haku: @keyword finite element method / yhteensä: 107
viite: 8 / 107
| Tekijä: | Väänänen, Arijussi |
| Työn nimi: | Sähkölevyn meiston laskennallinen tarkastelu |
| Simulation model of electrical steel piercing | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2016 |
| Sivut: | (10) + 98 Kieli: fin |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Kemian tekniikan korkeakoulu |
| Oppiaine: | Soveltava materiaalitiede (MT3001) |
| Valvoja: | Korhonen, Antti |
| Ohjaaja: | Laakso, Sampsa |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201606172533 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 4098 | Arkisto |
| Avainsanat: | blanking piercing silicon steel residual stresses simulation finite element method meistoleikkaus sähköteräs rautahäviöt jäännösjännitykset elementtimenetelmä Deform |
| Tiivistelmä (fin): | Teollisuudessa kulutetaan vuosittain yli 40 % koko maailman sähköenergiasta, josta kaksi kolmasosaa kuluu sähkömoottorien pyörittämiseen. Euroopan unionin tavoitteena on kasvattaa EU:n energiantehokkuutta 20 %:lla vuoteen 2020 mennessä sekä 27 %:lla vuoteen 2030 mennessä. Tammikuusta 2017 lähtien Euroopan unionissa astuu voimaan laki, jonka mukaan kaikkien 0,75-375 kW:n tehoalueen sähkömoottorien tulee vähintään täyttää IE3-hyötysuhdetaso. Tämän tavoitteen lisäksi Kansainvälinen sähköalan standardointiorganisaatio (IEC) aikoo lähitulevaisuudessa tiukentaa sähkökoneiden hyötysuhdeluokista lisäämällä uuden IE5-hyötysuhdeluokan. Nämä vaatimukset pakottavat sähkömoottorivalmistajia parantamaan sähkömoottorien energiatehokkuutta, esimerkiksi pienentämällä sähkömoottorien rautahäviöitä, jotta sähkömoottorit täyttävät uuden lain vaatimat ehdot. Sähkömoottorien staattorilevyt valmistetaan tavallisesti 0,50 mm:n paksuisista sähköteräslevyistä, jotka meistetään lopulliseen muotoonsa. Meistoleikkaus aiheuttaa sähköteräksen leikkausreunaan suuria muodonmuutoksia, jotka jättävät leikkausreunaan jännityksiä. Nämä jännitykset aiheuttavat sähkökoneen magneettisten ominaisuuksien heikkenemisen ja rautahäviöiden kasvun. Tässä diplomityössä tutkitaan elementtimallintamisen avulla meistoleikkauksesta aiheutuvien jännityksien suuruutta M400-50A-sähköteräksen leikkausreunassa, kun sähkölevyä leikataan terävällä, puoliterävällä ja tylsällä pistimellä. Työ suoritettiin yrityksen "Scientific Forming Technologies Corporation" valmistamalla Deform-elementtimallinnusohjelmistolla, jota varten laadittiin tarkka materiaalimalli M400-50A-testimateriaalista. Materiaalin myötölujittuminen mallinnettiin Hollomonin-yhtälön avulla ja materiaalin vauriotuminen Cockroft-Lathamin-vauriomallin avulla. Mallintamisessa ei huomioitu lämpötilaa, sillä sen vaikutus leikkausprosessissa oletetiin olevan hyvin pieni. Simulaatiossa mitattiin M400-50A-sähköteräksen keskijännitykset sekä maksimi- ja minimipääjännitykset sähkölevyn leikkausreunan yläreunasta, keskikohdalta ja alareunasta. Sähkölevyn leikkausreunaan muodostui aluksi 0,04 mm:n päähän leikkausreunasta noin 55-98 MPa:n vetojännitys. Vetojännitys vaihtuu 0,08 mm:n siirtymän kohdalla noin 50-90 MPa:n puristusjännitykseksi. Simulaatiotuloksista havaittiin, että pistimen simuloidulla kulumisella ei näytä olevan merkittävää vaikutusta sähkölevyyn jäävien puristusjännitysten suuruuteen. |
| Tiivistelmä (eng): | In industry, the annual consumption of electric energy is over 40 % of the worldwide consumption, and two thirds of that is consumed by electrical motors. The European Union aims to increase its energy efficiency by 20 % by 2020 and 27 % by 2030. In January 2017, a new law comes into effect in the EU region. According to this law electrical motors in the power range from 0.75 to 375 kW has to meet the energy efficiency class IE3. Also the International Electrotechnical Commission (IEC) standards are introducing stricter limits for the energy efficiency of electrical motors in the near future with IE5 energy efficiency class that is estimated to surpass the previous IE4 class requirements by 20 %. This means that the efficiency of electrical motors has to be improved and one way to achiece this improvement is to reduce the iron losses of electrical motors. A typical silicon steel sheet has a thickness of 0,5 mm and it is punched to its final shape in a piercing process. The piercing process causes large deformations and residual stresses on a narrow zone of the cut edge. The deformations and residual stresses weaken the magnetic properties of silicon steel sheet and result in additional losses because the iron loss is increased after piercing. In this master thesis, the stresses in the cut edge of M400-50A silicon steel, caused by piercing process, have been researched using finite element method (FEM). The model was done with commercial FEM solver Deform. In simulations, M400-50A silicon steel was blanked by using three different punches: sharp, semi-sharp and blunt. In order to simulate the piercing process of M400-50A silicon steel, a material model of M400-50A was required. In this work Hollomon model was selected for modeling strain hardening and Cockroft-Latham damage model was selected for modeling damage. Thermal properties were left out of scope in this study because their effect is assumed to be negligible in the piercing process. In simulation results, the maximum and minimum principal stresses and the mean stresses of the simulated cut edge of the M400-50A silicon steel were measured. There was a tension stress of approximately 55-98 MPa at 0.04 mm from the cut edge. The tension stress changed to compressive stress at 0.08 mm from the cut edge. The compressive stress was approximately 50-90 MPa. The simulation results showed that the sharpness of the punch (when worn by 0,01-0,03 mm) made no significant difference in the magnitude of compressive stresses left in steel sheets. |
| ED: | 2016-07-17 |
INSSI tietueen numero: 53963
+ lisää koriin
INSSI