基于ABAQUS的某水力电机转子模态分析（SOP）

一、背景介绍

如下图（1-1）示为某电机转子三维模型，应需求对该产品做模态分析。

一、分析步骤

1. 几何模型处理

因有限元分析是基于离散体的计算，为了能够得到质量较高的离散单元，保证计算的顺利进行，我们通常会在保证计算精度的前提之下，根据实际情况结合自身经验对几何模型做合理的简化处理。

2. 网格划分

在本例中，因模型较大、零部件较多，我们使用了更为专业的前处理软件Hypermesh进行了网格的划分，然后再导入ABAQUS/CAE中。在这里网格划分方法及操作步骤不做详细说明。

3. 材料定义

在ABAQUS/CAE中，部件材料定义分为如下三个步骤，如图2-1示。

操作SOP：

Step1：材料定义

在Property模块中，首先通过Material/Create命令进入材料定义对话框，在name项输入材料名称。使用Mechnical/Elasticity/Elastic命令定义材料杨氏模量和泊松比，使用General/Density命令定义材料密度。

Remark：在本次分析中将简化使所有部件材料默认为一致。大家在后续实际案件处理分析中须对各部件材料参数做详尽定义。

Material Property:【E=206000MPa；P=0.3；Density=7.8×10^-9t/mm³】

Step2：材料截面属性的创建

首先通过Section/Create命令进入材料截面定义对话框，在name项输入材料名称，选择相应的界面类型，点击continue指派材料，创建材料截面属性。

001. 实体模型材料截面属性创建：

002. 壳体模型材料截面属性创建：

Step3：分配材料截面属性

首先使用Assign/Section命令，选择赋予材料的目标部件，确认后进入材料截面属性分配对话框，选择对应的材料截面属性即可。

4. 模型装配

在Assembly模块中，使用Instance/Create命令进入装配体创建对话框，选择目标部件及其交互方式点击OK而后进入装配体模块，再通过装配命令使各部件组装起来。

组装后的有限元模型：

5. 分析步建立

（1）分析步的创建：

在Step模块中，使用Step/Create命令进入分析步创建对话框，选择定义对应的分析部类型后点击continue进入分析步编辑对话框，按照图示指定频率特征值范围，其余选项默认即可。

（2）场&历史输出变量定义

在Step模块中，使用Output/File output requests/Create命令，选择对应输出的step后点击continue进入场变量输出定义对话框，再详尽定义求解域、输出项等参数。（历史输出也雷同）

6. 部件相互作用关系定义

为保证各部件间力量、能量等的传递，结合实际情况考虑，在本次分析中将本产品中各部件所有相互接触面通过使用ABAQUS的Tie功能绑定约束在一起。在本例中一共使用了18组Tie约束，下面就以一组Tie约束为例简要说明实现该功能的操作步骤及思路。

Step1：为了后续定义选取操作的方便，我们将首先使用群组定义Surface命令指定各部件目标绑定约束面。

在Interaction模块中，使用Tool/Surface/Create命令进入群组面指定对话框，定义该群组面名称后点击continue选择目标面（在选择壳体时注意面的方向）确定即可。

使用同样的方式指定完剩余的目标绑定约束面。

Step2：进行Tie约束。

在Interaction模块中，使用Constraint/Create命令进入约束命令对话框，定义约束名称并选择约束类型（tie)点击continue分别选择目标绑定约束的主从面，再通过位置公差、调整选择等计算方式的定义点击OK即可。

至此为止一个完整的tie约束操作顺利完成。

7. 边界条件定义

如下图示步骤说明，在Load模块中进行模型边界条件指定。【在实际案例作业过程中，为保证分析结果的参考价值，边界条件的定义务必以实际工况为准。】

001. 底盘端面六个自由度的完全约束。

002. 底边X&Y&Z三个位移自由度的约束

8. 网格单元类型的指定

在mesh模块中，对个离散部件指定网格单元类型。

9.任务的创建与编辑

在进入Job模块后，按照如下图示进行任务的创建与编辑。

10. 模型后处理与结果判读

进入Visualzaiton模块后，抓取固有频率在120Hz以内的固有频率和模态图。

（1）分析结果（在本SOP中只选择性地随机抓取几个能做以示例即可）：

···

（2）模型后处理操作方法：