工業(yè)設(shè)備中有大量的旋轉(zhuǎn)機械，如風機，壓縮機，離心機，汽輪機等設(shè)備，由于比較的高的旋轉(zhuǎn)速度，其旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力對結(jié)構(gòu)的作用就無法忽略。在對旋轉(zhuǎn)機械來進行有限元分析時，因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的慣性載荷離心力對其本體的靜，動態(tài)特性有著非常的大影響。下面就離心力如何在WELSIM中實現(xiàn)做一個說明。

1. 實物

離心式旋轉(zhuǎn)機械的葉片，這是一個加工打磨好的離心式旋轉(zhuǎn)機械葉片，葉片是焊接在圓盤上的，已經(jīng)打磨完畢。中間的通孔用于轉(zhuǎn)軸的鏈接的。一般用于連接驅(qū)動機構(gòu)，如電機或汽輪機等。

2. 幾何模型

我們在CAD軟件中建立一個類似的結(jié)構(gòu)，并將STEP格式的模型導入WELSIM中，得到如下模型

3. 網(wǎng)格劃分

這里我們使用的是tet10的單元，全自動網(wǎng)格劃分，共生成12546個節(jié)點，6223個四面體單元。

4. 邊界條件與載荷

WELSIM提供了常用的邊界條件，同時也提供了用于體現(xiàn)離心力的角速度體力。

給結(jié)構(gòu)施加轉(zhuǎn)動速度，本質(zhì)上就是施加了離心力，即

F = mrw^2

由該公式可知，我們輸入的轉(zhuǎn)動速度，是公示中的w，該公式中的r是模型中的任意一點到轉(zhuǎn)軸的距離，因此要定義轉(zhuǎn)動速度載荷，必須要確定轉(zhuǎn)軸位置。

這里設(shè)置角速度的大小為100 rad/s，以風機軸為中心轉(zhuǎn)軸位置。

固定一下風機葉片轉(zhuǎn)軸

5. 結(jié)果及評定

離心旋轉(zhuǎn)葉片的有限元分析結(jié)果如下圖所示。綜合變形的最大值為1.880e-6，可見在目前的轉(zhuǎn)速，材料和設(shè)計下，結(jié)構(gòu)的變形是非常小的。

Von-Mises應(yīng)力分布，最大值為3.140e6，大小也是在鋼材的許用應(yīng)力以內(nèi)的。可以看到應(yīng)力集中位置在葉片與轉(zhuǎn)盤的焊接頭尾部位。所以在設(shè)計和加工階段，可以適當優(yōu)化這些部位。

注：本算例僅作為軟件演示用，不作為實際工程分析參考。旋轉(zhuǎn)速度（Rotational Velocity）是WELSIM v1.7中引入的新功能。WELSIM是一款由中國人研發(fā)的大型通用有限元軟件。