高速电机转子冲片的强度设计（七）——磁钢与转子冲片磁钢孔间不同连接关系设置对冲片应力的影响
1 前言
电机转子冲片与磁钢间，除特斯拉等少数产品外，一般包括磁钢、冲片、磁钢固定胶等三种材质组成。为合理表达电机高速旋转时，冲片尤其是隔磁桥附近的应力，可以采用多种方式，进行建模并设置连接方式。
不同连接方式的设置方法、计算难度、计算成本、计算精度等均各有千秋。读者需根据实际情况，尤其是转速达到，隔磁桥爆裂时的极限转速实验为基准，逆向校准仿真设置，并将其规范化为，符合实际的标准化的计算与结果评定方法。
注：本文所示方法仅做思路与流程的演示，与实际产品研发所用的细节，存在显著差异。
2 硅钢片与转轴过盈配合的手工计算方法
本节主要技能点：
1、探索并尝试采用，7种常见的磁钢与转子冲片连接方式，以对比其对冲片隔磁桥应力及变形等结果的影响规律。
2、方式1：去掉磁钢胶 去掉磁钢；
3、方式2：磁钢与磁钢胶，均以质量点方式加载；
4、方式3：去掉磁钢胶 磁钢外圈与冲片绑定接触；
5、方式4：磁钢胶 磁钢四周与冲片绑定接触；
6、方式5：磁钢胶 磁钢外圈与冲片绑定接触；
7、方式6：磁钢胶 磁钢外圈与冲片摩擦接触；
8、方式7：去掉磁钢胶 磁钢外圈及侧面与冲片摩擦接触。
文前碎碎念。从本期文章开始，本文采用的仿真软件版本，将从稍有年代感的ANSYS Workbench 19.1，升级为较新版的2021R2。其包含官方中文操作界面，可在一定程度上，降低初学者的准入门槛。
下列碎碎念，主要分为两个部分：
(1) 仿真软件中文化，是否是个好消息？
(2) 使用老版本软件，是否廉颇未老？
笔者认为随着ABAQUS、ANSYS等软件，越来越深入的中文化操作界面发展进程，相对早些年间，只有英文资料打天下的时代，存在一定的技术进步意义。但这种进步和优点，基本限于对初学者更加亲和与友好，同时大大拉平了，中低等能力有经验人士间，技术护城河的差距。
正所谓逆水行舟不进则退，这对于广大有经验人士，其实是一个巨大的坏消息。可能曾经很多因为英文界面，而恐惧且拒绝的潜在竞争对手，从此开始有胆量与信心，加入抢饭碗的竞争行列，并逼着能力与水平，积累的不那么丰厚的有经验人士，必须更加努力更加奋进的学习与掌握，更高级的技术与经验，否则乱拳打死老师傅的故事将快速大量上演。
对于水平远高于常人的高阶有经验人士，软件本身的技术革新，并不能有效的阻碍或影响，其水平的充分发挥。正所谓学霸考90分，因为卷子只有90分；学渣考50分因为只能考到50分。
前段时间的热门电视剧《功勋-于敏篇》中，在炎热的上海华东计算所，于敏借助计算机随时吐出的，打孔纸上的仿真结果数据，快速判断了数据异常的原因，不是计算软件本身以及计算过程本身的异常，而是计算机硬件出现了局部故障。后经过抢修确实发现，其中一个加法器内的电子管烧毁，造成了数据跳动。这种Debug技能是高手与水手的重要差别体现。
中文化浪潮，也加剧了一大批，不学无术不思进取的老一辈CAEer的有序退出压力。比如在2022年无论是qq群等网络上、某宝代做群、某些大学老师、各视频UP主中，仍有一定数量的人群，拿着Gambit这种，最新版是2008年与第一代苹果手机，同时发布的古董软件，吹嘘什么软件不重要，什么仅仅是个使用工具，没必要更新或者有了Gambit基础，再换个软件很简单，只需要多学2个月就行的奇怪言论，甚至吹嘘其使用简单，操作容易等优点。
廉颇老矣，尚能饭否？笔者坚定不移的认为，无论2008年最新版的软件，在当时多么的先进与奇幻，随着技术浪潮发展的滚滚钢铁洪流进行曲，在当今年代其早已变成，历史车辙之下的虫豸与尘埃。大人，时代变了。
多年未更新的各种老掉牙软件，早已在各大招聘网站及APP的职位JD中消失。说明如果现在学习古董软件，那么1年~3年学成后将面临，根本找不到工作的窘迫。同时，自己的能力与认知，将更进一步地落后潜在竞争对手3年，非常得不偿失。
如果笔者是面试官，手握100张应届硕士生的简历，其他条件差异较小。其中80张内容为采用最近5年版本的软件与功能，进行的某些方向与招聘需求基本适合的科研工作；另外20张采用2008年最新版的Gambit或者类似软件。
笔者有理由相信，这20张简历无论是老师自身的不学无术，还是学生没有冲破枷锁的勇气，其技术能力与学习态度，大概率不如那80位中的一员。同样的，只要企业能力等级不太差，一般内部使用的软件版本，不会老于市场最新版5年。那么这80位新版软件应届生中，从概率上更容易更快速的进入工作状态，而不是另外20位即使能力尚可，但需要几个月时间慢慢自学，更改软件版本与操作。企业需要思考用人成本。
作为企业用人单位，从性价比角度看，选择对那20位gambit等用户中的几位，发布入职邀请一定不划算。与其从鸡群中搜寻战斗鸡，为什么不直接去鹰窝里推举鹰王。还是那句话，逆水行舟不进则退。合格的CAEer必须随时学习新知识积累高级技能，才不会在35岁前后产生职场焦虑的现象。
继续回到中文软件问题。推进中文化仿真软件操作，对于有效提升仿真行业有经验人士的总体技术水平，确保仿真产业能力的有序良性发展，大有裨益。
对于现在的笔者而言，在家用计算机与工作电脑中，不同ANSYS Workbench版本、操作界面风格、中英文界面等的外部条件，可以在一天中快速交叉变化应用并无缝连接，早已习以为常毫无压力。
笔者更为关注的是，借助仿真技术如何优化产品、如何加速仿真流程、如何提升计算精度、如何让计算成本，在不同使用阶段更加可控、如何设计验证性实验、如何落地实验并校准仿真、遇到产品故障及断裂失效件时，如何快速判断原因，组织检测检验及仿真验证，而后提出合理的改进方案后，再切实有效的落地，最后将以上各种经验与技术，融汇为标准化的分析与研发流程，往往占有了笔者绝大多数的时间与精力，而不是单纯的思考，这个细节该如何操作操作出来。
也许来自这些方面知识的积累与经验，才是一位合格的CAEer应该思考与实现的目标，也是真正确立，技术能力与眼界格局的核心竞争力。笔者常说4321理论，即查看任何方向与专业技术人员的能力水平，40%依赖理论知识的灵活运用、30%仿真与实验数据的积累与验证、20%产品设计与工程经验、10%软件操作。
另一点点的思考。除仿真与实验验证外，以上其他大部分知识与技能，本质上可通过关上家门闷头自学即可积累至，基本够用的知识储备状态，使得其本质上，不会成为用户最核心的技术护城河。
实验成本往往需要一个，强大且专业的技术平台支撑。拥有这样的平台，进入这样的平台，基本也只有在行业顶尖公司与研发体系下，方可实现与发挥。另一方面，笔者还常说的是：真正的核心技术，一定是被保密协议层层防护的。那么可以随便获得的各种网络资料，一定是含金量较低的普通知识。也只有读者进入某个高阶平台之中，才有机会了解与获取，与其门槛对等的核心技术资源。
故，影响仿真水平提升与保证的主要限制门槛，为读者所在公司及平台的研发投入，尤其是实验相关的投入与积累。
此时笔者想到苏联解体后，想要恢复瓦良格航母的建造时，造船厂长马卡洛夫说道：“如果想要（续建至）瓦良格号航母下水，我需要苏联、党中央、国家计划委员会、工业军事委员会和9个国防工业部门，还有600多个相关专业与8000多家配套厂家。总之要有一个伟大的国家，才能完成。”
这也意味着，读者基本只有进入行业顶尖平台，才可以让CAE技术体现出最佳价值，同时给予从业者，令人敬仰的薪资待遇。现实如此悲观，其注定是少数人的游戏。
下面开始案例介绍。本文计算采用的各案例文件，如下图所示。
各仿真分析时，除冲片及转轴为选用软件材料库中，双线性塑性模型外（如下图所示），均采用线弹性材料属性。
下图为软件材料库中，用以表达磁钢材料的物理及力学属性。
下图为模拟磁钢固定胶水时，单独新建的材料属性。
计算用几何模型与以往案例相同。
方法1：去掉磁钢胶 去掉磁钢
此方法可大幅度节约计算量，但计算精度相对较差。其几何模型如下图所示。
进入静力学分析模块，选择冲片几何模型并在其几何模型的详细信息中，选择非线性材料模型。如下图所示。
转轴与硅钢片间，建立摩擦接触并设置单边0.02mm过盈量。
对转轴及硅钢片每个侧面，设置一组无摩擦约束边界条件。在转轴内孔设置圆柱约束以及转速载荷。其中在分析设置中采用2个载荷步，其中第一个载荷步加载过应配合效应，第二载荷步设置转速载荷。
网格采用总体0.4mm尺寸，并对过硬配合及冲片外径表面局部3级细化，磁钢周边内表面局部2级细化。总体单元数53万个，节点数85万，属于较低的计算规模。
转速载荷的详细设置方法，如下图所示。在第二载荷步内设置从0RPM到5万RPM线性逐渐变化的载荷。
保存计算文件并求解分析。下图为求解输出信息中，力的收敛情况。其在第84载荷子步时计算不收敛报错。
下面分别提取不同计算结果。接触状态结果在第1.63载荷步时发生突变，对应转速为0.63x50000=31500RPM。
下图为过盈配合接触面的接触压力结果。其依然提取31500RPM时结果，其接触压力在1.63载荷步之前迅速下降。
下图为总体变形结果。其随着转速载荷的增加，存在逐渐缓慢增大的变化规律。
下图为应力结果，其应力主要集中于径向隔磁桥附近。
下图为塑性应变结果。其增长变化规律与总体变形的结果接近。同样的，主要塑性应变集中于径向隔磁桥附近。
至此，对方法1去掉磁钢胶 去掉磁钢的介绍已经完成。（未完待续）
