AIFEM是由天洑自主研發的一款通用的智能結構仿真軟件，助力用戶解決固體結構相關的靜力學、動力學、振動、熱力學等實際工程問題，軟件提供高效的前后處理工具和高精度的有限元求解器，幫助用戶快速、深入地評估結構的力學性能，加速產品的設計迭代。

概 要 

1）案例描述

水輪機轉輪在運轉過程中受到旋轉慣性力及水壓等復雜工況，同時還需特別關注運行時產生的共振現象。基于這些需求，本案例對轉輪進行模態及靜力分析。其中模態分析不施加載荷及邊界條件。

2）幾何

水輪機轉輪幾何如圖1-1所示，其主要運行形式為繞中心軸轉動。

圖1 幾何模型

3）材料

楊氏模量：205000MPa，泊松比：0.28，密度： 7.87e-9tonne/mm3

4） 旋轉慣性力載荷（靜力）

對象：整體轉輪，轉軸：轉輪的旋轉對稱軸（Z軸），轉速：166.7rps

5）邊界條件（靜力）

轉軸處固定：Ux=Uy=Uz=0mm

建 模 

1）新建方案

① 啟動AIFEM 2023R2；

② 點擊創建方案，在新建方案彈窗中，填寫文件名《水輪機轉輪》，點擊保存。

圖2-1 AIFEM窗口

圖2-2 新建方案

2）幾何

① 點擊 幾何>導入 ，彈出導入幾何文件彈窗；

② 在導入幾何文件彈窗中 ，選擇幾何文件Rotor.step；

③ 選擇默認的‘導入為新模型’，將其導入為‘Rotor'，點擊導入。

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圖2-3 幾何導入

3）網格

① 點擊有限元模型>四面體網格，彈出四面體網格彈窗；

② 在四面體網格彈窗中，選擇整個轉輪作為對象，點擊對象右側的確定；

③ 將全局網格尺寸修改為2mm，點擊確定。

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圖2-4 網格劃分

4）材料

①  點擊有限元模型>材料庫，在材料庫彈窗中，a.選擇系統材料庫中steel材料；b.點擊’>’將其添加至模型材料庫中；點擊確定；

②  點擊有限元模型>固體屬性，在固體屬性彈窗中，a.選擇整個模型為對象，點擊右上角確定；b.選擇對應的幾何賦予steel材料屬性；點擊確定。

圖2- 5  材料賦予

分 析 

1）分析步

①  點擊有限元分析>新增分析，創建一個‘結構分析’，選擇子分析步為模態，點擊繼續；

②  彈出模態分析步彈窗，a.給定振型數為11；b.最大頻率選為5000Hz。點擊確定；

③  點擊有限元分析>靜力，在‘結構分析’下創建一個‘靜力’子分析步，點擊確定。

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圖3-1 分析步創建

2）邊界條件

① 點擊有限元分析>位移/旋轉，可彈出位移/旋轉彈窗；

② 在位移/旋轉彈窗中，a.選擇起始分析步為靜力-2；b.選擇對象為轉軸處，點擊右上角確定; c.指定位移Ux=Uy=Uz=0mm，點擊確定。

圖 3-2 邊界 條件 設置

3）載荷

① 點擊有限元分析>旋轉慣性力，彈出旋轉慣性力彈窗；

② 在旋轉慣性力彈窗中，a.選擇起始分析步為靜力-2;b.選擇對象為整體，點擊右上方確定；c.選擇旋轉軸為Z軸 ；d.輸入離心力轉速為166.7rps。點擊確定。

圖3-3 載荷設置

4）求解

① 點擊有限元分析>求解，出現求解彈窗；

② 在求解彈窗中，定義輸出名稱及求解模型，點擊求解提交計算。

圖3-4 求解

后處理

1）云圖查看

① 求解完成后，軟件自動導入結果；

②  選擇模態步，a.在視口左側選擇U及其下Magnitude；b.輸入相應變形系數；c.進行模態云圖及動畫查看；

③ 點擊結果>模態結果，查看相應模態結果數據。

圖4-1  模態云圖

圖4-2 模態結果

①  a.在視口區左側選擇S及其下Mises；b.視口區下側選擇相應幀，c.輸入相應變形系數，進行應力云圖查看；

② a.在視口區左側選擇U及其下Magnitude；b.視口區下側選擇相應幀，c.輸入相應變形系數，進行位移云圖查看。

圖4-3  應力云圖

圖4-4 位移云圖

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