一、案例背景

水輪機是水電站發電用的設備，活動導葉是水輪機的一個部件，可以預先調節水的流量和角度。因此活動導葉會承受較大水壓，發生微小變形，設計時需要對其進行靜強度分析。 

本案例需要的輸入文件和參數信息如下表：

圖1  幾何模型

二、導入幾何

a. 啟動AIFEM 2024R1；

b. 在窗口左側點擊+新建方案，自定義文件的保存路徑，并填寫文件名“水輪機活動導葉”，點擊保存；

圖2 新建方案

c. 在“導入幾何”彈窗中選擇安裝目錄案例集文件夾下對應的幾何文件Vane.step，導入到新模型，模型名稱Vane，點擊導入；模型上下是軸，中間是葉片。工作中葉片兩面都將受到水流的沖擊力。

圖3  幾何導入

三、劃分網格

a. 順著左側功能樹從上到下操作，就能完成整個設置。功能樹前有提示圖標，紅色代表必須要設置，綠色空心代表可選擇設置，不設置也能求解，綠色對鉤代表已設置完成，且設置正確；

圖4 設置界面

b. 點擊網格處的加號，選四面體網格，對象選擇整個模型。單元階次設為二階，全局網格尺寸設為20mm，其余保持默認，點擊生成，體網格就生成好了。

圖5 網格劃分

四、材料選擇

a. 葉片材料是鋼，點擊材料庫圖標，選擇鋼，確定。

圖6 材料選擇

五、賦予屬性

a. 點擊加號，固體屬性，對象選擇整個模型，下面材料已經默認選擇了我們剛從材料庫中指定的鋼，確定。

圖7 固體屬性

六、分析設定

a. 點擊加號新增一個分析，我們做的是靜力學結構分析，子分析步選靜力，點擊繼續；

圖8 新增分析

b. 設置子分析步，勾選“線性攝動”，意思是認為葉片的形變量不大，是線性的彈性變形，仿真中采用線性靜力學算法。確定。

圖9 子分析步設置

七、邊界條件設置

a. 開始設置邊界條件，就是根據導葉的實際裝配情況固定相應的面。它這側的端面是Z軸方向固定的，不能移動；軸上這4個弧面是X軸和Y軸方向固定的；

圖10 導葉幾何模型

b. 點擊邊界條件后的加號，位移/旋轉，對象選擇這個端面，點擊位移的Z方向，保持默認的0，確定；

圖11  邊界條件設置

c. 選擇軸上這四個曲面，點擊位移的X和Y方向，保持默認的0，確定。邊界就加好了；

圖12 邊界條件設置

d. 在約束是2個以上零件才涉及到的，我們這個案例模型是一個整體，沒有裝配，不涉及約束；

圖13 約束設置

e. 載荷，就是添加模型受到的力。工作時，這個導葉的兩面會受到水流帶來的0.37MPa和0.074MPa的壓力。點擊添加壓力，對象先選擇弧度較大的面，壓力輸入0.37，確定；

圖14 添加載荷設置

f. 繼續添加壓力，選弧度較小的面，壓力輸入0.074，確定；

圖15 添加載荷設置

g. 輔助函數不涉及。

圖16 輔助函數設置

八、運行求解

a. 雙擊求解。保持默認設置，求解。大概1分鐘求解就完成，軟件會自動加載結果。

圖17 運行求解

九、查看結果

a. 默認顯示的是零件的變形情況云圖，可以看到最大變形區的位置；

圖18 查看變形云圖

b. 通過左側的圖例，可看到最大變形量，0.316mm。知道了變形量，在設計時就要預留一定的間隙，防止零件干涉；

圖19 查看變形量

c. 切換為應力云圖，可查看導葉的最大應力，為88.6MPa。這個應力沒問題，遠小于鋼材的屈服應力，不會導致導葉發生永久變形。在云圖中可以看到零件的應力分布，方便進行結構優化。

圖20 切換應力云圖

圖21 查看應力云圖