交流牵引电机是电力机车拖动系统的关键部件之一。随着机车速度与牵引容量的不断增加,电机的运行环境更加复杂恶劣,如动载荷变化与复杂电磁力激励。牵引电机绕组长期受机械和电磁振动共同作用,导致绕组绝缘层产生动态机械应力,绝缘结构很容易出现破损并加速绝缘材料老化与击穿。目前,绕组短路故障是直接或间接导致牵引电机事故的主要原因之一。国内外学者对电机端部绕组的电磁、振动问题做了大量的研究工作,但绝大部分集中在绕组导体受力方面,而很少考虑绝缘层的机械应力状态。实际中,牵引电机定子绝缘机械应力状态对绝缘损伤扩展以及电机运行寿命和可靠性都有重要影响。有必要对绕组绝缘层受力及损伤扩展规律进行深入研究。本文以牵引电机绕组为研究对象,采用三维有限元方法对其进行多物理场建模仿真和计算,通过裂纹损伤模拟对绝缘损伤强度进行分析,提取复杂条件下绝缘机械损伤特征参量,研究绝缘损伤扩张规律与影响因素,具体研究内容为:首先,通过磁-固耦合分析建立了牵引电机端部绕组三维有限元分析模型,分析了绕组在三相电流激励下的端部漏磁场和电磁力分布特性,获得了绕组导体与绝缘层的应力状态,确定了绕组绝缘层的应力应变集中分布,为绕组绝缘损伤强度研究奠定基础。其次,基于断裂分析理论对绕组绝缘层裂纹损伤进行断裂分析。采用裂纹损伤单元对绝缘初始缺陷进行模拟,通过断裂分析获得了裂纹附近的应力应变状态,引入应力强度因子研究了不同初始裂纹状态对绝缘损伤强度与扩展程度的影响规律。结果表明,定子出槽口位置的裂纹损伤比鼻端位置更容易扩展,横向裂纹比纵向裂纹更容易扩展,裂纹深度越深扩展程度越大。最后,通过考虑端部绕组绑扎松动引起的端箍局部支撑失效研究绕组动稳性对绝缘损伤强度的影响规律。计算了不同失效状态下的结构模态和强迫振动响应,得到了端部绕组的应力和位移响应,发现局部支撑失效后最大应力值和应力集中位置都发生了变化。同时,对局部支撑失效下的裂纹损伤应力强度因子进行计算和比较分析,发现局部支撑失效对绝缘层损伤及扩展程度有显著影响,数值上可能扩大10倍以上。本文研究结果可以为电机绝缘损伤机理、绝缘状态诊断与寿命预测研究提供重要的理论参考。