一种发电机转子支架刚强度计算方法与流程

本发明属于分析计算领域，更具体的说涉及一种发电机转子支架刚强度计算方法。

背景技术：

1、目前，发电机转子支架刚度的计算主要还是人工计算和经验估计，这种传统方法对工程师的经验要求较高，易造成人为误差，且计算过程复杂耗时。一些软件如ansys等提供了有限元分析功能，但这些软件的使用需要复杂的操作步骤，无法大规模快速应用到发电机设计中。此外，这些方法通常只能得到一个固定的刚度值，无法充分考虑到工况参数的变化对刚度的影响，因此其结果往往离实际情况有一定距离。

2、因此，在实际应用中，经常需要对发电机转子支架进行反复的设计和试验，以满足实际的工况条件，导致设计周期长、成本高。这种情况对于新型发电机的研发，尤其是面向大型、高效、新能源等高端市场的发电机研发，构成了严重的技术瓶颈。

3、因此，急需一种新的发电机转子支架刚度计算方法，以解决上述问题。本发明应运而生，其通过有限元分析技术建立力学模型，并通过引入优化算法来寻找最优的刚度，实现了对发电机转子支架刚度计算的精确化、智能化，从而大大提高了发电机设计的效率和准确性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题为：如何准确、高效地计算发电机转子支架的刚度，以满足实际工况条件，提高设计效率和精度，并降低设计和试验的时间和成本。该问题需要在考虑到工况参数变化和支架物理特性的基础上，通过科学的计算方法和模型，找到一种更加合理和准确的支架刚度计算方法。

2、为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：所述的方法包括：

3、定义工况参数，对不同工况下的物理条件进行具体描述；

4、建立力学模型，根据工况参数和支架的物理特性构建力学模型，模拟支架在不同工况下的应力和应变；

5、提取特征值，通过有限元分析提取出特征值，包括应力、位移、变形关键指标，用以在后续的计算刚度过程中作为重要参数；

6、应用改进算法计算刚度，利用优化算法来更准确地反映真实工况下的复杂情况，提高刚度计算的精度。

7、在一个方案中，所述的定义工况参数包括：静止、过速、额定运行和飞逸转速工况下的物理条件进行具体描述；

8、包括载荷条件、结构自重、磁轭和磁极重、打键配合力和约束条件。

9、在一个方案中，建立力学模型包括：

10、使用三维cad软件，使用发电机转子支架的几何参数和材料参数，建立一个3d的实体模型；

11、利用有限元分析软件，将3d模型划分为一个个的小网格；每个网格看作是一个有限元，包含若干个节点，在这些节点上求解物理量；

12、定义边界条件和载荷，根据定义的工况参数，设置模型的边界条件和载荷；

13、建立力学方程组，需要求解平衡方程，变形方程以及本构关系；具体的数学表达式如下：

14、平衡方程：σf＝0，力和力矩的合力等于零；

15、变形-应力关系：e＝σ/ε，e是杨氏模量，σ是应力，ε是应变；

16、力-位移关系(结构刚度方程)：f＝k*u，f是作用在结构上的力，k是结构刚度矩阵，u是结构的位移向量。

17、在一个方案中，所述的提取特征值，得到关键的力学参数，应力、位移、变形等，进行后续的刚度计算，包括：

18、计算应力，基于有限元分析的结果，计算应力的大小和分布；

19、计算位移，模型中每个节点的位移，包括x，y，z三个方向，是有限元分析的结果；位移设为整个模型中任何一点的最大位移；

20、计算变形，变形是指模型在载荷作用下的形状的变化，通过位移分布推导出变形；

21、计算弯矩和剪力，这两个参数对于评价支架的刚度来说也非常重要；

22、计算应变，由胡克定律给出。

23、在一个方案中，所述的应用改进算法计算刚度，包括：

24、建立刚度优化模型，根据提取的特征值，构建优化模型，将支架的刚度定义为优化目标函数，将应力、位移、变形、弯矩、剪力和应变作为约束条件，模型中的工况参数和支架的物理特性参数作为决策变量；

25、应用粒子群优化算法对刚度优化模型进行求解，获取最佳的刚度计算值和对应的决策变量；

26、结果评价，基于建立的力学模型，使用获得的最佳刚度值和相应的决策变量，进行模拟和计算，观测并评价计算结果的改进程度。

27、在一个方案中，建立刚度优化模型具体的数学模型表示为：

28、min f(k)

29、s.t.g(σ(δ,δ,m,v,ε)≤0，h(σ(δ,δ,m,v,ε)＝0

30、其中min f(k)是要求最小的支架的刚度函数，s.t.表示满足约束条件，g表示小于等于0的不等式约束，h表示等于0的等式约束；k：表示发电机转子支架的刚度，是优化的目标函数，希望该刚度值尽可能小；f(k)：表示关于刚度k的一个求最小值的函数，也就是优化目标函数；σ：代表应力，δ：代表位移，δ：代表变形，m：代表弯矩，v：ε：代表应变。

31、本发明有益效果：

32、采用有限元分析建立力学模型，并结合优化算法来计算发电机转子支架的刚度，可以实现更加准确和高效的计算，能够有效地考虑和反映不同工况条件和物理特性对刚度的影响。这种方法既简化了计算过程，又提高了计算结果的准确性，降低了设计试验成本，加快了产品研发速度。对于新型、大型、高效的发电机设计具有重要的实用价值。

技术特征：

1.一种发电机转子支架刚强度计算方法，其特征在于：所述的方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种发电机转子支架刚强度计算方法，其特征在于：所述的定义工况参数包括：静止、过速、额定运行和飞逸转速工况下的物理条件进行具体描述；

3.根据权利要求1所述的一种发电机转子支架刚强度计算方法，其特征在于：建立力学模型包括：

4.根据权利要求1所述的一种发电机转子支架刚强度计算方法，其特征在于：所述的提取特征值，得到关键的力学参数，应力、位移、变形等，进行后续的刚度计算，包括：

5.根据权利要求1所述的一种发电机转子支架刚强度计算方法，其特征在于：所述的应用改进算法计算刚度，包括：

6.根据权利要求5所述的一种发电机转子支架刚强度计算方法，其特征在于：建立刚度优化模型具体的数学模型表示为：

技术总结本发明提供了一种发电机转子支架刚度计算方法。该方法包括定义不同工况下的参数，根据这些参数和支架的物理特性建立力学模型，然后通过有限元分析提取特征值如应力、位移和变形等。接着利用优化算法来计算刚度，以更准确地反映真实工况下的复杂情况，提高刚度计算的精度。本发明方法可适用于不同工况下的发电机转子支架刚度计算，能有效提高计算精度和工作效率，具有实用价值。技术研发人员：廖祥波,贺秀儒,罗前林,陶吉全,王涛,赵文贵,段韦,何保民,张兴,李立,刘攀,叶世忠,宋国林,刘林林,王雪刚受保护的技术使用者：三峡金沙江云川水电开发有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17