机械动力学试验参考指导书.doc

机械动力学

实 验 指 导 书

姓名

班级

学号

南京农业大学工学院机械工程系

机械设计教研室编

目 录

实验一 曲柄滑块机构动力学模仿 1
实验二 单摆机构动力学模仿 9
实验三 弹簧阻尼器机构动力学模仿 15
实验四 连接板有限元分析 23
实验五 连杆有限元分析 32
实验六 活塞有限元分析 42

实验一 曲柄滑块机构动力学模仿
一、实验目
1．初步掌握多体动力学分析软件ADAMS中实体建模办法；
2．初步掌握ADAMS中施加约束和驱动办法；
3．计算出在该驱动作用下滑块运动位移、速度和加速度。
二、实验设备和工具
1．ADAMS软件；
2．CAD/CAM机房。
三、实验原理
按照曲柄滑块机构实际工况，在软件中建立相应几何、约束及驱动模型，即按照曲柄滑块机构实际尺寸，建立曲柄、连杆和滑块几何实体模型；把曲柄和连杆、连杆和滑块之间实际连接简化成铰连接，滑块和滑道之间连接简化成棱柱副连接，从而在软件中建立其连接副模型；把曲柄驱动运动建立相应驱动模型； 然后运用计算机进行动力学模仿，从而可以求得曲柄、连杆和滑块零件在实际工况下任何时间、任何位置所相应位移、速度加速度，以及约束反力等一系列参数。
四、实验环节
1. 启动ADAMS/View程序
1.1 在windows XP开始启动，选取所有程序，再选取MSC.software，然后选取MSC.ADAMS中Aview，启动ADAMS/View程序；
1.2 在欢迎对话框，选取Create a new model 项；在模型名称栏输入pistonpump；重力设立选取Earth Normal参数；单位设立选取MKS系统（M，KG，N，SEC，DEG，H）；
1.3 选取OK按钮。
2. 检查和设立建模基本环境
2.1 检查默认单位系统 在Settings菜单中选取Units 命令，显示单位设立对话框，当前设立应当为MKS系统。
2.2 设立工作栅格
（1）在Settings菜单，选取Working Grid命令，显示设立工作栅格对话框；
（2）设立Size X=2.0， Size Y=1.0， Spacing X=0.05， Show Working Grid=on；
（3）选取 OK按钮。
2.3 动态调节活动窗口 在主工具箱中，选取工具 ，在窗口内上下拖动鼠标，使之显示整个工作栅格。
2.4 设立图标 在Settings菜单，选取Icons命令，显示图标设立对话框；在New Size栏输入0.1；选取OK按钮。
2.5 检查重力设立 在Settings菜单，选取Gravity命令，显示设立重力加速度对话框；当前重力设立应当为X=0，Y=-9.80665，Z=0，Gravity=ON；选取OK按钮。
2.6 设立ADAMS默认存盘目录。在File菜单，选取Select Directory栏，显示寻找目录对话框；输入要存盘途径，选取OK按钮。
3. 几何建模
3.1 按F4键，显示坐标窗口。
表1-1 定义连接点及坐标
3.2定义连接点 鼠标右击主工具箱几何建模工具集，选用定义点工具；选取参数；Add to Ground， Don’t attach； 按照表1-1所示坐标，分别定义A、B、C点。

坐标点
变量名
X
Y
Z
A
POINT_1
0.0
0.0
0.0
B
POINT_2
0.3
0.0
0.0
C
POINT_3
1.3
0.0
0.0
3.3 圆盘几何建模
（1）在几何建模工具集，选用圆柱体建模工具；
（2）在参数设立栏，设立New Part； Length=ON， Length=0.1；Radius=ON， Radius=0.3；
（3） 用鼠标选取 POINT_1点为起始绘图点，拖动鼠标，此时可以看见几何形体随鼠标拖动变化方向。释放鼠标键，完毕圆盘形体建模；
（4）变化圆盘方向。用鼠标选取屏幕上无对象处，放弃当前对圆盘选取；将鼠标置于点（0，0，0）用右键显示弹出式菜单；在Part_1下方，选取MAR_1，再选取Modify，显示修改对话框；输入：Orientation=(0.0，0.0，0.0)，选取OK按钮。可以看见圆盘变化了放置方向；
（5）变化圆盘位置。 在主工具箱，选取；选取不同视图方向工具，从不同方向观看圆盘，可以看到圆盘在Z轴方向不对称于栅格平面。选取MAR_1， 再选取Modify；显示修改对话框；在Location栏，将{0，0，0}改为{0，0，-0.05}；选取OK按钮，圆盘移动到对称于栅格平面位置；
（6）变化圆盘名称。将鼠标置于圆盘处，显示弹出式菜单，选取PRAT_1，再选取Rename，显示改名对话框；在New Name栏，将PART_1改为wheel， 选取OK按钮；
（7）设立圆盘物理性质。在圆盘处，显示弹出式菜单菜单，选取wheel，再选取Modify，显示修改对话框；在Define mass by 栏，选取Geometry and Density， Density栏，输入7800；选取OK按钮。
3.4 连杆几何建模
（1）在几何建模工具集，选用连杆建模工具；
（2）在参数设立栏，选取New Part； Width=ON， Width=0.15； Depth=ON， Depth=0.05；
（3）选取POINT_2点为起始绘图点，拖动鼠标POINT_3，释放鼠标键，完毕建模；
（4）变化连杆名称。在连杆处，显示弹出式菜单，选取PRAT_1，再选取Rename，显示改名对话框；在New Name栏，将PRAT_1改为handle，选取OK按钮；
（5）设立连杆物理性质。在连杆处，显示弹出式菜单选取handle，再选取Modify，显示修改对话框；在Define mass by 栏，选取User Input；输入：Mass=65，选取OK按钮。
3.5 滑块几何建模
（1）在几何建模工具集，选用立方体建模工具；
（2）在参数设立栏，选取New Part； Height=ON， Height=0.3； Depth=ON， Depth=0.3；
（3)选取点（1.15，-0.15，0）为起始绘图点，拖动鼠标点（1.55，0.15，0），释放鼠标键，产生滑块几何模型；
（4）变化滑块位置。在点（1.15，-0.15，0）处，显示弹出式菜单，选取MAR_1，再选取Modify，显示修改对话框；在在Location栏，将{1.15，-0.15，0}改为{1.15，-0.15，-0.15}；选取OK按钮；
（5）变化滑块名称。在滑块处，显示弹出式菜单，选取PART_1，再选取Rename，显示改名对话框；在New Name栏，将PRAT_1改为piston，选取OK按钮；
（6）设立滑块物理性质。在滑块处，显示弹出式菜单选取piston，再选取Modify，显示修改对话框；在Define mass by 栏，选取Geometry and Material Type；在Material Type栏中右击显示弹出式菜单，选取Material，再选取Browse，显示数据库浏览器，选取Brass，选取OK按钮。
4. 施加运动副和驱动
4.1 施加铰接副 圆盘在A点处通过铰接副同地面框架连接，在B、C点处分别通过铰接副将圆盘与连杆，连杆和滑块连接。
（1）添加圆盘与地面框架铰接副。在主工具箱连接工具集，选取铰接副；在参数设立栏，选取1Location，Normal To Grid；选取POINT_1点，完毕设立。
（2）添加圆盘与连杆铰接副。连接工具集，选取铰接副；在参数设立栏，选取2-Bod-1Loc，Normal to Grid； 依次选取：圆盘、连杆、POINT_2，完毕设立。
（3）添加连杆与滑块铰接副。连接工具集，选取铰接副；在参数设立栏，选取2-Bod-1Loc，Normal to Grid； 依次选取：连杆、滑块、POINT_3，完毕设立。
4.2 仿真观看当前模型运动状况
（1）在主工具箱，选取仿真工具；
（2）在主工具箱参数设立栏，选取Dynamic，取End Time=5.0， Steps=200；
（3）选取，开始仿真分析。
4.3 添加棱柱副
（1）在主工具箱，选取棱柱副工具。
（2）在主工具箱参数设立栏，选取2-Bod-1Loc，Pick Feature。
（3）依次选取：滑块、地面、POINT_3、方向指向圆盘，完毕设立。
4.5 定义圆盘运动
（1）在主工具箱运动工具集，选取旋转运动工具图标，显示定义旋转运动对话框；
（2）在Set up栏，输入360；选取 JOINT_1，完毕转速设立。
4.6 施加滑块作用力F
（1）定义点作用点。在主工具箱几何建模工具集，选用定义点工具；选取参数：Add to Ground，Don’t attach，选取点（1.55，0，0），定义点POINT_4。
（2）在主工具箱力工具箱，选取单作用力图标，显示施加力对话框。
（3）在参数设立区，输入和选取：Direction=Space Fixed； Construction=Pick Feature；Characteristic=Custom。 FORCE_1=ON， FORCE=10000
（4）依次选取：滑块、点POINT_4（1.55，0，0）和鼠标箭头指向圆盘方向；设立FORCE_1同步显示修改力对话框。
（5）保存曲柄滑块机构模型。 在File菜单，选取Save Database。当前模型轴测视图如图1-1所示：
图1-1 曲柄滑块机构模型

5. 对曲柄滑块机构进行仿真分析
5.1 仿真分析
（1）在主工具箱，选取仿真工具。
（2）在主工具箱参数设立栏，选取Dynamic，取End Time=2.5， Steps=200。
6. 建立测量（滑块位移、速度、加速度）
（1）鼠标右键单击需要测量部件，系统打开右键快捷菜单，选取Measure；
（2）系统打开参数对话框，如图1-2，将Characteristic设为CM Position，Component 设为X，测量X向位移；
（3）点击Apply，浮现空白测量窗口；
（4）重复上述环节，将Characteristic设为CM Velocity，新建测量速度；
（5）重复上述环节，将Characteristic设为CM Acceleration，新建测量加速度；
图1-2 设立参数

（6）建立测量窗口后，点击工具箱中仿真图标，按照先前设立进行仿真，仿真成果如图1-3所示；
（7）如需测量其她部件位移、速度、加速度以及力其测量办法相似。

图1-3 仿真成果

五、思考题
1．建模时一方面建立了工作栅格，工作栅格作用是什么？
2．建模时输入坐标是相对于哪个坐标而言，该坐标系在ADAMS软件中相应是何名称？
3．请尝试在栏杆中心处建立测量点，并把连杆中心处位移、速度、加速度模仿出来？
六、实验报告
按照如下规定递交实验报告
1．建模规定
把建模完毕图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要论述。
2. 施加运动副和驱动规定
把运动机构施加运动副和驱动完毕图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对施加运动副和驱动作简要论述。
3. 模仿成果规定
把滑块运动位移、速度、加速度模仿出来，分别抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对模仿成果作简要论述。

实验二 单摆机构动力学模仿
一、实验目
1．掌握多体动力学分析软件ADAMS中实体建模办法；
2．掌握ADAMS中施加约束和驱动办法；
3．计算出单摆运动位移、速度和加速度。
二、实验设备和工具
1．ADAMS软件；
2．CAD/CAM机房。
三、实验原理
按照单摆机构实际工况，在软件中相应几何及约束模型，即按照单摆机构实际尺寸，建立单摆几何实体模型；把摆臂和大地之间实际连接简化成铰连接，从而在软件中建立其连接副模型；按照摆臂初始运动参数，如初始转角和转速建立相应驱动模型；然后运用计算机进行动力学模仿，从而可以求得摆臂在实际工况下任何时间、任何位置所相应位移、速度加速度，以及摆臂和大地铰接点处约束反力等一系列参数。
四、实验环节
1．问题描述
图2-1为单摆机构简图，AB为匀质杆，质量2kg，长450mm，A点铰接固定，杆AB在垂直平面内摆动，求当θ=30度时，角速度为3rad/s时，铰接点A处支撑力。
图2-1 单摆机构简图

B
A
θ

2. 运营ADAMS
2.1 通过开始程序菜单运营ADAMS，或直接双击桌面图标，运营ADAMS；
2.2 浮现ADAMS界面，选取Create a new model；
2.3 确认Gravity（重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y),Units(单位) 文本框中是MM，K，S，确认后单击OK按钮；
2.4 在Settings下拉菜单中选取Working Grid，系统打开参数设立对话框，在spacing栏，X和Y 都输入25mm。
3. 建立几何模型
3.1 用鼠标右键单击几何工具箱，弹出级联图标，用鼠标左键选中杆件图标；
3.2 系统打开参数设立对话框，如图2-2所示，确认在工具箱下方文本框中显示New Part。选中Length选项，输入45.0cm，即摆臂长度。选种width选项，输入2.0cm，选中Depth选项，输入2.75cm；
3.3 按F4打开坐标框，鼠标单击（-225，0，0）作为摆臂左侧起点，然后单击右侧水平方向任一点，ADAMS自动生成摆臂，如图2-3所示；

图2-3摆臂

图2-2 参数设立对话框

4. 设立模型参数
4.1 设立摆臂质量
鼠标右键单击摆臂Part_2，在右键打开快捷菜单中选取Modify，弹出修改对话框，在Define mass by栏中选取User Input.，在Mass栏输入2.0，单击OK按钮。
4.2. 设立摆臂位置
（1）在工具箱中选取定位图标。系统打开参数设立对话框，在Angle栏输入30，此时摆臂高亮显示；
（2）点击顺时针箭头，摆臂转向与水平方向成30度，如图2-4所示。
图2-4 转动摆臂位置

5. 建立单摆支点
5.1 在主工具箱中选取铰接副。系统打开参数设立对话框，确认在工具箱下方Construction文本框中显示1Location 和Normal to Grid；
5.2 鼠标左键点击摆臂左端点PART_2.MARKER_1；
5.3 在大地和摆臂之间生成一种铰接支点，如图2-5所示。
图2-5 建立铰接点

6. 设立初始运动
6.1 鼠标右键点击摆臂，在打开右键快捷菜单中选取Modify命令，系统打开修改对话框，在Category 项选取Velocity Initial Conditions；
6.2 在Angular velocity about项选取Part CM；
6.3 在下面选项中选取Z轴，并输入3.0r。输入完毕后单击OK按钮。
7. 验证模型
7.1通过验证模型可以发现建模过程中错误，ADAMS会自动检测某些错误，如为连接约束，动力系统中无质量部件，无约束部件等。并给出警告也许引起问题。
7.2 在ADAMS窗体右下角，用鼠标右键点击Information按钮。
7.3 在弹出级联图标中选取Verification图标，弹出信息窗口。
模型验证无误后，关闭信息窗口。模型建立完毕后，对模型进行仿真。
8. 设立A点支撑力测量
8.1 鼠标右键点击单败A点，选取JOINT_1然后选取Measure，弹出铰接测量对话框，在Characteristic栏选取Force，component栏选取mag（幅值）。设定完毕单击OK按钮；
8.2 浮现一种空白测量窗口。
9 运营仿真

图2-6 单摆转角测量曲线

9.1 点击工具箱中仿真图标，系统打开参数设立对话框，将End Time设为0.5，Step设为50。
9.2 点击开始按钮，单摆开始摆动，测量曲线如图2-6所示。
10. 获得支承反力
10.1 在测量窗口空白处点鼠标右键，选取Plot:scht1—transfer to full plot，如图2-7所示，在ADAMS/Postprocessor环境下绘制测量曲线；
10.2 选取plot Tracking 图标。规定计算时条件即为开始仿真时条件，把鼠标置于仿真曲线开始位置；
10.3 窗口顶端，X为仿真时间，y为支撑力，即要计算支撑力，成果显示为10.72N。

图2-7 铰接点处作用反力测量曲线

五、思考题
1．请尝试在摆臂中心处设立测量点，并模仿出摆臂在该中心点处运动位移、速度和加速度？
2．设立单摆初始位置和初速度不同步，请模仿出单摆运动状况？
3. 进行动力学模仿时，参数End time和Steps分别表达什么含义？
六、实验报告
按照如下规定递交实验报告
1．建模规定
把摆臂建模完毕图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要论述。
2. 施加运动副和驱动规定
把单摆运动机构施加运动副和驱动完毕图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对施加运动副和驱动作简要论述。
3. 模仿成果规定
把摆臂运动位移、速度、加速度模仿出来，抓其中1幅图，粘贴于实验报告中，并对模仿成果作简要论述。

实验三 弹簧阻尼器机构动力学模仿
一、实验目
1．掌握多体动力学分析软件ADAMS中实体建模办法；
2．掌握ADAMS中施加约束和驱动办法；
3．计算出弹簧阻尼机构运动时，弹簧振子位移、速度、加速度和弹簧位移与弹簧力相应关系。
二、实验设备和工具
1．ADAMS软件；
2．CAD/CAM机房。
三、实验原理
按照弹簧阻尼器机构实际工况，在软件中建立相应几何、约束及驱动模型，即按照弹簧阻尼器机构实际尺寸，建立弹簧、阻尼器和质量块几何实体模型；质量块运动为上下作自由衰减运动，可以理论简化为在质量块与大地之间建立平动副，弹簧、阻尼器共同连接到连接大地和质量块上；然后运用计算机进行动力学模仿，从而可以求得质量块在弹簧阻尼器连接下任何时间、任何位置所相应位移、速度加速度，以及弹簧中位移和弹性恢复力之间相应关系等一系列参数，变换弹簧、阻尼器和质量块参数可以进行多次不同状态下模仿。
四、实验环节
图3-1 弹簧阻尼器机构示意图

M
M：187.224Kg
K：5.0N/mm
C：0.05N-sec/mm
L0：400mm
F0：0

1．问题描述
图3-1为弹簧阻尼器机构简图，M为振子，质量为187.224kg；弹簧刚度K＝5N/mm，阻尼器阻尼为C＝0.05N/mm，弹簧空载长度为400mm，求当弹簧阻尼机构振动时，铰接点A处支撑力。
2. 启动ADAMS
2.1 运营ADAMS，在欢迎界面中，选取Create a new model，Model name 输入spring_mass；
2.2 确认Gravity（重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y)，Units (单位)文本框中是MMKS(mm,kg,N,s,deg)。
3. 建立几何模型
3.1单击F4显示坐标窗口；
3.2在主工具箱中选取Box工具按钮建立一质量块，用默认尺寸即可；
3.3 在屏幕任意位置点击鼠标创立质量块；
3.4 右键点击质量块，选取part_2，然后选取Rename，改名为mass；
3.5 右键点击质量块，选取mass，然后选取Modify。在打开对话框中修改Define mass by 项为User Input，在Mass栏输入187.224；
3.6 选取右视图按钮查看质量块位置，进行调节栅格位于质量块中心。选取Edit菜单下Move项，在对话框中选取Relocate the项为Part，右键点击右侧文本框选取Part，浮现Guesses然后选取mass ,如图3-2所示。

图3-2 选取移动质量块

3.7 在Translate下方数字栏中输入-100，或者输入100再单击前面按钮，如图3-3所示；

图3-3 移动对话框

3.8 设立完毕后，单击Z轴方向按钮，使质量块中心位于工作栅格位置，选取正视按钮，显示栅格便于建模；
4. 施加运动副
为了保证质量块运动只沿Y轴移动，添加一平动副。选取工具箱中平动副按钮，选取质量块和大地为对象，Y轴为运动方向。如图3-4所示。
图3-4 添加平动副

5. 设立弹簧和阻尼器参数
5.1 选取工具栏中弹簧阻尼器按钮，设立参数：K=ON，K=5.0；C=ON，C=0.05；
5.2 设立完毕，选取质量块中心点，以及点击沿Y轴向上400mm位置，即相称于与大地建立弹簧连接，如图3-5所示；

图3-5 建立弹簧阻尼器模型

5.3 为了拟定弹簧在空载时长度为400mm，选取菜单栏中Tools菜单中Measure distance,在测量对话框中First Marker Name栏单击鼠标右键，选取position 然后选取pick，选取质量块中心点mass.cm，在second Marker Name栏单击鼠标右键，选取position 然后选取pick，选取弹簧上顶点ground.MARKER_5；
5.4 设立完毕，单击OK按钮。测量信息窗口如图3-6，Y轴距离为-400mm。
图3-6 测量信息窗口

6. 对弹簧阻尼器机构仿真分析
6.1 测量静平衡时弹簧力大小，选取工具箱中仿真按钮，选取工具箱下侧计算静平衡按钮，计算成功会浮现提示。
6.2 计算完毕单击返回按钮，右键点击弹簧选取spring_1，然后选取Measure，在打开测量对话框中Characteristic选取force,在Measure Name 栏输入spring_force，单击OK按纽，建立一测量力窗口。为了只测量力大小，在测量窗口内单击鼠标右键并选取Measure modify，在修改力函数对话框中加上绝对值函数ABS（），如图3-7所示；

图3-7 修改测量力函数

图3-8 弹簧力测量曲线

6.3 依照弹簧力测量曲线，起始位置即静平衡时弹簧力为1836N，即质量块重力：187.224kg*9806.65mm/s2(=1836.04N)。测量曲线如图3-8所示；
6.4 继续测量弹簧变形曲线。右键点击弹簧选取spring_1，然后选取Measure，在打开测量对话框中Measure name输入spring_displace，Characteristic 选取Deformation，建立空白位移测量窗口；
6.5 选取工具箱中仿真按钮，设立仿真时间End Time 为2，Steps为50，开始仿真，位移曲线如图3-9所示；

图3-9 弹簧变形曲线

6.6 在力测量曲线窗口空白处单击鼠标右键，选取plot：scht1---Transfer to full plot，切换到ADAMS/Postprocessor窗口。
6.7 单击clear plot按钮清除窗口内曲线。在Result set选项中选取spring_force下，选取component下Q分量。如图3-10所示；
图3-10 测量曲线参数设立

6.8 在Independent Axis项选取Data项，在弹出选取窗口spring_displace，在component 中选取Q，选取完毕单击OK如图3-11。

图3-11 选取Independent Axis

6.9 单击Add curves按钮添加新选取曲线，即以X轴为Spring_displace，Y轴为spring_force,如图3-12。
图3-12 力与位移关系曲线

五、思考题
1．在ADAMS中建立弹簧阻尼器模型图3-5和图3-1给出弹簧阻尼器模型存在不同吗，对成果会不会产生影响？
2．请尝试变换弹簧、阻尼器和质量块参数，进行模仿？
3．变换阻尼器参数，进行模仿，当阻尼器值设立大到一定限度后，弹簧阻尼器机构模仿时会产生什么状况？
六、实验报告
按照如下规定递交实验报告
1．建模规定
把建模完毕图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要论述。
2. 施加运动副和驱动规定
把弹簧阻尼器运动机构施加运动副和驱动完毕图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对施加运动副和驱动作简要论述。
3. 模仿成果规定
把质量块运动位移、速度、加速度和弹簧中位移和弹性恢复力之间相应关系模仿出来，分别抓图1幅,粘贴于实验报告中，并对模仿成果作简要论述。

实验四 连接板有限元分析
一、实验目
1．初步掌握有限元分析软件ANSYS自底向上建模办法；
2．初步掌握ANSYS单元、材料属性及施加载荷、约束办法；
3．计算出连接板受力后最大应力和变形。
二、实验设备和工具
1．ANSYS软件；
2．CAD/CAM机房。
三、实验原理
有限元分析软件将物体（持续求解域）离散成有限个且按一定方式互相联结在一起单元组合，来模仿或逼近本来物体，运用简朴而又互相作用元素，即单元，用有限数量未知量去逼近无限未知量真实系统，运用数学近似办法对真实物理系统（几何、约束、载荷工况）进行模仿，物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最后得到对整个物体分析。
本实验中按照连接板实际工况，进行理论建模，分析出与实际零件几何形状、所受约束以及载荷相一致理论模型。对零件理论几何模型进行恰当简化。在ANSYS软件中建立几何模型，为连接板选定单元类型、划分单元，施加约束和载荷，最后计算出连接板应力和变形。
四、实验环节
1．问题描述
模型如图4-1所示，两个圆孔半径和倒角半径都是0.4m，两个半圆半径都是1.0m，板厚度为0.5m。材料属性为弹性模量E=2.06×1011Pa（钢材），泊松比为0.3，密度为7.8×103kg/m3。连接板右下圆孔被完全约束，最右边水平方向被约束，左上圆孔下半圆受垂直向下1000N载荷。

图4-1 连接板零件图

2．自底向上几何建模
2.1 创立矩形
环节：创立第一种矩形，操作为：ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle →By Dimension ，输入如下数值：X1=0,X2=6,Y1=-1,Y2=1 →APPLY；创立第二个矩形，输入坐标数值： X1=4,X2=6,Y1=-1,Y2=-3 →OK。成果如图4-2所示。

图4-2 建立矩形几何模型

2.2 创立圆形
环节：创立连接板左上部圆形，操作为：Preprocessor →Modeling →Create →Circle →SolidCircle，输入圆心为（0，0），半径为1；平移工作平面原点至右侧矩形底边中点上，操作为：Utility Menu →Workplane →Offset WP to Keypoints，选取右侧矩形底边上左右两点；创立右下部圆形，操作为：Preprocessor →Modeling →Create →Circle →SolidCircle，输入圆心为（0，0），半径为1。成果如图4-3所示。

图4-3 建立圆形几何模型

2.3 面积布尔加运算
环节：Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans →Add →Areas，选取pick All。成果如图4-4所示。

图4-4 几何模型布尔加运算

2.4 创立小圆角并再次面积布尔加运算
环节：创立小圆角，操作为：Preprocessor →Modeling →Create →Line Fillet， 选取标号为L17和L18线段，并设立半径为0.4；创立过渡圆弧面积， Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines，选取小圆弧及与其相交两直线。成果如图4-5所示。面积布尔加运算，Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans →Add →Areas，，选取pick All。成果如图4-6所示。

图4-5 建立圆角面积几何模型

图4-6 再次几何模型布尔加运算

2.5 创立小圆孔
环节：创立右下部小圆孔，操作为：Preprocessor →Modeling →Create →Circle →SolidCircle，输入圆心为（0，0），半径为0.4；创立左上部小圆孔，操作为：将工作平面原点移至总体总标系原点，Workplane →Offset WP to →Global Origin，Preprocessor →Modeling →Create →Circle →SolidCircle，输入圆心为（0，0），半径为0.4。成果如图4-7所示。

图3-6 再次几何模型布尔加运算

图4-7 创立小圆几何模型

2.6 面积相减布尔运算

图4-8 完整几何模型

环节：从支架中减去两个小圆孔，操作为：Preprocessor →Modeling →Operate →Subtract → Areas，先选用矩形面，点击APPLY，再选用两个小圆，点击OK。至此，零件几何模型建立完毕，成果如图4-8所示。
3．划分单元
3.1 设立单元属性
操作环节：设定单元类型，操作为：Preprocessor →Element type →Add/Edit/Delete，点击Add，单元类型选取Solid，Quad 4node 42，
定义Option K3设为plane strs w/thk；设定实常数，操作为：Preprocessor →RealConstants中加入厚度常数0.5m；
3.2 设定材料属性，
操作环节：Preprocessor →Material Props→Material Models→Structural →Linear →Elastic →Isotropic，设定材料弹性模量EX为2.06×1011，泊松比PRXY为0.3，点击Density，设定材料密度为7800；
3.3 划分网格
操作环节：Preprocessor →Meshing →MeshTool，在第二栏选取Smart Size，网格划分精度设定为4，点击第四栏Mesh，选取几何模型，网格划提成果如图4-9所示。

图4-9 网格划提成果

4. 施加约束

图4-10 约束施加成果

环节：约束右下小圆孔圆周节点自由度（所有自由度），操作为： Preprocessor →Solution →Define Loads →Structural →Displacement →On Nodes，选取右下小圆孔一周节点，在约束自由度选项里面选取ALL DOF，点击Apply；约束零件最右边节点自由度（水平方向自由度），操作为：Preprocessor →Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes，选取最右边上节点，在约束自由度选项里面选取UX，点击Apply。施加约束成果如图4-10所示。
5．施加载荷

图4-11 载荷施加成果

环节：给左上圆孔下半圆受垂直向下1000N载荷，操作为： Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Nodes，选取左上圆孔下半圆节点，点击Apply，在施加载荷对话框中，大小设定1000N。施加载荷成果如图4-11所示。
6. 求解并查当作果

图4-12 零件变形成果

图4-13 零件等效应力

环节：求解，操作为： Solution →Solve →Current LS；运用后解决器，查当作果，查看零件变形成果，操作为：General PostProc →Plot Results →Contour Plot →Nodal Solu，点击Nodal Solution →Displacement Vector Sum，成果如图4-12所示；查看零件等效应力成果，操作为：General PostProc →Plot Results →Contour Plot →Element Solu，点击Stress →Von Mises Stress，成果如图4-13所示
五、思考题
1．ANSYS中进行有限元分析需要哪些环节？
2．对零件划分网格时，零件单元能否任意选取？与否会影响计算对的性？
3．对零件划分网格时，单元划分粗略和精细，对计算机资源与否有不同规定，对计算成果与否有影响？
六、实验报告
按照如下规定递交实验报告
1．建模规定
建模过程中抓图2幅（①2D建模完毕图；②2D模型网格划分图）粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要论述。
2. 加载和约束规定
加载和约束过程中分别抓图2幅（①模型约束状态图；②模型加载状态图），粘贴于实验报告中，并对约束和加载作简要论述。
3. 计算成果后解决规定
后解决显示求解所得连杆最大应力、最大位移及最大应力和最大位移所发生位置，把连杆受力变形图和等效应力图分别各抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对成果作简要论述。

实验五 连杆有限元分析
一、实验目
1．掌握有限元分析软件ANSYS自底向上建模办法；
2．掌握ANSYS单元、材料属性及施加载荷、约束办法；
3．计算出连杆受力后最大应力和变形。
二、实验设备和工具
1．ANSYS软件；
2．CAD/CAM机房。
三、实验原理
有限元分析软件将物体（持续求解域）离散成有限个且按一定方式互相联结在一起单元组合，来模仿或逼近本来物体，运用简朴而又互相作用元素，即单元，用有限数量未知量去逼近无限未知量真实系统，运用数学近似办法对真实物理系统（几何、约束、载荷工况）进行模仿，物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最后得到对整个物体分析。
本实验中按照连杆实际工况，进