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1、《航空工程大型通用軟件》——ANSYS大作業(yè)報告北京航空航天大學(xué)2015—2016學(xué)年第二學(xué)期《航空工程大型通用軟件》——ANSYS大作業(yè)報告小組成員：DFG27《航空工程大型通用軟件》——ANSYS大作業(yè)報告2016年6月目錄小組成員信息：3一、任務(wù)分析41、試驗臺總體介紹42、飛輪電機(jī)系統(tǒng)簡介53、解決思路6二、試驗臺設(shè)計61、相關(guān)數(shù)據(jù)62、靜力載荷計算7三、CATIA模型13四、ANSYA計算151、網(wǎng)格劃分152、靜力分析193、模態(tài)分析224、動載荷分析27五、結(jié)果分析281、靜力分析部分：282、模態(tài)分
2、析部分293、動力學(xué)分析部分2927《航空工程大型通用軟件》——ANSYS大作業(yè)報告小組成員信息：一、任務(wù)分析1、試驗臺總體介紹基于飛輪電機(jī)的混合動力系統(tǒng)動力總成試驗臺測試技術(shù)，能夠?qū)ε滹w輪電機(jī)的發(fā)電機(jī)總成的所有部件以及子系統(tǒng)進(jìn)行集成和驗證，完成動力總成性能、發(fā)動機(jī)控制策略、動力總成控制系統(tǒng)控制策略的調(diào)試和標(biāo)定。通過試驗暴露并解決系統(tǒng)可能存在的功能及性能問題，完成系統(tǒng)調(diào)試，并為進(jìn)一步的裝車調(diào)試和道路試驗做好充分的準(zhǔn)備工作，提高效率并降低費(fèi)用。系統(tǒng)基本構(gòu)造及部件如圖1所示，從左至右依次是發(fā)動機(jī)、飛輪電機(jī)系統(tǒng)、測功機(jī)。
3、與之對應(yīng)的試驗臺架的構(gòu)成從左至右依次包括:發(fā)動機(jī)支架、前固定支座、主試驗臺架、后固定支座、測功機(jī)支座。27《航空工程大型通用軟件》——ANSYS大作業(yè)報告圖1混合動力系統(tǒng)動力總成試驗臺示意圖2、飛輪電機(jī)系統(tǒng)簡介飛輪儲能是一種研究價值高、應(yīng)用前景廣闊的新型儲能技術(shù)，具有大儲能容量、高效率、無污染、適用廣、無噪聲、長壽命、維護(hù)簡單及可實現(xiàn)連續(xù)工作等優(yōu)點，它為解決目前廣泛關(guān)注的能源問題提供了新途徑。飛輪儲能系統(tǒng)主要包括三部分:儲能的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，支撐轉(zhuǎn)子的軸承系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)換能量和功率的電動/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。其工作原理是：當(dāng)系統(tǒng)處于
4、儲能工作狀態(tài)時，由電網(wǎng)提供的電能驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)拖動飛輪轉(zhuǎn)動，電能以機(jī)械能的形式儲存在高速飛輪中，此時電機(jī)處于電動狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于釋能工作狀態(tài)時，高速飛輪給電機(jī)施加轉(zhuǎn)矩，經(jīng)電力電子裝置給負(fù)載供電，從而完成機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換過程，此27《航空工程大型通用軟件》——ANSYS大作業(yè)報告時電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。3、解決思路在對本試驗臺系統(tǒng)進(jìn)行受力分析之后，我們小組認(rèn)為靜力分析中需要考慮的因素包括：：（1）各部件的重量（2）由于各種誤差造成的飛輪偏心旋轉(zhuǎn)引起的慣性力（3）發(fā)動機(jī)部分的支座受到扭矩所引起的作用力模態(tài)分析部分，
5、我們小組認(rèn)為應(yīng)獨(dú)立分析試驗臺各部件的模態(tài)；動力分析部分，我們認(rèn)為動載荷來源主要是飛輪偏心旋轉(zhuǎn)造成的呈正弦變化的周期作用力。二、試驗臺設(shè)計1、相關(guān)數(shù)據(jù)（1）基于問題解決思路，我們首先查閱了主要部件的質(zhì)量，具體列表如下：名稱數(shù)值（kg）發(fā)動機(jī)重量52027《航空工程大型通用軟件》——ANSYS大作業(yè)報告發(fā)電機(jī)重量280電動機(jī)重量173飛輪重量測功機(jī)重量220軸承重量0.219測扭儀重量10聯(lián)軸器重量66阻尼聯(lián)軸節(jié)35（2）飛輪偏心旋轉(zhuǎn)引起的慣性力計算假設(shè)：飛輪形狀為半徑60cm、厚度10cm的鑄鐵制圓盤（密度7500k
6、g/m3），取轉(zhuǎn)速為2000r/min，由于各種誤差引起的偏心距為1cm。經(jīng)過理論分析計算可得，在該假設(shè)條件下飛輪旋轉(zhuǎn)引起的最大慣性力為1140N。2、靜力載荷計算27《航空工程大型通用軟件》——ANSYS大作業(yè)報告由于模型較為復(fù)雜且為靜不定問題不易計算，因此我們采用模型簡化的方法，并借助ANSYS軟件來計算由重力導(dǎo)致的Y方向的約束反力。我們將整個模型分為兩部分：發(fā)動機(jī)主導(dǎo)段與飛輪電機(jī)系統(tǒng)主導(dǎo)段。圖2靜載荷計算示意圖如圖，支點（軸承座等支持作用面此處均稱為支點）1、2、3（軸承座3的左半部分）屬于發(fā)動機(jī)主導(dǎo)段，支點
7、3’（軸承座的右半部分）、4、5、6、7、8（軸承座8的左半部分）屬于發(fā)電機(jī)主導(dǎo)段。每段進(jìn)行單獨(dú)的支反力分析，認(rèn)為兩段支反力之間互不影響（影響很小，可忽略不計）。在使用ANSYS計算的時候使用固體單元，形狀為柱形體，在柱形體上頂部表面（為平面）分段施加不同大小的均布壓力來模擬重力（由于建模的時候?qū)嶋H模型各部分的材料不同密度不同，所以不能采用重力加速度的方式來施加體積重力），由于此處只是為了計算支反力并非計算發(fā)動機(jī)等設(shè)備內(nèi)部變形因此在模型頂部表面施加壓力來代替重力是完全可行的。27《航空工程大型通用軟件》——ANSY
8、S大作業(yè)報告（1）發(fā)動機(jī)主導(dǎo)段計算建模如下:圖3靜載荷計算—發(fā)動機(jī)主導(dǎo)段模型圖計算結(jié)果如下：27《航空工程大型通用軟件》——ANSYS大作業(yè)報告圖4靜載荷計算—發(fā)動機(jī)主導(dǎo)段計算結(jié)果圖如圖3，加約束的部分為支點，加不同pressure部分為（質(zhì)量不同的）不同部件，較長段為發(fā)動機(jī)，較短段為聯(lián)軸器。經(jīng)過solve之后，選取不同支點段的node分別進(jìn)行支反力求和,得
