之具有自适应方案技术的支持使用自动网格划分工具 AUTOGENI来划分单元
模型结构,如图2所示
使用自动网格划分工具 AUTOGEM建立的单元会自
动附着在模型上,并能够随模型的改变自动变更。虽
然Pro/ Mechanica可以自动完成这一工作,但是为了
掌控分析并避免在分析过程中自动划分网格出现错
误,调整 AUTOGEM设置来划分单元是很有必要的。
4分析模型
通过对油箱模型的简化及约束处理,整个油箱
没有刚体位移,刚度矩阵没有奇异。在此基础上,进
行模拟油箱正压试验时的静力分析( New Static
Pro/ Mechanica提供了三种收敛方法:快速检查
Quick Check)、单通道适应收敛SPA和多通道自适
图2变压器油箱的简化模型
应收敛MPA。一般采用单通道适应收敛SPA方法并
Fig 2 Simplified model of transformer tank
运行分析。完成计算后,可通过结果查看器来查看计
在使用 Pro/Mechanica进行分析之前,必须先定算得到的结果(如图4所示油箱变形云图)。
义油箱的材料特性。変压器油箱主要使用Q2.35钢板
钢板材料的物理特性参数:密度p=785×10kgm,杨
1.71ae+1
1.539e+1
氏模量(弹性模量)E=206CPa,泊松比μ=0.3。
1,368e+1
1.197=+1
1,日25e+1
约束和载荷都是用来仿真实际产品的重要依
日.551?+?
据,同时所定义的约束和载荷将直接影响到分析结
5、.13日e+
コ,4?e+G
果
71e+B
日,日e+
约束是针对实际的工况,使模型的部分零件不
能移动或只能以一种预定的方式移动。考虑到仅对
油箱四壁正压工况下建立分析和敏感度研究,将箱
?4油箱变形云图
Fig, 4 Deformation diagram of tank
沿边缘设置为约束条件,同时采用直接建立简化模
型来减少单元数量计算时间和存储空间,从而提高
通过计算结果(见表1)可以得到,油箱在正压
计算结果的可靠性。
静力载荷工况下,最大位移为17.1mm,最大位移产
生在两側和四侧箱壁中心位置。
表1计算值与测量值
Table 1 Calcuated and measured values
側箱壁「两侧箱壁三側箱壁四侧箱壁
计算值
11.2
17.1
10.3
17.1
测量值
10
分析的收敛性决定了一个分析方案的可行性。
快速检查是设定所有单元函数的多项式阶次为3的
图3油箱的网格划分(P单元
种不收敛的方法,其主要确定当前的分析是否正
Fig 3 Tank mesh(P element)
确。单通道自适应收敛SPA将单元函数多项式的阶
Pro/ Mechanica采用适应性P- method技术,
次设定为3,然后通过检测局部的最大主应力均方
method技术是在一定网格密度下,按照给定的阶次根误差来表示收敛性,如果不可接受,将重新设定
进行求解,然后逐步増大阶次,对该网格再次求解。个阶次作为分析的起点。多通道自适应收敛MPA是
每进行一次这种迭代后,都把结果与一组收敛准则可以控制收敛精度和单元函数的最大阶次的。在油
进行比较。其阶次越高则有限元解