【AIFEM案例教程】水轮机活动导叶强度分析

AIFEM是由天洑自主研发的一款通用的智能结构仿真软件，助力用户解决固体结构相关的静力学、动力学、振动、热力学等实际工程问题，软件提供高效的前后处理工具和高精度的有限元求解器，帮助用户快速、深入地评估结构的力学性能，加速产品的设计迭代。

一、概 要

1）案例描述

水轮机活动导叶对整个机组的性能和安全起着至关重要的作用。为验证某型水轮机活动导叶刚强度，本案例对其额定水头工况进行静力分析。

2）几何

某型活动导叶几何如图1-1所示，叶片造型类似机翼，一侧弧度大，一侧弧度小。弧度大侧为正面C，弧度小侧为反面G。

图1 几何模型

3）材料

杨氏模量：20500MPa，泊松比：0.28

4）载荷

正面C压力：0.37MPa，反面G压力：0.074MPa

5）边界条件

面A ：Ux=Uy=0mm，面B、D、E：Ux=0mm，面F：Uz=0mm

二、建 模

1）新建方案

启动AIFEM 2023R2；

点击创建方案，在新建方案弹窗中，填写文件名《水轮机活动导叶》，点击保存。

图2-1 AIFEM窗口

图2-2 新建方案

2）几何

点击几何>导入，弹出导入几何文件弹窗；

在导入几何文件弹窗中，选择几何文件Vane.step；

选择默认的‘导入为新模型’，将其导入为‘Vane’，点击导入。

图2-3 几何导入

3）网格

点击有限元模型>四面体网格，弹出四面体网格弹窗；

在四面体网格弹窗中，选择整个导叶作为对象，点击对象右侧的确定；

将全局网格尺寸修改为10mm，点击确定。

图2-4 网格划分

4）材料

点击有限元模型>材料库，在材料库弹窗中，a.选择系统材料库中steel材料；b.点击’>’将其添加至模型材料库中；点击确定；

点击有限元模型>固体属性，在固体属性弹窗中，a.选择整个模型为对象，点击右上角确定；b.选择对应的几何赋予steel材料属性；点击确定。

图2-5 材料赋予

三、分 析

1）分析步

点击有限元分析>新增分析，创建一个‘结构分析’ ，选择子分析步为静力，点击确定。

图3-1 分析步创建

2）边界条件

点击有限元分析>位移/旋转，可弹出位移/旋转弹窗；

在第1个位移/旋转弹窗中，a.选择面A; b.指定位移Ux=Uy=0mm。勾选继续新增，点击确定；

在第2个位移/旋转弹窗中，a.选择面B、D、E; b.指定位移Ux=0mm。点击确定；

在第3个位移/旋转弹窗中，a.选择面F; b.指定位移Uz=0mm。反勾选继续新增，点击确定。

图3-2 边界条件设置

3）载荷

点击有限元分析>压力，可弹出压力弹窗；

在第1个压力弹窗中，a.选择弧度大的正面；b施加0.37MPa压力。勾选继续新增，点击确定；

在第2个压力弹窗中，a.选择弧度小的反面；b施加0.074MPa压力。反勾选继续新增，点击确定。

图3-3 载荷设置

4）求解

点击有限元分析>求解，出现求解弹窗；

在求解弹窗中，定义输出名称及求解模型，点击求解提交计算。

图3-4 求解

四、后处理

1）云图查看

求解完成后，软件自动加载计算结果；

a.在视口区左侧选择S及其下Mises；b.视口区下侧选择相应帧，c.默认变形系数，进行应力云图查看；

a.在视口区左侧选择U及其下Magnitude；b.视口区下侧选择相应帧，c.默认变形系数，进行位移云图查看。

图4-1 应力云图

图4-2 位移云图