一種低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，所述方法包括如下步驟：a)建立低壓開關(guān)配件的有限元模型；b)分析低壓開關(guān)配件在振動沖擊下的內(nèi)部應(yīng)力大小及分布；c)根據(jù)分析結(jié)果，對低壓開關(guān)配件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明首次提供了一種低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，通過本發(fā)明方法能夠得到低壓開關(guān)上蓋在受到連續(xù)的沖擊力載荷下，其內(nèi)部的應(yīng)力及分布情況，從而為低壓開關(guān)配件在振動沖擊情況下避免實效進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設(shè)計提供了依據(jù)；本發(fā)明應(yīng)用性強(qiáng)，可用于低壓開關(guān)元器件的振動沖擊失效分析中，對低壓開關(guān)的性能監(jiān)測具有重要價值。
【專利說明】一種低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種振動沖擊實效仿真分析方法，具體說，是涉及一種低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低壓開關(guān)是一種能根據(jù)外界的信號和要求，手動或自動地接通或者斷開電路，以實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)的元件和設(shè)備。近年來，隨著電氣化、自動化水平的提高，低壓開關(guān)產(chǎn)品在工業(yè)自動化、家用電器、汽車、通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同時，電力系統(tǒng)與低壓配電系統(tǒng)中也使用了各種低壓開關(guān)，如果這些低壓開關(guān)發(fā)生故障就導(dǎo)致電力系統(tǒng)與低壓配電系統(tǒng)發(fā)生故障而造成停電事故，甚至?xí)＜肮╇娋€路和用電設(shè)備的安全，它所造成的經(jīng)濟(jì)損失將更為巨大。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB14048.5-2008《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第5部分:控制電路電器和開關(guān)元件》的要求，低壓開關(guān)的通斷性能及壽命不僅是產(chǎn)品設(shè)計與制造工藝的綜合表現(xiàn)，也是衡量低壓開關(guān)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。因此，開展各種低壓開關(guān)的可靠性研究具有十分重要的意義。
[0003]低壓開關(guān)在運(yùn)行過程中由于使用不當(dāng)、長期投入運(yùn)行元器件老化和受到周圍環(huán)境的振動沖擊等原因均會出現(xiàn)故障，且故障種類繁多。例如，在低壓開關(guān)受到振動沖擊時，會導(dǎo)致觸頭脫落而引起接觸不良；由于操作頻率過高，使觸頭在過程中持續(xù)的振動而造成觸頭的快速磨損；由于動靜觸頭接觸電阻過大或通過電流過大，引起觸頭過熱，當(dāng)觸頭溫度超過允許值時，使觸頭特性變壞，甚至產(chǎn)生熔焊等等。
[0004]由于低壓開關(guān)在整個電力行業(yè)中的重要性以及其自身易出故障的性質(zhì)，使得對低壓開關(guān)進(jìn)行檢驗測試以及對故障因素進(jìn)行分析研究顯得尤其重要。低壓開關(guān)的測試項目主要包括一般檢查、電壓降測定、溫升測試實驗、絕緣電阻和耐壓測試、額定接通和分解能力測試、短路接通和分?jǐn)嗄芰y試、短時耐受電流能力測試、動作特性測試、壽命測試、抗擾度測試等。國外學(xué)者主要傾向于對低壓開關(guān)現(xiàn)場故障診斷系統(tǒng)的研究，國內(nèi)在低壓開關(guān)壽命測試裝置的研究方面作了一些工作，同時，國內(nèi)也有學(xué)者在低壓開關(guān)仿真技術(shù)方面進(jìn)行了研究，主要包括熱過程分析、電磁暫態(tài)過程特性分析、機(jī)構(gòu)動作特性分析、開關(guān)電弧分析。然而，在對低壓開關(guān)功能影響因素的分析中，還沒有對低壓開關(guān)配件振動沖擊實效進(jìn)行仿真分析的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]考慮到振動沖擊對低壓開關(guān)及其配件的影響甚大，本發(fā)明的目的在于提供一種低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，通過建立低壓開關(guān)配件的數(shù)學(xué)模型、研究振動沖擊與低壓開關(guān)配件之間的關(guān)系，從而掌握振動沖擊對低壓開關(guān)配件性能的影響，進(jìn)而預(yù)測在外部環(huán)境和自身內(nèi)部振動沖擊的影響下低壓開關(guān)配件的性能，為低壓開關(guān)配件在振動沖擊情況下避免實效進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設(shè)計提供依據(jù)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:[0007]—種低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，包括如下步驟:
[0008]a)建立低壓開關(guān)配件的有限元模型；
[0009]b)分析低壓開關(guān)配件在振動沖擊下的內(nèi)部應(yīng)力大小及分布；
[0010]c)根據(jù)分析結(jié)果，對低壓開關(guān)配件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，步驟a)包括如下操作步驟:
[0012]①創(chuàng)建低壓開關(guān)配件的三維幾何模型并設(shè)置材料屬性和網(wǎng)格劃分單元類型；
[0013]②對創(chuàng)建的三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
[0014]③對進(jìn)行網(wǎng)格劃分的模型施加約束。
[0015]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，步驟①設(shè)置S0LID45作為網(wǎng)格劃分單元類型。
[0016]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，步驟②采用自由(free)劃分網(wǎng)格方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
[0017]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，步驟③對進(jìn)行網(wǎng)格劃分的模型施加6個自由度的邊界條件約束。
[0018]本發(fā)明中所述的低壓開關(guān)配件包括低壓開關(guān)上蓋。
[0019]作為一種優(yōu)選方案，所述的低壓開關(guān)上蓋的截面形狀為L型。
[0020]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的低壓開關(guān)上蓋采用環(huán)氧樹脂制成。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0022]本發(fā)明首次提供了一種低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，通過本發(fā)明方法能夠得到低壓開關(guān)上蓋在受到連續(xù)的沖擊力載荷下，其內(nèi)部的應(yīng)力及分布情況，從而為低壓開關(guān)配件在振動沖擊情況下避免實效進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設(shè)計提供了依據(jù)；本發(fā)明應(yīng)用性強(qiáng)，可用于低壓開關(guān)元器件的振動沖擊失效分析中，對低壓開關(guān)的性能監(jiān)測具有重要價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明所述的低壓開關(guān)配件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1、低壓開關(guān)上蓋。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)闡述:
[0026]如圖1所示，本發(fā)明所述的低壓開關(guān)配件包括低壓開關(guān)上蓋1，所述的低壓開關(guān)上蓋I的截面形狀為L型，采用環(huán)氧樹脂制成。
[0027]本發(fā)明對所述的低壓開關(guān)配件進(jìn)行振動沖擊實效仿真分析的方法，包括如下步驟:
[0028]a)建立低壓開關(guān)配件的有限元模型，包括如下操作步驟:
[0029]①創(chuàng)建低壓開關(guān)配件的三維幾何模型并設(shè)置材料屬性和網(wǎng)格劃分單元類型；
[0030]②對創(chuàng)建的三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
[0031]③對進(jìn)行網(wǎng)格劃分的模型施加約束；
[0032]b)分析低壓開關(guān)配件在振動沖擊下的內(nèi)部應(yīng)力大小及分布；
[0033]c)根據(jù)分析結(jié)果，對低壓開關(guān)配件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
[0034]作為一種優(yōu)選方案，步驟①設(shè)置S0LID45作為網(wǎng)格劃分單元類型，步驟②采用自由(free)劃分網(wǎng)格方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，步驟③對進(jìn)行網(wǎng)格劃分的模型施加6個自由度的邊界條件約束。
[0035]本發(fā)明所述的仿真分析方法可采用Ansys軟件實現(xiàn)；所述的Ansys軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I 一 DEAS, AutoCAD 等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級 CAE 工具
之一O
[0036]實施例
[0037]采用Ansys軟件對本發(fā)明所述的低壓開關(guān)配件進(jìn)行振動沖擊實效仿真分析:
[0038]步驟一:建立低壓開關(guān)配件的有限元模型
[0039]1、創(chuàng)建低壓開關(guān)配件的三維幾何模型，并設(shè)置材料屬性和網(wǎng)格劃分單元類型
[0040]采用的環(huán)氧樹脂材料參數(shù)為:密度P =1.7X 103kg/cm3，楊式模量E=I0.2 X IO3Pa,泊松比μ =0.42。
[0041]本發(fā)明中低壓開關(guān)配件模型網(wǎng)格劃分單元類型采用S0LID45。
[0042]2、對創(chuàng)建的三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分
[0043]網(wǎng)格劃分方式通常有free及map兩種，選擇不同的方式將對求解的結(jié)果及計算精度產(chǎn)生決定性的影響，由于本發(fā)明中低壓開關(guān)配件的結(jié)構(gòu)形狀不復(fù)雜，本發(fā)明采用自由(free)劃分網(wǎng)格方式來進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
[0044]3、對進(jìn)行網(wǎng)格劃分的模型施加約束
[0045]本發(fā)明分別對L型支撐架的底部整個面上施加6個自由度的邊界條件約束。
[0046]步驟二:分析低壓開關(guān)配件在振動沖擊下的內(nèi)部應(yīng)力大小及分布
[0047]首先對低壓開關(guān)配件的整體實行連續(xù)的沖擊力載荷，然后通過后處理查看低壓開關(guān)配件內(nèi)部所產(chǎn)生的應(yīng)力大小及分布情況，觀察其是否超過了相應(yīng)材料的應(yīng)力極限。
[0048]由所述的低壓開關(guān)配件在振動沖擊下的內(nèi)部應(yīng)力分布圖可得知:位于L型上蓋的垂直位置處均存在應(yīng)力分布集中處。
[0049]步驟三:根據(jù)分析結(jié)果，對低壓開關(guān)配件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化
[0050]根據(jù)步驟二的分析結(jié)果可以得知:位于L蓋的垂直位置處均存在應(yīng)力分布集中處的應(yīng)力值分布較為集中且其應(yīng)力值較大，但最大值沒有環(huán)氧樹脂應(yīng)力允許值極限，但是為防止此處產(chǎn)生裂變，可在相應(yīng)位置設(shè)立兩個筋板，以分散集中應(yīng)力。有了此分析結(jié)果，本領(lǐng)域的技術(shù)人員就有了對低壓開關(guān)配件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計依據(jù)。
[0051]最后有必要在此指出的是，上述說明只用于對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，其特征在于，包括如下步驟: a)建立低壓開關(guān)配件的有限元模型； b)分析低壓開關(guān)配件在振動沖擊下的內(nèi)部應(yīng)力大小及分布； c)根據(jù)分析結(jié)果，對低壓開關(guān)配件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
2.如權(quán)利要求1所述的低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，其特征在于，步驟a)包括如下操作步驟: ①創(chuàng)建低壓開關(guān)配件的三維幾何模型并設(shè)置材料屬性和網(wǎng)格劃分單元類型； ②對創(chuàng)建的三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分； ③對進(jìn)行網(wǎng)格劃分的模型施加約束。
3.如權(quán)利要求2所述的低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，其特征在于:步驟①設(shè)置S0LID45作為網(wǎng)格劃分單元類型。
4.如權(quán)利要求2所述的低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，其特征在于:步驟②采用自由劃分網(wǎng)格方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
5.如權(quán)利要求2所述的低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，其特征在于:步驟③對進(jìn)行網(wǎng)格劃分的模型施加6個自由度的邊界條件約束。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，其特征在于:所述的低壓開關(guān)配件包括低壓開關(guān)上蓋。
7.如權(quán)利要求6所述的低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，其特征在于:所述的低壓開關(guān)上蓋的截面形狀為L型。
8.如權(quán)利要求6所述的低壓開關(guān)配件振動沖擊實效仿真分析方法，其特征在于:所述的低壓開關(guān)上蓋由環(huán)氧樹脂制成。
【文檔編號】G06F17/50GK103678805SQ201310676666
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】苗曉丹, 秦林肖 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)