层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法技术

本发明专利技术提供一种层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法，该层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法能够最佳地决定在振动分析中使用的表示应力与应变的关系的本构方程中的弹性矩阵所包含的、层叠铁芯的包含层叠方向的两面上的横向弹性模量。在使用以矩阵表示方式表示应力与应变的关系的本构方程来进行将钢板(22)层叠而成的层叠铁芯(21)的振动分析时，根据层叠铁芯(21)的向层叠方向的平均紧固压力，决定本构方程中的弹性矩阵所包含的、层叠铁芯(21)的包含层叠方向的两面上的横向弹性模量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法
本专利技术涉及一种在实施变压器铁芯等层叠铁芯的振动分析时所应用的示出铁芯的弹性变形中的应力与应变的关系的本构方程中的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法。
技术介绍
通过向将电磁钢板层叠而成的层叠铁芯卷绕安装线圈来构成配电用变压器等变压器。在作为变压器而言重要的性能中存在铁损(空载损耗)特性、励磁电流特性、噪声特性等。配电用变压器设置于各种场所，但特别对于设置于市区的变压器强烈要求噪声较小。像这样，最近，从对供变压器设置的周边环境的考虑等来看，特别是噪声特性变得越来越重要。作为变压器的铁芯材料，大多使用取向性电磁钢板。在取向性电磁钢板中存在被称为磁致伸缩的伴随励磁的材料伸缩，可以说该励磁磁致伸缩振动是变压器噪声的主要原因。因此，变压器噪声性能较强地依赖于所使用的电磁钢板的磁致伸缩性能，在制造低噪声变压器时将具有低磁致伸缩特性的电磁钢板作为铁芯材料来使用。然而，经常会出现尽管实际使用磁致伸缩性能优异的电磁钢板制造了铁芯，但无法得到充分的变压器低噪声特性的情况。当调查产生这样的情况的原因时，出现很多可以认为是变压器铁芯的固有振动频率与电磁钢板磁致伸缩振动的共鸣现象的情况。因此，对以变压器铁芯的固有振动为首的机械振动特性进行计算预测在设计、制造变压器上极其重要。因此，提出了一种分析装置以及分析方法，该分析装置以及分析方法基于以有限元分析中的多个有限元的组合来表现包含产生磁致伸缩的磁性体在内的电磁部件的数值分析模型，计算与和赋予电磁部件的磁通密度对应的有限元的各节点或者各有限元的应变等价的节点力(例如参照专利文献1)。专利文献1：日本特开2014-71689号公报然而，在上述专利文献1所记载的现有技术中，使用由平衡式、示出应力与应变的关系的结构式、以及位移与应变的关系式构成的构造分析的控制方程，来进行准静态构造分析。一般而言，示出应力张量{σ}与应变张量{ε}的关系的结构式由下式表示：{σ}＝{D}{ε}({}表示张量)其中，{D}是表示应变与应力的关系的张量。当进行分量表示时，成为(1)式。【公式1】{D}有81个分量，{σ}与{ε}有9个分量。这里，由于作为物理量的张量成为对称张量，因此{σ}与{ε}的独立分量分别为6个分量。因此，将本构方程矩阵表示为如下：[σ]＝[D][ε]([]表示是矩阵。将[D]称为弹性矩阵。)当以分量进行表示时，成为(2)式。【公式2】在专利文献1中，示出如下情况：作为应力与应变的关系式，能够使用杨氏模量E与泊松比ν表示垂直应力σi与垂直应变εi的关系，使用横向弹性模量G表示剪切应力τij与剪切应变γij的关系，使用杨氏模量E、泊松比ν以及横向弹性模量G表示弹性矩阵。然而，在上述现有技术中，关于弹性矩阵[D]、横向弹性模量G的设定没有任何记载，关于怎样决定弹性矩阵[D]、横向弹性模量G没有记载。一般而言，将构成成为构造分析的对象的电磁部件的电磁钢板等部件本身的弹性模量直接应用于弹性矩阵[D]、横向弹性模量G的情况较多。已知在这种情况下，在对成为构造分析的对象的电磁部件的机械振动计算结果与实际测定机械振动的结果进行比较的情况下，在计算值与实测值之间存在较大的背离。为了抑制计算值与实测值的背离，需要试制作为构造分析的对象的电磁部件并测定弹性模量，但那样是本末倒置，而难以将基于构造分析程序的构造分析反映在电磁部件的设计上。
技术实现思路
因此，本专利技术是着眼于上述现有技术的课题而完成的，目的在于提供一种层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法，该层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法能够最佳地决定在振动分析中使用的表示应力与应变的关系的本构方程中的弹性矩阵所包含的、层叠铁芯的包含层叠方向的两面上的横向弹性模量。为了解决上述的课题，本专利技术的一实施方式所涉及的弹性矩阵决定方法的主旨在于，在使用以矩阵表示的方式表示应力与应变的关系的本构方程进行将钢板层叠而成的层叠铁芯的振动分析时，根据上述层叠铁芯的向层叠方向的平均紧固压力，决定上述本构方程中的弹性矩阵所包含的、上述层叠铁芯的包含层叠方向的两面上的横向弹性模量。另外，本专利技术的另一方式所涉及的振动分析方法的主旨在于，将通过上述的弹性矩阵决定方法决定出的横向弹性模量编入本构方程的弹性矩阵，来进行将钢板层叠而成的层叠铁芯的振动分析，其中上述本构方程使用响应函数以矩阵表示的方式表示应力与应变的关系。根据本专利技术所涉及的层叠铁芯的弹性矩阵决定方法，根据层叠铁芯的向层叠方向的平均紧固压力，决定振动分析中使用的表示应力与应变的关系的本构方程所包含的、层叠铁芯的包含层叠方向的两面上的横向弹性模量，从而能够抑制振动特性的实测值与计算值的背离。另外，本专利技术所涉及的层叠铁芯的振动分析方法通过将适当地决定出的横向弹性模量编入构造方程式来进行振动分析，从而能够使振动分析精度提高。附图说明图1是示出可以应用于本专利技术的振动分析装置的结构图。图2是示出三相三柱变压器铁芯的立体图。图3示出固定了图2所示的三相三柱变压器铁芯的状态，(a)是主视图，(b)是右视图。图4是对垂直应力以及剪切应力进行说明的图。图5是示出层叠铁芯的构造方程式中的弹性模量决定方法的次序的流程图。图6是示出通过挡板固定了试验用层叠铁芯的状态的立体图。图7是示出通过夹具固定了试验用层叠铁芯的状态的立体图。图8是示出三相三柱变压器铁芯的固有振动模式的示意图。图9是示出试验用层叠铁芯的特性的图，(a)是示出试验用层叠铁芯的一阶模式的固有振动频率与平均紧固压力的关系的特性线图，(b)是示出试验用层叠铁芯的一阶模式的固有振动频率与横向弹性模量的关系的特性线图，(c)是示出试验用层叠铁芯的平均紧固压力与横向弹性模量的关系的特性线图。具体实施方式以下，基于附图，对本专利技术所涉及的层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及层叠铁芯的振动分析方法的实施方式进行说明。此外，各附图是示意性的图，存在与实物不同的情况。另外，以下的实施方式是例示用于将本专利技术的技术思想具体化的装置、方法的实施方式，并不是将结构确定为下述的内容的实施方式。即，本专利技术的技术思想能够在权利要求书中记载的技术的范围内添加各种变更。如图1所示，振动分析装置10由具备CPU11的运算处理装置12构成。在CPU11经由内部总线13连接有RAM、ROM等内部存储装置14、外部存储装置15、键盘、鼠标等输入装置16以及向显示器输出图像数据的输出装置17。外部存储装置15构成为包含硬盘驱动器、固态驱动器等可读取的磁盘驱动器、和读取来自记录介质的数据的CD、DVD、BD等驱动器装置。在该外部存储装置15设置储存有市售的振动分析程序的记录介质18，将读取出的振动分析程序安装于磁盘驱动器。此外，振动分析程序的安装并不限于使用记录介质18的情况，也可以设为经由网络下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹性矩阵决定方法，其特征在于，/n在使用以矩阵表示的方式表示应力与应变的关系的本构方程进行将钢板层叠而成的层叠铁芯的振动分析时，根据上述层叠铁芯的向层叠方向的平均紧固压力，决定上述本构方程中的弹性矩阵所包含的、上述层叠铁芯的包含层叠方向的两面上的横向弹性模量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181106 JP 2018-2091381.一种弹性矩阵决定方法，其特征在于，
在使用以矩阵表示的方式表示应力与应变的关系的本构方程进行将钢板层叠而成的层叠铁芯的振动分析时，根据上述层叠铁芯的向层叠方向的平均紧固压力，决定上述本构方程中的弹性矩阵所包含的、上述层叠铁芯的包含层叠方向的两面上的横向弹性模量。


2.根据权利要求1所述的弹性矩阵决定方法，其特征在于，
上述层叠铁芯是将电磁钢板层叠多张而成的变压器用的层叠铁芯，上述平均紧固压力是上述变压器用的层叠铁芯的轭部以及柱部各自的向层叠方向的平均紧固压力。


3.根据权利要求2所述的弹性矩阵决定方法，其特征在于，
上述变压器用的层叠铁芯的轭部以及柱部作为具有不同的机械物性值的部分而分别提供不同的横向弹性模量。


4.根据权利要求3所述的弹性矩阵决定方法，其特征在于，具备：
第一步骤，制作将钢板层叠而成的试验用层叠铁芯；
第二步骤，边对制作出的上述试验用层叠铁芯的向层叠方向的平均紧固压...

【专利技术属性】
技术研发人员：浪川操，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP