采用 旋转对称 平面应变2D模型,完成 非线性 准静态 分析。

需要设置这些方面:
材料、单元及属性、边界条件(旋转对称、SPC)、离心载荷、接触关系、非线性分析设置。
材料
硅钢片Steel 和 磁钢Magnet 采用 线弹性MAT1(或叠加弹塑性MATS1)材料


单元及属性
2D网格划分:由转子的几何截面划分网格得到2D网格,网格尺寸建议在2mm以下。平面应变模型要求网格必须严格处于x-y平面或x-z平面。
例如:下图的网格位于x-y平面。

2D单元类型:采用CTPSTN 和 CQPSTN

2D单元属性:采用PPLANE

边界:旋转对称
采用1/8或1/16 的旋转对称建模,可以大大加快计算,此时需要使用圆柱坐标系。

柱坐标系:在HyperWorks中建立柱坐标系Cylindrical,坐标系中心为转子的旋转中心。如下图所示的“红色”柱坐标系,标识为r-t-z。r指向径向,z指向面外。

设置“节点位移的坐标系”:
如下图,至少将对称边界节点设置set displacement,也可对所有节点进行设置。
set reference可不选,不影响求解。

边界:SPC 及惯性释放
设置平面应变模型的边界约束,使用SPC卡片
在对称边界节点上约束柱坐标系的2自由度(t方向)。

注意:在旋转坐标系下设置边界SPC时,不再需要惯性释放。
如果依然想添加的话,可以使用 PARAM, INREL, -2
载荷离心力
设置平面应变模型的旋转加速度载荷,使用RFORCE卡片。
如下图,CID选择柱坐标系,在A或R3字段填入转速( revolution per time, 如:每秒转速)

连接关系:磁钢与硅钢片
磁钢和硅钢片之间存在接触,实际的接触状态与转速有关。在线性仿真中,须“假设”该接触状态,有可能不准确;在非线性仿真中,则由求解器计算出更可信的接触状态。
以非线性仿真为例,建立的接触过程如下:
- 创建接触边缘
使用SURF卡片生成(2D磁钢及2D硅钢片的)接触边缘

- 建立接触对
接触对CONTACT卡片设置如下图。可以是摩擦类型接触(下图设置了MU1=0.1),也可以是无摩擦(设置MU1=0.0)或 Property Option中改为 TYPE = SLIDE。

- 设置接触稳定
当初始状态的 磁钢和硅钢片网格存在间隙时,为了计算稳定,需要引入“接触稳定”特性,它会在计算的初始时刻在接触的主从面上建立虚连接。
生成 CNTSTB卡片,如下图(使用默认参数即可),并在非线性工况中调用。

非线性工况、分析参数设置
生成NLPARM、NLOUT、NLADAPT 卡片(在OptiStruct2022.2以后,也可单一使用NLCTRL卡片)。
最终如下图所示,在非线性工况(Analysis type = Non-linear static)中,选择 SPC、LOAD、NLPARM(LGDISP)、NLOUT、NLADAPT、CNTSTB 几项。

关于结果输出。非线性准静态工况,默认情况下会输出位移和应力结果。更推荐的是:在分析工况中“手动”明确指出需要的输出项。