[发明专利]层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法

说明书

本发明提供一种层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法，该层叠铁芯的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法能够最佳地决定在振动分析中使用的表示应力与应变的关系的本构方程中的弹性矩阵所包含的、层叠铁芯的包含层叠方向的两面上的横向弹性模量。在使用以矩阵表示方式表示应力与应变的关系的本构方程来进行将钢板(22)层叠而成的层叠铁芯(21)的振动分析时，根据层叠铁芯(21)的向层叠方向的平均紧固压力，决定本构方程中的弹性矩阵所包含的、层叠铁芯(21)的包含层叠方向的两面上的横向弹性模量。

技术领域

本发明涉及一种在实施变压器铁芯等层叠铁芯的振动分析时所应用的示出铁芯的弹性变形中的应力与应变的关系的本构方程中的弹性矩阵决定方法以及振动分析方法。

背景技术

通过向将电磁钢板层叠而成的层叠铁芯卷绕安装线圈来构成配电用变压器等变压器。在作为变压器而言重要的性能中存在铁损(空载损耗)特性、励磁电流特性、噪声特性等。

配电用变压器设置于各种场所，但特别对于设置于市区的变压器强烈要求噪声较小。像这样，最近，从对供变压器设置的周边环境的考虑等来看，特别是噪声特性变得越来越重要。

作为变压器的铁芯材料，大多使用取向性电磁钢板。在取向性电磁钢板中存在被称为磁致伸缩的伴随励磁的材料伸缩，可以说该励磁磁致伸缩振动是变压器噪声的主要原因。因此，变压器噪声性能较强地依赖于所使用的电磁钢板的磁致伸缩性能，在制造低噪声变压器时将具有低磁致伸缩特性的电磁钢板作为铁芯材料来使用。

然而，经常会出现尽管实际使用磁致伸缩性能优异的电磁钢板制造了铁芯，但无法得到充分的变压器低噪声特性的情况。当调查产生这样的情况的原因时，出现很多可以认为是变压器铁芯的固有振动频率与电磁钢板磁致伸缩振动的共鸣现象的情况。因此，对以变压器铁芯的固有振动为首的机械振动特性进行计算预测在设计、制造变压器上极其重要。

因此，提出了一种分析装置以及分析方法，该分析装置以及分析方法基于以有限元分析中的多个有限元的组合来表现包含产生磁致伸缩的磁性体在内的电磁部件的数值分析模型，计算与和赋予电磁部件的磁通密度对应的有限元的各节点或者各有限元的应变等价的节点力(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2014-71689号公报

然而，在上述专利文献1所记载的现有技术中，使用由平衡式、示出应力与应变的关系的结构式、以及位移与应变的关系式构成的构造分析的控制方程，来进行准静态构造分析。

一般而言，示出应力张量{σ}与应变张量{ε}的关系的结构式由下式表示：

{σ}＝{D}{ε}({}表示张量)

其中，{D}是表示应变与应力的关系的张量。当进行分量表示时，成为(1)式。

【公式1】

{D}有81个分量，{σ}与{ε}有9个分量。这里，由于作为物理量的张量成为对称张量，因此{σ}与{ε}的独立分量分别为6个分量。因此，将本构方程矩阵表示为如下：

[σ]＝[D][ε]([]表示是矩阵。将[D]称为弹性矩阵。)

当以分量进行表示时，成为(2)式。

【公式2】

在专利文献1中，示出如下情况：作为应力与应变的关系式，能够使用杨氏模量E与泊松比ν表示垂直应力σ_i与垂直应变ε_i的关系，使用横向弹性模量G表示剪切应力τ_ij与剪切应变γ_ij的关系，使用杨氏模量E、泊松比ν以及横向弹性模量G表示弹性矩阵。