一、案例背景

一、案例背景

水轮机是水电站发电用的设备,活动导叶是水轮机的一个部件,可以预先调节水的流量和角度。因此活动导叶会承受较大水压,发生微小变形,设计时需要对其进行静强度分析。

本案例需要的输入文件和参数信息如下表:

打开网易新闻 查看精彩图片
图1 几何模型
打开网易新闻 查看精彩图片
图1 几何模型

二、导入几何

二、导入几何

a. 启动AIFEM 2024R1

b. 在窗口左侧点击+新建方案,自定义文件的保存路径,并填写文件名“水轮机活动导叶”,点击保存;

打开网易新闻 查看精彩图片
图2 新建方案
打开网易新闻 查看精彩图片
图2 新建方案

c.在“导入几何”弹窗中选择安装目录案例集文件夹下对应的几何文件Vane.step,导入到新模型,模型名称Vane,点击导入;模型上下是轴,中间是叶片。工作中叶片两面都将受到水流的冲击力。

打开网易新闻 查看精彩图片
打开网易新闻 查看精彩图片
图3 几何导入
打开网易新闻 查看精彩图片
图3 几何导入

三、划分网格

三、划分网格

a. 顺着左侧功能树从上到下操作,就能完成整个设置。功能树前有提示图标,红色代表必须要设置,绿色空心代表可选择设置,不设置也能求解,绿色对钩代表已设置完成,且设置正确;

图4 设置界面
打开网易新闻 查看精彩图片
图4 设置界面

b. 点击网格处的加号,选四面体网格,对象选择整个模型。单元阶次设为二阶,全局网格尺寸设为20mm,其余保持默认,点击生成,体网格就生成好了。

打开网易新闻 查看精彩图片
打开网易新闻 查看精彩图片
图5 网格划分
打开网易新闻 查看精彩图片
图5 网格划分

四、材料选择

四、材料选择

a. 叶片材料是钢,点击材料库图标,选择钢,确定。

打开网易新闻 查看精彩图片
图6 材料选择
打开网易新闻 查看精彩图片
图6 材料选择

五、赋予属性

五、赋予属性

a. 点击加号,固体属性,对象选择整个模型,下面材料已经默认选择了我们刚从材料库中指定的钢,确定。

打开网易新闻 查看精彩图片
图7 固体属性
打开网易新闻 查看精彩图片
图7 固体属性

六、分析设定

六、分析设定

a. 点击加号新增一个分析,我们做的是静力学结构分析,子分析步选静力,点击继续;

打开网易新闻 查看精彩图片
图8 新增分析
打开网易新闻 查看精彩图片
图8 新增分析

b. 设置子分析步,勾选“线性摄动”,意思是认为叶片的形变量不大,是线性的弹性变形,仿真中采用线性静力学算法。确定。

图9 子分析步设置
打开网易新闻 查看精彩图片
图9 子分析步设置

七、边界条件设置

七、边界条件设置

a. 开始设置边界条件,就是根据导叶的实际装配情况固定相应的面。它这侧的端面是Z轴方向固定的,不能移动;轴上这4个弧面是X轴和Y轴方向固定的;

图10 导叶几何模型
打开网易新闻 查看精彩图片
图10 导叶几何模型

b. 点击边界条件后的加号,位移/旋转,对象选择这个端面,点击位移的Z方向,保持默认的0,确定;

打开网易新闻 查看精彩图片
打开网易新闻 查看精彩图片
图11 边界条件设置
打开网易新闻 查看精彩图片
图11 边界条件设置

c. 选择轴上这四个曲面,点击位移的X和Y方向,保持默认的0,确定。边界就加好了;

打开网易新闻 查看精彩图片
图12 边界条件设置
打开网易新闻 查看精彩图片
图12 边界条件设置

d. 在约束是2个以上零件才涉及到的,我们这个案例模型是一个整体,没有装配,不涉及约束;

图13 约束设置
打开网易新闻 查看精彩图片
图13 约束设置

e. 载荷,就是添加模型受到的力。工作时,这个导叶的两面会受到水流带来的0.37MPa和0.074MPa的压力。点击添加压力,对象先选择弧度较大的面,压力输入0.37,确定;

打开网易新闻 查看精彩图片
打开网易新闻 查看精彩图片
图14 添加载荷设置
打开网易新闻 查看精彩图片
图14 添加载荷设置

f. 继续添加压力,选弧度较小的面,压力输入0.074,确定;

打开网易新闻 查看精彩图片
图15 添加载荷设置
打开网易新闻 查看精彩图片
图15 添加载荷设置

g. 辅助函数不涉及。

图16 辅助函数设置
打开网易新闻 查看精彩图片
图16 辅助函数设置

八、运行求解

八、运行求解

a. 双击求解。保持默认设置,求解。大概1分钟求解就完成,软件会自动加载结果。

图17 运行求解
打开网易新闻 查看精彩图片
图17 运行求解

九、查看结果

九、查看结果

a. 默认显示的是零件的变形情况云图,可以看到最大变形区的位置;

图18 查看变形云图
打开网易新闻 查看精彩图片
图18 查看变形云图

b. 通过左侧的图例,可看到最大变形量,0.316mm。知道了变形量,在设计时就要预留一定的间隙,防止零件干涉;

图19 查看变形量
打开网易新闻 查看精彩图片
图19 查看变形量

c. 切换为应力云图,可查看导叶的最大应力,为88.6MPa。这个应力没问题,远小于钢材的屈服应力,不会导致导叶发生永久变形。在云图中可以看到零件的应力分布,方便进行结构优化。

图20 切换应力云图
打开网易新闻 查看精彩图片
图20 切换应力云图
图21 查看应力云图
打开网易新闻 查看精彩图片
图21 查看应力云图