【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及继电器研究分析，尤其涉及一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法。
技术介绍
1、继电器是一种常用的电控开关设备，被广泛应用在各个领域，它的性能直接影响着电气设备的可靠性与稳定性。继电器由电磁系统和触头系统两部分组成，电磁系统包括线圈、铁心、衔铁和轭铁等部件，触头系统包括动触头、动簧片、静触头、静簧片、拉杆等部件，在工作过程中，涉及到电磁和机械的非线性瞬变耦合。
2、继电器的触簧系统是在继电器内接通、开断受控回路电流通路的功能执行部件，触头的接触情况对继电器的稳定性具有重要影响，动作时受电烧蚀和磨损，通常也是最易失效的部分；簧片结构动作时会伴有弹性变形，单纯以刚体为假设条件进行动态特性分析的方法不能满足计算要求和分析精度。现有研究对于触簧系统接触过程碰撞的处理，多是用理想弹性-阻尼模型进行模拟，并未深入探讨接触效应的影响。同时，簧片的非线性变形和触点之间的接触碰撞的相互作用增大了对触点运动状态进行分析的复杂程度。因此，研究继电器触簧系统的动力学建模方法对于继电器的可靠性分析具有重要意义，能够为继电器的设计和优化提供重要的指导和依据。
3、在动力学微分方程组求解方面，使用较多是平衡迭代法，该方法是利用下一时刻物理量(未知)与当前时刻物理量(未知)的增量步关系，对方程组进行迭代求解，需要对刚度矩阵求逆，必须迭代计算，但是由于迭代时间步没有万能公式可以验算，导致需要不断进行尝试，计算量大，且存在收敛性问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决相
2、一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，包括：
3、s1：建立继电器的电磁系统模型，通过虚功法计算电磁系统模型的电磁力矩；
4、s2：根据所述电磁力矩对继电器的触簧系统施加载荷，根据欧拉伯努利梁理论建立触簧系统的接触碰撞微分方程；
5、s3：基于触簧系统等效的阻尼系统组建动力学方程并求解，获得动力学解数据，根据所述动力学解数据将所述接触碰撞微分方程离散化；
6、s4：基于变步长的显式算法对离散化后矩阵形式的接触碰撞微分方程求解，获得微分方程解数据；
7、s5：根据所述微分方程解数据建立触簧系统位移时间变化曲线，以完成对触簧系统非线性接触碰撞分析。
8、根据本专利技术提供的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，步骤s1包括：
9、s11:建立电磁系统模型的三维静态场的麦克斯韦方程，表达式为：
10、
11、其中，为梯度算子，h为磁感应强度，j磁场强度，b为电流密度；
12、s12:通过虚功法计算电磁系统模型的电磁力矩，表达式为：
13、
14、其中，wc为磁场总能量，v为求解域体积，tc为电磁转矩，θ为衔铁旋转角度。
15、根据本专利技术提供的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，步骤s2中的所述接触碰撞微分方程表达式为：
16、
17、其中，x为簧片截面单位长度，xe为簧片等效作用点，t为时间节点，i(x)为簧片惯性矩，e为簧片弹性模量，m(x)为簧片截面单位长度的质量，f(t)为簧片所受等效力，y(x,t)为梁体竖向位移，c(x)为簧片等效阻尼，ξ为dirac函数。
18、根据本专利技术提供的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，步骤s3中的离散化后矩阵形式的接触碰撞微分方程的表达式为：
19、
20、其中，[m]为动触簧质量矩阵，[c]为动触簧阻尼矩阵，[k]为动触簧刚度矩阵，ft为节点荷载矢量，yt为时间t对应触簧系统节点的位移矢量，为时间t对应触簧系统节点的速度矢量，为时间t对应触簧系统节点的加速度矢量。
21、根据本专利技术提供的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，步骤s4中所述微分方程解数据中的各离散时间点的解的递推公式为：
22、
23、其中，δt为时间增量，m为动触簧质量，c为动触簧阻尼系数，k为动触簧刚度，yt+δt为时间t+δt对应触簧系统节点的位移矢量，yt-δt为时间t-δt对应触簧系统节点的位移矢量；
24、
25、
26、
27、其中，o表示高阶无穷小；
28、
29、
30、其中，为施加的外力和体力矢量，为内力矢量，∫btσndω表示当前时刻单元应力场内等效节点力，fhg为克服沙漏问题而引起的沙漏阻力，fc为接触力矢量。
31、根据本专利技术提供的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，步骤s4中的变步长的显式算法中，最小极限步长的表达式为：
32、
33、其中，δtk为最小极限步长，α为时步因子，为第i个单元在第k步的极限时间步长，n为总单元数；
34、
35、其中，lmin为最小单元长度，λ为材料弹性模量，ρ为材料密度，λ为材料泊松比。
36、根据本专利技术提供的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，步骤s5还包括：
37、s51：对触簧系统非线性接触面进行分析计算，获得继电器动触头和静触头的接触参数。
38、根据本专利技术提供的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，步骤s51中的所述接触参数表达式为：
39、
40、
41、
42、其中，fc为接触力矢量，δm为动触头和静触头间碰撞产生的最大位移，为弹性力项，为动触头和静触头之间的相对碰撞速度，d为阻尼系数，kc为hertz弹性接触刚度，μi为动触头和静触头的泊松比，ei为动触头和静触头弹性模量，σi(i＝1,2)为简化参数，r1为组成接触对的两物体的第一曲率半径，r2为组成接触对的两物体的第二曲率半径；
43、
44、其中，μ为动触头和静触头间的摩擦系数，μd为动摩擦系数，μs为静摩擦系数，dc为衰减系数，∏为动触头和静触头间的相对速度。
45、本专利技术提供的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，通过分别建立继电器电磁系统的三维电磁模型和触簧系统等效碰撞动力学模型，完成动力学方程的矩阵形式，再基于变时间步长的中心差分法求解瞬态动力学微分方程组得到动静触簧的位移曲线，分析继电器触簧系统的动力学特性，能够提高动力学仿真的真实性，且其中包含更多的拓展参数可以实现多方面的动态特性分析，另外计算量小且模型收敛，能够使得对触簧系统的接触碰撞分析效率更高且准确度更高。
46、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤S1包括：
3.根据权利要求2所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤S2中的所述接触碰撞微分方程表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤S3中的离散化后矩阵形式的接触碰撞微分方程的表达式为：
5.根据权利要求4所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤S4中所述微分方程解数据中的各离散时间点的解的递推公式为：
6.根据权利要求1所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤S4中的变步长的显式算法中，最小极限步长的表达式为：
7.根据权利要求1所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤S5还包括：
8.根据权利要求7所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤S51中的所述接触参数表达式为：<...
【技术特征摘要】
1.一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤s1包括：
3.根据权利要求2所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤s2中的所述接触碰撞微分方程表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种继电器触簧系统非线性接触碰撞分析方法，其特征在于，步骤s3中的离散化后矩阵形式的接触碰撞微分方程的表达式为：
5.根据权利要求4所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：关欣，张博，刘曦，马琳，左天明，刘迈，
申请(专利权)人：国家市场监督管理总局认证认可技术研究中心，
类型：发明
国别省市：
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