本篇文章将带大家了解如何利用CST低频工作室模拟电动振动台。电动振动台是一种利用电磁感应原理产生机械振动的试验设备,可以模拟产品在于制造,组装运输及使用执行阶段中所遭遇的各种环境,以检验产品在真实使用、运输过程中的可靠性和耐久性,适用于电子、机电、光电、汽机车、玩具等各行各业的研究、开发、制造。
电动振动台的工作原理是基于一个非常基础的物理定律——安培定律,即通电的导体在磁场中会受到力的作用。
一个完整的电动振动试验系统通常包括以下几个核心部分:
振动台体:系统的核心执行机构,内部包含驱动线圈和产生强磁场的磁路结构,直接产生机械振动。
功率放大器:为振动台提供"能量"的动力源,负责将小信号放大。
振动控制仪:系统的"大脑",生成并精确控制振动的波形、频率和幅值。
冷却系统:由于驱动线圈通过大电流会产生大量热量,需要强制风冷或水冷等方式为其降温,保证设备稳定运行。
传感器:通常为加速度计,用于实时测量振动并反馈给控制器。
水平滑台/扩展台面:辅助配件,用于改变振动方向(如进行水平振动)或安装更大尺寸的试件。
打开CST低频工作室,通过import的功能将画好的振动台结构导入到CST中,振动台结构如图下图所示。

结构导入后,第一步就是处理模型及材料设置,其中最关键的是内部铁芯、励磁线圈和绕组的设置。该振动台铁芯是一种特殊材料,我们需要获得该材料的介电常数以及B-H值。
在CST工程树列表中右击Materials>New Material。

在弹框中设置材料名称,介电常数和Mu值均为1,Type选择Normal,点击Nonlinear Prop,在弹框中设置B-H值,B-H值可手动输入也可通过import导入。


关于励磁线圈,由于励磁线是闭合的曲线所以我们这里画Coil时选择Simulation下的Coil>Coil或Coil from Solid。

在创建Coil前需要定义Coil的截面以及绕线路径,这里我们需要用到Curve,点击Modeling>Curves>Circle画出旋转路径,弹窗中设置半径及位置。


下面画截面,点击Modeling>Curves>3D Polygon。


点击Simulation下的Coil>Coil,按照提示双击截面再双击旋转路径即可生成一个Coil,在弹窗中设置励磁激励、匝数及电流方向,下励磁及绕组采用同样的方法。

模型都处理完之后,设置扫描频率、边界条件、求解器等,这里选择LF求解。

仿真结束可查看Coil上的电流电压分布,模型上的磁感应强度分布等。

绕组上的电流分布

160Hz磁感应强度分布
结果中的磁感应强度较低,可能和输入的B-H值相关,感兴趣的朋友可自行研究。若要看某区域的的磁感应强度则可通过后处理来得到。

绕组截面的磁感应强度