【具体实施方式】
[0052] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0053] 参见图1数值模拟方法的实施过程。
[0054] 接地螺栓通电后溫度及应力应变有限元计算分析方法实施例，包括W下步骤： 阳化5] S1.进行接地螺栓通入电流实验测量，采集螺栓通入不同电流后的数据。采集接地 螺栓在通入不同电流梯度后（具体为300A、1000A、2000A)，螺栓表面溫度和形变情况。电流 梯度设定为从额定电流到极限电流，因为接地螺栓在通入大电流的情况下，具有在瞬间产 生爆炸的危险，所W整个测试过程需做好安全措施。
[0056] S2.在AutoCAD建模软件中，根据螺栓的内部尺寸和几何结构建立目标螺栓的S 维几何模型。为了建立网格的方便和突出主要问题，建立模型时简化了螺杆和螺帽的螺纹， 假设螺杆和螺帽平滑接触。按照C0MS化多物理场仿真软件的要求导出合适的几何模型格 式，将建立的=维几何模型导入至仿真计算软件中，图2为通过建模软件得到的模型。
[0057] S3.在C0MS0L中的结构力学模型库中选择焦耳热和热膨胀模型，对每个实体设 定材料参数，包括：热容、热导率、电导率、相对介电常数、热膨胀系数、密度、杨氏模量、泊松 比。具体的材料参数如下表：
[0058]
阳化9] S4.根据SI的实验测量结果建立边界条件，建立有限元网格并计算，所采用的有 限元网格为：最大单元尺寸=2. 68mm;最小单元尺寸=0. 0268mm;单元增长率=1. 3 ;曲率 指数=0. 2 ;狭区松弛度=1。在将数据导入至数据分析软件Tecplot或化igin之前，需 要对数据进行处理，W满足数据处理软件对数据格式的要求，得到通入不同电流的情况下， 螺栓在此过程中溫度、应力、应变的演变情况。分别仿真计算从铜导线通入300A，1000A， 2000A，5000A，10000A，15000A，20000A的电流，模拟计算整个零件的焦耳热、应力、应变分布 随时间的演变。 W60] 图3、图4、图5分别演示了接地螺栓通入300A电流时，螺栓表面的溫度、应力、应 变随在8秒内的变化情况。
[0061] 图6、图7、图8分别演示了接地螺栓通入300A电流时，最值点的溫度、应力、应变 随在8秒内的变化情况。
[0062] 图 9 演示了 接地螺栓通入 300A，1000A，2000A，5000A，10000A，15000A，20000A电流 时，螺栓表面的最高溫度在8秒内的变化情况。
【主权项】
1. 一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法，其特征在于：包括以下 步骤： 步骤一：接地螺栓通入电流试验测量 将接地螺栓接入试验测量装置，采集螺栓通入不同电流后的数据，包括环境温度、材料 参数、温升情况和形变情况； 步骤二：建立几何模型并导入至计算软件 在AutoCAD建模软件中，根据目标接地螺栓的内部结构和几何尺寸，建立目标螺栓的 三维几何模型；按照COMSOL多物理场仿真软件的要求导出合适的几何模型格式，将建立的 三维几何模型导入至仿真计算软件中； 步骤三：建立物理模型，设定材料参数 在COMSOL中选择焦耳热和热膨胀模型，设定材料参数，包括：热容、热导率、电导率、密 度、杨氏模量、泊松比、相对介电常数、热膨胀系数和密度； 步骤四：根据步骤一采集的数据，设定边界条件，建立有限元网格并计算；然后导出计 算结果至数据分析软件，得到通入不同电流的情况下，螺栓在此过程中温度、应力和应变的 演变情况； 边界条件的设置为： 1) .电流： a) .电流守恒：所有域； b) .电绝缘：所有边界； c) .初始值：电势：0V; d) .接触阻抗：表面阻抗：和螺帽接触的水平电阻； e) .接触阻抗：表面阻抗：和螺帽接触的竖直电阻； f) .电流源：536201A/m3; g) .接地：错板； 2) .固体传热： a) .固体传热：所有域； b) .初始值：293. 15 [k]; c) .热通量：向内热通量； 3) ?固体力学： a).线弹性材料：所有域； a) .固定约束：和螺杆、螺帽产生面接触的区域； b) .自由：非受限端； 4) .多物理场： a) .热膨胀：固体传热、固体力学； b) .电磁热源：电流、固体传热； c) .边界电磁热源：电流、固体传热； d) .温度耦合：固体传热、固体力学； e) .温度耦合：固体力学、电流。2. 根据权利要求1所述的一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法， 其特征在于：所述步骤二建立几何模型时，简化了螺杆和螺帽接触区域，螺杆和螺帽的接触 采用的是平滑接触。3. 根据权利要求1所述的一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法， 其特征在于：所述步骤四的建立的有限元网格为：最大单元尺寸=2. 68mm;最小单元尺寸 =0. 0268mm;单元增长率=1. 3 ;曲率指数=0. 2 ;狭区松弛度=1。4. 根据权利要求1所述的一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法， 其特征在于：所述步骤四边界条件的设置，首先根据接地螺栓试验数据设定边界条件，计算 后将仿真结果与实验结果比较，再修改边界条件，最后得到优化后的边界条件。
【专利摘要】本发明属于仿真计算技术领域，涉及一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元分析计算方法。该方法：首先进行接地螺栓通电试验测量，采集螺栓通入不同电流后的数据；然后用Auto？CAD建立几何模型，并将其导至仿真计算软件COMSOL？Multiphysics，在该软件中建立物理模型、设定材料参数；根据试验数据和计算结果，动态地检验和修改边界条件，得到了接地螺栓通入电流的边界条件设定的优化方案；最后建立有限元网格并计算，导出计算结果至数据分析软件，得到通入不同电流的情况下，螺栓在此过程中温度、应力和应变的演变情况。本发明使得接地螺栓通入电流后温度及应力应变的建模计算结果更加准确，对接地螺栓的试验测量提供了支持。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105183988
【申请号】CN201510563377
【发明人】卢凯, 黄文 , 曾慧中
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月7日