【结构仿真教程】6分钟学会抽尘泵转轮静力与模态分析
一、案例背景
转轮高速旋转会产生离心力，不仅影响转轮自身的结构强度，还关系到整机稳定性。因此设计时会用计算机软件对转轮进行静力学分析，确保其强度达标，同时还要进行模态分析，算出固有频率，避免发生共振。
本案例需要的输入文件和参数信息如下表：
图1 几何模型
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“转轮”，点击保存
图2 新建方案
c.点击工具条上的几何>导入，弹出“导入几何”弹窗，选择安装目录案例集文件夹下对应的几何文件Rotor.step，导入到新模型，模型名称Rotor，点击导入。
图3 几何导入
三、划分网络
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 功能树图标设置
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，提高求解精度。全局网格尺寸设为2mm，其余保持默认，点击生成。
图5 网格划分
四、材料选择
a. 选择材料。转轮材料是钢，点击材料库图标，选择钢，确定。
图6 材料选择
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。
图7 固体属性
六、分析设定
a. 点击加号新增，分析类型选结构分析；
图8 新增分析
b.我们这个案例要做两个分析，一个是静力分析，一个是模态分析，所以子分析步就有2个；首先设置静力，子分析步选静力，点继续；
图9 新增分析
c. 设置子分析步，第一个线性摄动是为了研究模型在小扰动下的响应，这种分析不会改变包含模态在内的模型状态。第二个子分析模态分析，是要算出转轮在离心力作用下的模态，不能忽视预应力对转轮刚度和模态的影响，所以静力分析时就不能做线性简化了，这里选“几何非线性”，它是符合实际情况的未做简化的选项。确定；
图10 设置子分析步
d.增加第二个子分析，模态分析。点击子分析步后点加号，模态；
图11 模态分析
e.理论上一个物体的模态有无数个，但工程中一般只求解关注的频率范围内的模态，模态求解可通过三个参数设置，给定阶数、最大频率、最小频率；最小频率选填，如不填写默认从0HZ开始求解，最大频率和给定阶数必须填一个，若同时填写，满足其中任意一个时求解器就停止。这个案例我们求解前12阶。
图12 模态分析
七、边界条件设置
a. 根据转轮的工作情况固定相应的面。转轮中间的孔和轴连在一起，是固定的，所以需要将孔的面设为固定面；
图13 边界条件设置
b.点击边界条件后的加号，位移/旋转，对象选择孔的所有面，注意别遗漏，点击位移的X/Y/Z方向，保持默认的0，确定。
图14 边界条件设置
八、载荷设置
a.零件载荷主要是高速旋转产生的离心力。点击加号，点击旋转惯性力，对象选择整个零件；
图15 载荷设置
b. 然后定方向，旋转方向在软件中是用右手定则规定的，大拇指指向旋转轴正方向，四指弯曲方向即为旋转方向。这个转轮的旋转方向在当前视角下是顺时针的，使用右手定则，旋转轴方向应为z轴正方向，它工作时的转速为每秒钟166转，确定。
图16 载荷设置
九、运行求解
a. 双击求解，保持默认设置，求解。
图17 运行求解
十、查看结果
a. 默认显示的是位移云图，下方横条前后两部分代表了2个子分析步，点左箭头跳到第1个子分析步看一下静力，图例显示最大变形量是0.03779mm；
图18 查看位移云图
b. 云图中可以看出最大变形位置在叶片的两端；
图19 查看位移云图
c. 最大应力是191.6MPa，小于高强度钢的屈服应力550Mpa，满足强度要求；
图20 查看应力云图
d. 查看模态结果。点击上方菜单栏结果处的“模态结果”，可以看到计算得出的零件前12阶模态，包含我们关心的固有频率等信息；
图21 查看应力云图
e. 点击其中任一阶，云图会显示该阶模态对应的振型。有了这些频率值，就可以评估转轮的工作环境中是否有相同或相近频率的外界激励，如果有就可能发生共振。也就需要调整零件结构或者工作环境，避开共振。
图22 查看模态结果
