专利名称：一种低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法
技术领域：
本发明涉及一种振动冲击实效仿真分析方法，具体说，是涉及一种低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法。
背景技术：
低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通或者断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件和设备。近年来，随着电气化、自动化水平的提高，低压电器产品在工业自动化、家用电器、汽车、通信等领域得到了广泛的应用。同时，电力系统与低压配电系统中也使用了各种低压电器，如果这些低压电器发生故障就导致电力系统与低压配电系统发生故障而造成停电事故，甚至会危及供电线路和用电设备的安全，它所造成的经济损失将更为巨大。根据国家标准GB14048.5-2008《低压开关设备和控制设备第5部分:控制电路电器和开关元件》的要求，低压电器的通断性能及寿命不仅是产品设计与制造工艺的综合表现，也是衡量低压电器性能优劣的重要指标。因此，开展各种低压电器的可靠性研究具有十分重要的意义。低压电器在运行过程中由于使用不当、长期投入运行元器件老化和受到周围环境的振动冲击等原因均会出现故障，且故障种类繁多。例如，在低压电器受到振动冲击时，会导致触头脱落而引起接触不良；由于操作频率过高，使触头在过程中持续的振动而造成触头的快速磨损；由于动静触头接触电阻过大或通过电流过大，引起触头过热，当触头温度超过允许值时，使触头特性变坏，甚至产生熔焊等等。由于低压电器在整个电力行业中的重要性以及其自身易出故障的性质，使得对低压电器进行检验测试以及对故障因素进行分析研究显得尤其重要。低压电器的测试项目主要包括一般检查、电压降测定、温升测试实验、绝缘电阻和耐压测试、额定接通和分解能力测试、短路接通和分断能力测试、短时耐受电流能力测试、动作特性测试、寿命测试、抗扰度测试等。国外学者主要倾向于 对低压电器现场故障诊断系统的研究，国内在低压电器寿命测试装置的研究方面作了一些工作，同时，国内也有学者在低压电器仿真技术方面进行了研究，主要包括热过程分析、电磁暂态过程特性分析、机构动作特性分析、开关电弧分析。然而，在对低压电器功能影响因素的分析中，还没有对低压电器配件振动冲击实效进行仿真分析的研究。
发明内容
考虑到振动冲击对低压电器及其配件的影响甚大，本发明的目的在于提供一种低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，通过建立低压电器配件的数学模型、研究振动冲击与低压电器配件之间的关系，从而掌握振动冲击对低压电器配件性能的影响，进而预测在外部环境和自身内部振动冲击的影响下低压电器配件的性能，为低压电器配件在振动冲击情况下避免实效进行结构优化与设计提供依据。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
—种低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，包括如下步骤:a)建立低压电器配件的有限元模型；b)分析低压电器配件在振动冲击下的内部应力大小及分布；c)根据分析结果，对低压电器配件的结构进行优化。作为一种优选方案，步骤a)包括如下操作步骤:①创建低压电器配件的三维几何模型并设置材料属性和网格划分单元类型；②对创建的三维几何模型进行网格划分；③对进行网格划分的模型施加约束。作为进一步优选方案，步骤①设置S0LID45或/和SHELL181作为网格划分单元类型。作为进一步优选方案，步骤②采用自由(free)划分网格方式进行网格划分。作为进一步优选方案，步骤③对进行网格划分的模型施加6个自由度的边界条件约束。本发明中所述的低压电器配件包括低压电器支撑架和用于低压电器与外接电路连接并与外界相绝缘的三个电绝缘管。作为一种优选方案，所述的低压电器支撑架的截面形状为L型。作为一种优选方案，所述的电绝缘管由两个空心圆柱体正交形成。作为进一步优选方案，所述的低压电器支撑架采用碳钢Q265制成。作为进一步优选方案，所述的电绝缘管采用环氧树脂制成。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:本发明首次提供了一种低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，通过本发明方法能够得到低压电器支撑架在受到一定加速度值的外力冲击下，其内部的应力及分布情况，从而为低压电器配件在振动冲击情况下避免实效进行结构优化与设计提供了依据；本发明应用性强，可用于低压电器元器件的振动冲击失效分析中，对低压电器的性能监测具有重要价值。
图1是本发明所述的低压电器配件的结构示意图；图2是实施例中所述的低压电器配件在振动冲击下的内部应力分布图。图中:1、低压电器支撑架；2、电绝缘管；3、应力分布集中处。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细阐述:如图1所示，本发明所述的低压电器配件包括低压电器支撑架I和用于低压电器与外接电路连接并与外界相绝缘的三个电绝缘管2 ;所述的低压电器支撑架I的截面形状为L型，采用碳钢Q265制成；所述的电绝 缘管2由两个空心圆柱体正交形成，采用环氧树脂制成。本发明对所述的低压电器配件进行振动冲击实效仿真分析的方法，包括如下步骤:
a)建立低压电器配件的有限元模型，包括如下操作步骤:①创建低压电器配件的三维几何模型并设置材料属性和网格划分单元类型；②对创建的三维几何模型进行网格划分；③对进行网格划分的模型施加约束；b)分析低压电器配件在振动冲击下的内部应力大小及分布；c)根据分析结果，对低压电器配件的结构进行优化。作为一种优选方案，步骤①设置S0LID45或/和SHELL181作为网格划分单元类型，步骤②采用自由(free)划分网格方式进行网格划分，步骤③对进行网格划分的模型施加6个自由度的边界条件约束。本发明所述的仿真分析方法可采用Ansys软件实现；所述的Ansys软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I — DEAS, Auto CAD等，是现代产品设计中的高级 CAE工具
之一O实施例采用Ansys软件对本发明所述的低压电器配件进行振动冲击实效仿真分析:步骤一:建立低压电器配件的有限元模型
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1、创建低压电器配件的三维几何模型，并设置材料属性和网格划分单元类型本发明在建立低压电器配件的三维几何模型时，忽略了电绝缘管与L型支撑底座之间的粘结面和相对运动。其中采用的Q265材料参数为:密度P =7.84X 103kg/cm3，杨氏模量E=2X IO11Pa,泊松比μ =0.3 ;采用的环氧树脂材料参数为:密度P =1.7X103kg/cm3,杨氏模量E=I0.2 X IO3Pa,泊松比 μ =0.42。本发明中低压电器配件模型网格划分单元类型采用S0LID45，电绝缘管的网格划分单元类型采用SHELL181。2、对创建的三维几何模型进行网格划分网格划分方式通常有free及map两种，选择不同的方式将对求解的结果及计算精度产生决定性的影响，由于本发明中低压电器配件的结构形状不复杂，本发明采用自由(free)划分网格方式来进行网格划分，且先对电绝缘管进行面划分，然后对L型支撑架进行体划分。3、对进行网格划分的模型施加约束本发明分别对L型支撑架的底部整个面上施加6个自由度的边界条件约束。步骤二:分析低压电器配件在振动冲击下的内部应力大小及分布首先对低压电器配件的整体实行连续的冲击力载荷，然后通过后处理查看低压电器配件内部所产生的应力大小及分布情况，观察其是否超过了相应材料的应力极限。图2是所述的低压电器配件在振动冲击下的内部应力分布图，由图2可见:位于底座的两个圆柱形支撑架处及电绝缘管的横贯与竖管相交位置处均存在应力分布集中处3。步骤三:根据分析结果，对低压电器配件的结构进行优化根据步骤二的分析结果可以得知:有两处产生的应力值较大，其中位于L型支撑架底座部分的两个圆柱支撑架附近的应力值分布较为集中且其应力值较大，最大值已经超过该碳钢材料Q265的应力允许值极限，说明该处在振动冲击条件下易发生变性；另外，电绝缘管的横贯与竖管在相交的位置处，应力分布也较为集中，且应力值也较大，已经超过环氧树脂的应力极限90MPa，说明该处在振动冲击条件下也易发生断裂情况。有了上述分析结果，本领域的技术人员就有了对低压电器配件进行结构优化的设计依据。最后有必要在此指出的是，上述说明只用于对本发明的技术方案作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调 整均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于，包括如下步骤: a)建立低压电器配件的有限元模型； b)分析低压电器配件在振动冲击下的内部应力大小及分布； c)根据分析结果，对低压电器配件的结构进行优化。
2.如权利要求1所述的低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于，步骤a)包括如下操作步骤: ①创建低压电器配件的三维几何模型并设置材料属性和网格划分单元类型； ②对创建的三维几何模型进行网格划分； ③对进行网格划分的模型施加约束。
3.如权利要求2所述的低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于:步骤①设置S0LID45或/和SHELL181作为网格划分单元类型。
4.如权利要求2所述的低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于:步骤②采用自由划分网格方式进行网格划分。
5.如权利要求2所述的低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于:步骤③对进行网 格划分的模型施加6个自由度的边界条件约束。
6.如权利要求1至5中任一项所述的低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于:所述的低压电器配件包括低压电器支撑架和用于低压电器与外接电路连接并与外界相绝缘的三个电绝缘管。
7.如权利要求6所述的低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于:所述的低压电器支撑架的截面形状为L型。
8.如权利要求6或7所述的低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于:所述的低压电器支撑架采用碳钢Q265制成。
9.如权利要求6所述的低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于:所述的电绝缘管由两个空心圆柱体正交形成。
10.如权利要求6或9所述的低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，其特征在于:所述的电绝缘管采用环氧树脂制成。
全文摘要
本发明公开了一种低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，所述方法包括如下步骤a)建立低压电器配件的有限元模型；b)分析低压电器配件在振动冲击下的内部应力大小及分布；c)根据分析结果，对低压电器配件的结构进行优化。本发明首次提供了一种低压电器配件振动冲击实效仿真分析方法，通过本发明方法能够得到低压电器支撑架在受到一定加速度值的外力冲击下，其内部的应力及分布情况，从而为低压电器配件在振动冲击情况下避免实效进行结构优化与设计提供了依据；本发明应用性强，可用于低压电器元器件的振动冲击失效分析中，对低压电器的性能监测具有重要价值。
文档编号G06F17/50GK103235864SQ20131017349
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月13日 优先权日2013年5月13日
发明者苗晓丹, 钱莉, 陈 田, 秦林肖, 甘宜洋, 李玉龙, 李东昇 申请人:上海工程技术大学