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

壓力容器為承載一定壓力的密閉容器，一旦損壞后果嚴重。本案例對壓力容器熱傳導工況及溫度引起的熱應力工況進行分析。

2）幾何

某型壓力容器下半部分模型如圖1-1（a）所示，考慮到對稱性，選擇取其四分之一模型進行分析，如圖1-1（b）。由綠色容器與白色保溫層組成，如圖1-1（c）。二者間采用tie綁定約束。

圖1-1 幾何模型

3）材料

綠色區域Steel，白色區域：PP

4）熱傳導工況

① 分析步：穩態熱傳導

② 邊界條件：面A、F：溫度20oC；面B：溫度347oC

5）熱應力工況

① 分析步：靜力

② 邊界條件：面C：Z軸對稱；面D：X軸對稱；面E：Uy=0

③ 預定義場：將熱傳導工況計算得到的溫度場施加至整個模型

圖1-2 工況示意圖

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《壓力容器熱分析》，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Pressurized_container_1.stp；

③ 選擇默認的導入到‘新模型’，模型名稱為‘壓力容器熱分析’，點擊導入。

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圖2-3 幾何導入

① 再次點擊幾何>導入，彈出導入幾何彈窗；

② 在導入幾何彈窗中，選擇幾何文件Pressurized_container_2.step；

③ 選擇導入到‘新零件’，將其導入已有模型‘壓力容器熱分析’下的Pressurized_container_2，點擊導入。

④ 點擊左側方案樹組件右側+，在相應彈窗中選擇 Pressurized_container_2   添加為組件-2。

   

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圖2-4 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，對第一個零件劃分網格；

② 在四面體網格彈窗中，點擊對象選擇為第一個零件；網格尺寸選擇40mm；

③ 點擊局部網格細化右側+按鈕，彈出局部網格細化彈窗。

圖2-5 網格尺寸設置

① 在局部網格細化彈窗中，選擇模型過渡圓角處為對象（兩個對稱面各有兩個圓角，共4個），點擊對象右側的確定；

② 將局部網格尺寸修改為5mm；

③ 點擊確定。

④ 回退至四面體網格彈窗，點擊確定。

圖2-6 局部網格細化

圖2-7 網格劃分

① 點擊有限元模型>四面體網格，彈出四面體網格彈窗，對第二個零件劃分網格；

② 在四面體網格彈窗中，點擊對象選擇第二個零件；網格尺寸選擇 40mm；

③ 點擊局部網格細化右側＋按鈕，彈出局部網格細化彈窗。

圖2-8 網格尺寸設置

① 在局部網格細化彈窗中，選擇模型過渡圓角處為對象 （兩個對稱面各有兩個圓角，共 4 個）， 點擊對象右側的確定；

② 將局部網格尺寸修改為5mm；

③ 點擊確定。

④ 回退至四面體網格彈窗，點擊確定。

圖2-9 局部網格細化

圖2-10 網格劃分

4）材料

① 點擊有限元模型>材料庫。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；

② 類似選擇PP材料，將其添加至模型材料庫中，點擊確定。

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圖2-11 材料賦予

     ① 在方案樹材料下，點擊PP材料右側修改按鈕，打開材料彈窗；

     ② 修改PP材料彈性模量為1MPa，點擊確定。

圖2-12 材料賦予

5）屬性

     ① 點擊有限元模型>固體屬性，在固體屬性彈窗中，a.選擇相應steel材料幾何為對象，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；（右下可切換顯示幾何）

    ② 點擊有限元模型>固體屬性，在固體屬性彈窗中，a.選擇相應PP材料幾何為對象，點擊右上角確定；b.選擇對應的幾何賦予PP 材料屬性；點擊確定。

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               圖2-13固體屬性賦予

熱傳導-分析 

1）分析步

① 點擊有限元分析>新增分析，創建一個‘熱學分析’，點擊繼續;

② 彈出熱傳導分析步彈窗，確認參數后點擊確定。

圖3-1 分析步創建

2）約束

① 點 擊有限元分析>綁定，彈出綁定彈窗；

② 將鼠標懸停至方案樹組件-2上，點擊右側出現的按鈕，將其隱藏；

③ 在綁定約束彈窗中，主面選擇組件-1上，與組件-2的相連面，點擊主面右側的確定按鈕。

圖3-2  約束主面設置

①  將鼠標懸停至方案樹組件-1上，點擊右側出現的 按鈕，將其隱藏；

② 點擊方案樹組件-2右側按鈕，將隱藏的組件-2顯示；

③  在綁定約束彈窗中，副面選擇組件-2上，與組件-1的相連面。點擊右下角確定。

④ 點擊方案樹組件-1右側按鈕，將隱藏的組件-1顯示。

圖3-3  約束副面設置

3）邊界條件

① 點擊有限元分析>邊界條件>溫度，即可打開溫度彈窗；

② 在第1個溫度彈窗中，a.選擇面A、F為對象，點擊右上確定; b.指定溫度20oC 。勾選繼續新增，點擊確定；

③ 在第2個溫度彈窗中，a.選擇面B為對象，點擊右上確定; b.指定溫度347oC 。取消勾選繼續新增，點擊確定。

圖3-4 邊界條件設置

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、分析方案及求解模式，點擊確定進行求解。

圖3-4 求解

熱傳導-后處理

1）云圖查看

① 求解完成后，軟件自動導入結果；

② a.在視口區左側選擇NT及其下NT；b.視口區下側選擇相應幀，進行節點溫度云圖查看。

圖4-1 溫度云圖

熱應力-分析

1）分析步

① 點擊有限元分析>新增分析，創建一個名稱為分析-2的結構分析及相應靜力子分析步以用于熱應力分析，點擊確定。

圖5-1 分析步創建

2）約束

① 將鼠標懸停至方案樹分析-1的綁定約束-1上，點擊右鍵復制。

② 將鼠標懸停至方案樹分析-2的約束上，點擊右鍵粘貼。

圖5-2 約束主面設置

3）邊界條件

① 點擊有限元分析>對稱/固定，即可打開對稱/固定邊界彈窗。

② 在第1個對稱/固定彈窗中，a.選擇分析-2; b.選擇面C為對象；c.選擇Z軸對稱，勾選繼續新增。點擊確定。

③ 在第2個對稱/固定彈窗中，a.選擇分析-2; b.選擇面D為對象；c.選擇X軸對稱，取消勾選繼續新增。點擊確定。

圖5-3 邊界條件設置

① 點擊有限元分析>位移/旋轉，即可打開位移/旋轉彈窗；

② 在位移/旋轉彈窗中，a.選擇分析-2; b.選擇面E為對象; c.設置Uy為0。點擊確定。

圖5-4 邊界條件設置

4）載荷

① 點擊有限元分析>載荷>溫度，彈出溫度彈窗。

② 在溫度彈窗中，a.選擇分析-2; b.選擇整個模型為對象（左上 可切換選擇對象為體）；c.讀取熱傳導工況的計算結果結果-1作為載荷施加；

③ 點擊確定。

圖5-5 載荷設置

5）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、分析方案及求解模式，其中分析方案選擇表示熱應力工況的分析-2，點擊確定進行求解。

圖5-6  求解

熱應力-后處理

1）云圖查看

① 求解完成后，軟件自動導入結果；

② 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；

③ 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6-1  應力云圖

圖6-2 位移云圖

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