Mechanical analysis for electrical machines

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi

Date

2008

Major/Subject

Sähkömekaniikka

Mcode

S-17

Degree programme

Language

en

Pages

98

Series

Abstract

Knowledge from electromagnetism, mechanics and thermal analysis is needed for a proper design of an electrical machine. Electrical engineers typically have a good knowledge on electromagnetism but they are not familiar with the mechanical or thermal aspects. This thesis gives some background for the mechanical problems. The main part of this thesis presents the basics of mechanics of materials. All the basic concepts, e.g. stress and strain, are presented. The basic phenomena, e.g. fatigue or stress concentration, are also studied. Basic laws and principles, e.g. Hooke's law and principle of de Saint Venant, are presented as well. The methods used are analytical and numerical. Analytical methods are not difficult in the mathematical sense and they are presented together with the basic mechanics of materials and examples. The numerical method used is the finite element method because it is the basic numerical method in the mechanics of materials. A pragmatic point of view is taken: this thesis will not go deep into the theory of finite elements but rather presents solution procedures with one particular computer program, namely ANSYS. In the last section, examples of mechanics of materials from the elecromechanical point of view are presented. The idea of these examples is to use the knowledge of mechanics of materials, show how finite element method is applied and present some particular problems in machine design. Problems for the reader are also included.

Elektromagnetiikan, mekaniikan ja lämpöopin tuntemus on välttämätöntä suunniteltaessa sähkökonetta. Sähköinsinööreillä on tyypillisesti hyvät tiedot sähkömagnetiikasta mutta huonommat mekaniikasta ja lämpöopista. Tämä työ antaa hieman perustietoja mekaniikan ongelmista. Työn pääosa esittää lujuusopin perusteet. Kaikki peruskäsitteet kuten jännitys ja venymä esitellään. Perusilmiöt kuten väsyminen ja lovivaikutus esitellään myös. Peruslait ja periaatteet kuten Hooken laki ja Saint Venantin periaate käydään läpi. Menetelmät ovat sekä analyyttisiä että numeerisia. Analyyttiset menetelmät eivät ole vaikeita matemaattisessa mielessä ja ne esitellään lujuusopin ja esimerkkien yhteydessä. Numeerisena menetelmänä käytetään elementtimenetelmää, koska kyseinen menetelmä on lujuusopin ongelmien perustyökalu. Tässä on lähestytty asiaa käytännöllisestä näkökulmasta: Työssä ei käydä elementtimenetelmän teoriaa läpi vaan lähinnä esitellään ratkaisumenetelmä käyttäen tietokoneohjelmaa, joka tässä tapauksessa on ANSYS. Viimeisessä osiossa esitellään lujuusopin ongelmia sähkökoneiden näkökulmasta. Näiden esimerkkien idea on käyttää lujuusopin perustietoja, näyttää kuinka elementtimenetelmää käytetään käytännössä sekä esitellä koneensuunnittelun erityisiä ongelmia. Työhön on myös sisällytetty tehtäviä lukijalle.

Description

Supervisor

Arkkio, Antero

Thesis advisor

Perho, Jarmo

Keywords

mechanics, mekaniikka, mechanics of materials, lujuusoppi, electrical machines, sähkökoneet, machine design, koneensuunnittelu, finite element method, elementtimentelmä

Other note

Ei arkistokappaletta

Citation