一、案例背景

轉輪高速旋轉會產生離心力，不僅影響轉輪自身的結構強度，還關系到整機穩定性。因此設計時會用計算機軟件對轉輪進行靜力學分析，確保其強度達標，同時還要進行模態分析，算出固有頻率，避免發生共振。

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“壓力容器”，點擊保存；

圖2 新建方案

c.點擊幾何，導入；找到拷出的模型，打開，導入；

圖3  幾何導入

d. 這個模型是裙座支撐區的1/4，由于模型對稱，仿真中常用這種處理方式以簡化計算。

圖4 模型展示

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5 功能樹圖標設置

b. 劃分網格。這個模型各個方向尺寸相差不大，且形狀不一致，一般采用四面體網格。點擊網格處的加號，選四面體網格；

圖6 網格劃分

c. 對象選擇整個模型。單元階次設為二階，提高求解精度。全局網格尺寸設為40mm；

圖7 網格劃分

d. 對過渡圓角等細微結構進行網格加密。點局部網格細分處的加號，細分線，對象選圓角處曲線，一共四條。局部網格尺寸設為5mm，確定；

圖8 局部網格細化

e. 點擊生成，幾秒鐘后，體網格就生成了，能看到網格加密的區域。

圖9 網格生成

四、賦予屬性

a. 選擇材料。這個容器的材料是碳素鋼，軟件內置的材料庫沒有，需要手動新增。點擊材料后的加號，材料名稱輸入碳素鋼；

圖10 新增材料屬性

b. 勾選密度并輸入值7.8E-9tonne/mm3；勾選線彈性并輸入彈性模量1.96E5MPa，泊松比為 0.3，點擊確定。碳素鋼就添加好了；

圖11 新增材料屬性

c. 下面屬性是指把材料賦予容器。點擊加號，固體屬性，對象選整個模型，材料已經默認選擇我們剛添加的碳素鋼，確定。

圖12 固體屬性

五、分析設定

a. 分析設置。點擊加號新增，分析類型選結構分析，子分析步選靜力。點繼續；

圖13 分析設定

b. 保持默認，確定；

圖14 分析設定

c. 設置邊界條件。裙座底部是固定的，點擊邊界條件后的加號，位移/旋轉；

圖15 邊界條件設定

d. 對象選擇底面，位移處勾選xyz方向，保持默認0，意味在三個方向上沒有位移，固定的意思。確定；

圖16 邊界條件設定

e. 由于這是1/4模型，所以還有個邊界條件就是左右兩個剖面要設置為對稱面；

圖17 邊界條件設定

f. 點擊邊界條件后的加號，對稱/固定，對象先選擇其中一個剖面。觀察一下是X-Y平面對稱的，法向量是Z軸，所以，方式選對稱，類型選Z軸；

圖18 邊界條件設定

g. 同樣的方法，設置另一個面，這個是X軸對稱；

圖19 邊界條件設定

h. 設置載荷，也就是模型承受哪些力。首先，內壁面會受到內部高壓氣體施加的8.83MPa的工作壓力，點擊載荷后的加號，點擊壓力；

圖20 載荷設定

i. 對象選擇2個內壁面，輸入實際工作壓力8.83，確定；

圖21 載荷設定

j. 裙座上部的斷面，會受到整個反應器的重力形成的下壓力，這個容器計算后，壓力是16.47MPa，斷面還會受到由于壁面膨脹形成的向上拉力。計算后，拉力值是69.23MPa。那么上斷面的受力就是這兩個力的疊加，為52.76MPa的拉力；

圖22 計算結果

k. 點擊載荷后的加號，點擊壓力，對象選擇端面，輸入。

圖23  載荷設置

六、運行求解

a. 雙擊求解，保持默認設置，求解。

圖24 運行求解

七、查看結果

a. 求解完成后，軟件會自動加載計算結果，默認顯示的是位移云圖，可以看到罐體的最大變形量是1.183mm；

圖25 查看位移云圖

b. 切換到我們比較關心的應力，應力最大位置是在這個拐角處，就是我們網格加密的地方，應力最大值為169MPa，沒有超過碳素鋼約350MPa的屈服應力，不會導致罐體發生永久變形。但是否滿足設計要求，安全系數是否足夠，還要結合實際工程去判斷。

圖26 查看位移云圖