超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法与流程

本发明属于铁磁复合材料力学性能分析，尤其涉及超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法。

背景技术：

1、电力变压器作为电力系统中被广泛应用的电气设备，其核心功能在于实现交流电压的转换，极大地便利了电能的传输，特别是在特高压变电站中，其应用规模尤为显著。然而，在运行过程中，电力变压器不可避免地会产生振动从而引发噪声，这既会导致周边环境的噪声污染问题，又会对附近居民的学习、工作乃至身心健康造成严重影响。在电力设备领域，降低变压器振动噪声的关键在于优化铁心装配工艺并深入剖析其力学性能。弹性模量作为衡量材料在弹性变形阶段抗形变能力的核心参数，对铁心振动特性的影响举足轻重。值得注意的是，铁心独特的层叠结构与环氧树脂固化产生的收缩应力，会显著改变复合材料的宏观力学性能。

2、然而，在对由超薄硅钢铁心与绝缘漆构成的复合结构进行力学性能分析时，现行的混合律法、有限元均质化等传统等效分析方法存在明显局限。这些方法因未能充分考量界面效应、材料各向异性以及非均匀分布特性，常导致计算结果与实际测量存在较大偏差，难以精准反映材料真实力学行为。具体而言，在变压器铁心的实际工况中，硅钢片在轧制工艺下表现出显著的正交各向异性，其弹性模量在不同方向上存在差异，传统方法简化处理为各向同性会引入误差。同时，环氧树脂绝缘漆在固化过程中产生的收缩应变会形成残余应力，改变其自身及与铁心结合区域的力学状态，而这一因素在传统模型中常被忽略。此外，铁心与绝缘漆之间的界面并非理想结合，存在微观形貌起伏、结合面积不足以及潜在的微损伤，这种复杂的界面效应极大地影响了载荷传递与整体刚度，但现有方法缺乏有效的参数对其进行量化与纳入计算模型。

3、由于上述界面效应、材料各向异性以及非均匀性未被充分考虑，基于传统方法计算得到的等效弹性模量难以准确预测变压器铁心在磁致伸缩激励下的振动响应，从而制约了减振降噪措施的精准设计与优化。因此，迫切需要一种能够综合考虑上述多因素影响的、更为精确的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构等效弹性模量计算方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，能实现对刷漆硅钢铁心等效弹性模量的准确计算，为变压器铁心的减振降噪设计提供关键力学参数。

2、为实现上述目的，本发明提供了超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，包括：

3、s1、获取铁心基体的等效弹性模量；

4、s2、获取环氧树脂绝缘漆层的等效弹性模量；

5、s3、获取铁心基体与环氧树脂绝缘漆层之间界面过渡层的等效弹性模量；

6、s4、基于所述铁心基体、所述环氧树脂绝缘漆层及所述界面过渡层的等效弹性模量，通过力学组合模型计算得到所述复合结构的整体等效弹性模量。

7、可选的，所述s1中获取铁心基体的等效弹性模量包括：

8、基于所述铁心基体的正交各向异性，建立其柔度系数；利用x射线衍射获取硅钢片的晶粒取向数据并计算取向分布函数；采用voigt-reuss-hill平均法，结合所述取向分布函数计算所述铁心基体在轧制方向与横向的等效弹性模量，并构建其正交各向异性弹性模量张量。

9、可选的，所述s2中获取环氧树脂绝缘漆层的等效弹性模量包括：

10、通过动态力学分析获取所述环氧树脂绝缘漆在玻璃态的初始弹性模量；通过热机械分析测量其固化收缩应变；基于所述初始弹性模量与所述固化收缩应变，对voigt-reuss-hill模型进行修正，以得到修正后的环氧树脂层等效弹性模量。

11、可选的，所述s3中获取铁心基体与环氧树脂绝缘漆层之间界面过渡层的等效弹性模量包括：

12、获取所述界面过渡层的实际结合面积占比与通过纳米压痕测试得到的局部弹性模量；通过剪切试验获取界面结合强度数据，并基于此数据拟合得到界面损伤因子；利用所述实际结合面积占比、所述局部弹性模量及所述界面损伤因子，计算所述界面过渡层的有效弹性模量。

13、可选的，所述s4中的力学组合模型为并联模型；通过力学组合模型计算整体等效弹性模量包括：将所述铁心基体、所述界面过渡层及所述环氧树脂绝缘漆层视为并联弹簧单元；基于各层的等效弹性模量与体积分数，按照并联刚度叠加原理计算所述复合结构的横向等效弹性模量。

14、可选的，所述并联弹簧单元的刚度根据各层的等效弹性模量、截面积及长度确定。

15、可选的，所述s4中的力学组合模型为串联模型；通过力学组合模型计算整体等效弹性模量包括：将所述铁心基体、所述界面过渡层及所述环氧树脂绝缘漆层视为串联弹簧单元；基于各层的等效弹性模量与体积分数，按照串联刚度合成原理计算所述复合结构的纵向等效弹性模量。

16、可选的，所述串联弹簧单元的刚度根据各层的等效弹性模量、截面积及长度确定。

17、一种电子设备，所述电子设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

18、所述处理器执行所述计算机程序指令时实现所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法。

19、一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法。

20、本发明技术效果：本发明公开了超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，通过分别计算并修正铁心基体、环氧树脂层及界面过渡层的等效弹性模量，并依据实际载荷方向进行串联或并联组合，实现了对超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构等效弹性模量的精确计算。该方法有效克服了传统方法忽略材料正交各向异性、固化收缩效应及界面损伤的缺陷，使得计算结果能够更真实地反映复合结构在实际工况下的宏观力学行为。由此获得的准确等效弹性模量参数，为电力变压器铁心的振动特性分析、减振降噪的优化设计提供了可靠的力学依据，有助于从源头抑制变压器运行噪声。

1.超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，其特征在于，所述s1中获取铁心基体的等效弹性模量包括：

3.如权利要求1所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，其特征在于，所述s2中获取环氧树脂绝缘漆层的等效弹性模量包括：

4.如权利要求1所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，其特征在于，所述s3中获取铁心基体与环氧树脂绝缘漆层之间界面过渡层的等效弹性模量包括：

5.如权利要求1所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，其特征在于，所述s4中的力学组合模型为并联模型；通过力学组合模型计算整体等效弹性模量包括：将所述铁心基体、所述界面过渡层及所述环氧树脂绝缘漆层视为并联弹簧单元；基于各层的等效弹性模量与体积分数，按照并联刚度叠加原理计算所述复合结构的横向等效弹性模量。

6.如权利要求5所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，其特征在于，所述并联弹簧单元的刚度根据各层的等效弹性模量、截面积及长度确定。

7.如权利要求1所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，其特征在于，所述s4中的力学组合模型为串联模型；通过力学组合模型计算整体等效弹性模量包括：将所述铁心基体、所述界面过渡层及所述环氧树脂绝缘漆层视为串联弹簧单元；基于各层的等效弹性模量与体积分数，按照串联刚度合成原理计算所述复合结构的纵向等效弹性模量。

8.如权利要求7所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法，其特征在于，所述串联弹簧单元的刚度根据各层的等效弹性模量、截面积及长度确定。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-8任意一项所述的超薄硅钢铁心与绝缘漆复合结构的等效弹性模量计算方法。