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CAD/CAE软件实践课程设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机械10805 序 号： 37 姓 名： 郑雄 指导老师： 起止日期： 2 月 21 日 至 3 月 6 日CAD/CAE软件实践课程设计第一题（平面问题）：图所表示零件，所受均布力载荷为q,分析在该作用力下零件形变和应力情况，本题简化为二维平面问题进行静力分析，零件材料为Q235。序号数据（长度单位mm，分布力单位N/cm）ABCDq372925616262280一、 前处理 步骤一 创建几何实体模型1. 创建图形。a.依次点击Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoints in Active CS输入节点1(0,0) 2(0,150) 3(146,150) 4(292,150) 5（292,94) 6(130,94)点OKMain MenuPreprocessorModelingCreateLinesLines Straight Line用光标点1，2点，2,3点，3，4点，4，5点，5，6点连成直结，点Apply；连完点“OK”Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitrary By lines用光标分别点击各条边，全部点击完成后点击OK，出现以下图形：b.建立两个圆 MainMenuProprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circles输入: WP X=50 输入: WP X=211 WPY=100 WPY=122 RADIUS=31 RADIUS=15c.用光标用布尔运算，将两个圆从图形中除去MainMenuProprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreas弹出对话框后，用光标点基础（即总体），再点“OK”，再点要减去部分，“OK”得到基础图形步骤二 进行单元属性定义1定义单元类型。Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，点“Add” 。双弹出对话框，选“Solid”和“8 node 82”,点“OK”，退回到前一个对话框。2.设置单元选项点“Element Type”对话框中“Options”K3 处选：Plans strs (表示选平面应力单元没有厚度)K5处选：Nodal stree(表示需要额外输出单元节点应力)K6处选：No extra output. 3.定义材料属性Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击StructuralLinerElasticIsotropic。输入弹性模量和泊松比 点击ok。3.定义实常数因为是平面问题，故不需要定义是常数。步骤三 对整个图形进行网格划分及求解。. 定义网格(单元)尺寸MainMenuProprocessorMeshingSizeCntrlsManual SizeAreas All Areas, 弹出对话框，输入单元边长为: 3 2. 划分网格Main MenuProprocessorMeshingMeshAreasFree, 弹出对话框，用光标点基础，再点击对话框里“Pick ” 得到以下图形步骤四 对右边矩形单元定义载荷。Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines, 选择需要加分布力直线,在弹出对话框中输入所加分布力大小4200,点ok。以下图所表示五.求解Main Menu Solution Solve Current LS1. 查看总体变形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape选择Def+undeformed,二.后处理1.查看位移分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solu,在弹出对话框中选：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum 2. 查看应力分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在弹出对话框中选：Nodal Solution Stress von Mises stress或1st Principal stress 第二题（简单三维问题）：卷扬机卷筒心轴材料为45钢，轴结构和受力情况以下图所表示。请先用材料力学计算公式校关键轴强度；然后利用有限元软件对模型进行有限元分析；并最终对二者结果进行比较分析。序号数据（长度单位mm，力单位KN）ABCDEF3322093086989030（一） 理论计算模型简化:2233A11B44 竖直方向：+ =2F以A为距心：220F+1150F=1265联络方程组解得：=27.51KN =32.49KN从而可得:在1-1截面处: M1=6.05KN 在2-2截面处:M2=4.54 KN在3-3截面处:M3=5.92 KN 在4-4截面处:M4=3.87KN有上数据可见，弯矩最大在1处，但2、3处直径变小，所以需校核1、2、3三处。因为许用强度是100Mpa，截面3不符合强度要求，即截面3是危险截面。（2）ANSYS分析一.建模 1、定义单元类型点击Main MenuPreprocessorElemengt TypeAdd/Edit/Delete，弹出窗口后，单击按钮，弹出以下图所表示对话框在实体单元中选择8node 45单元。2、定义材料属性Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 弹出对话框，依次点击Material Model Number 1StructuralLinearElasticIsotropic 以下图所表示然后弹出以下图所以对话框，输入弹性模量值为2.1e5，泊松比为0.3。3、建立有限元模型1）按次序单击主菜单上 ，弹出对话框，在半径选项框中输入值36，在深度选项框中输入值50。点击OK按钮，生成以下图所表示圆柱体。2）点击工具栏上Workplane，在下拉菜单中选择Offset WP by Increments，在弹出对话框中输入值（0，0，50），将工作平面沿Z方向偏移50个单位。3）反复第一步步骤，在半径选项中输入值55，在深度选项框中输入值10。生成以下图所表示实体。4）反复第二步，将工作平面沿Z方向平移10个单位。5)用相同做法依次得到以下图形5）根据以上方法将整个模型建立完成，实体模型以下图所表示。6）根据以上方法将整个模型建立完成，实体模型以下图所表示。7）按次序单击主菜单上PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolunes，弹出对话框，点击Pick All按钮，将实体模型加成一个整体。4、划分网格按次序单击主菜单上PreprocessorMeshingMeshTool，弹出网格划分工具对话框，勾选Smart Size，采取自由划分模式，划分精度采取默认值，选择四面体单元模型，点击Mesh按钮，弹出对话框。点击Pick All按钮，开始划分网格，网格划分结果以下图所表示。5、施加约束和载荷因为只考虑重力和集中力F，故能够将轴两端采取全约束而不影响其分析结果，具体施加约束和载荷过程以下。1）施加约束按次序单击主菜单上SolutiongDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas，弹出对话框。分别选择两端圆周面，点击OK按钮，弹出对话框。选择ALL DOF将其全约束，点击OK按钮，完成约束施加。2）施加重力按次序单击主菜单上SolutionDefine LoadsApplyStructuralInertiaGravityGlobal，弹出以下对话框在ACELX Global Cartesian X-comp后输入框中输入重力加速度值-9800，点击OK完成重力施加。3）施加集中力载荷按次序单击主菜单上SolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Keypoints，弹出对话框。选择23和47两个关键点，即题图中集中力F施加位置，点击OK按钮，弹出以下图所表示对话框。在集中力施加方向下拉选项中选择FX，在VALUE Force/moment value后输入框中输入集中力大小。点击OK按钮完成载荷施加。施加约束和载荷后效果以下图所表示。6、计算求解按次序单击主菜单上SolutionSolveCurrent LS，弹出对话框，点击OK按钮开始计算。当对话框显示Solution is done!时，计算完成。7、计算结果和分析1）查看应力云图Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu在弹出对话框中次序点击Nodal SolutionStressvon Mises stress，点击OK按钮，得到等效应力云图以下图所表示。局部放大效果以下：2）查看变形云图Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu在弹出对话框中次序点击Nodal SolutionDOF SolutionDisplacement vector sum，点击OK按钮，得到轴变形云图以下图所表示。3）计算结果分析从卷扬机芯轴应力云图能够看出，芯轴最大应力分布在左端台肩处，最大应力为，（和理论计算结果对比分析）芯轴材料为45钢，材料屈服强度为335MPa，最大应力远小于材料屈服强度，即卷扬机芯轴能够满足强度要求。第三题（常见零件）：一、图所表示零件，工作时该零件由图示4个螺栓（沉孔位置）固定，两34孔中装有一轴，轴产生向上作用力为F，零件材料为Q235，图中长度单位为mm。建立三维实体模型，采取静力分析该零件变形和应力情况。序号数据（长度单位mm，力单位N）ABCDEF3355R26421709000 一.前处理步骤一 创建几何实体模型1 用ANSYS打开iges文件。步骤二 进行单元属性定义1.定义单元类型。Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，点“Add” 。双弹出对话框，选“Solid”和10node 92”,点“OK”，退回到前一个对话框。 2.设置单元选项点“Element Type”对话框中“Options”K5处选：Nodal stree(表示需要额外输出单元节点应力)3.定义材料属性Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击StructuralLinerElasticIsotropic。输入弹性模量和泊松比 点击ok。步骤三 对整个图形进行网格划分Main MenuProprocessorMeshingMeshVolumesFree, 弹出对话框，点“Pick All” 步骤四 对整个图形进行加载和求解1. 定义位移约束(对四个螺栓限制约束)Main Menu Solution Define Loads Apply StructuralDisplacement On Areas, 在弹出对话框中选Circle ，以小孔中心为圆心 画圆,，将圆周围刚好划入, OK.。在弹出对话框中选全约束, 输入值为:0。用一样方法,对其它三个孔加全约束.。2. 加载荷Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Areas ,3. 求解Main Menu Solution Solve Current LS二.后处理1. 查看总体变形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape2. 查看应力分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在弹出对话框中选：Nodal Solution Stress von Mises stress 3.查看位移分布图四、图所表示轴，工作时所受扭矩为T，轴材料为45# 钢，图中长度单位为mm。建立三维实体模型，采取静力分析其变形和应力情况。（提醒：两键槽传输扭矩）序号数据（长度单位mm，扭矩单位N.m）ABCDET33152025261572501三维图2材料属性3.划分网格Main MenuProprocessorMeshingMeshVolumesFree, 弹出对话框，点“Pick All” 4对整个图形进行加载和求解二.后处理1.查看总体变形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape2看位移分布3力分布五、课程设计小结 为期两个星期ANSYS课程设计结束了，它锻炼了我查阅资料，自己依据资料学习ANSYS软件能力。在课程设计过程中，我根据指导老师要求逐步完成了要求任务。中途碰到不能处理问题，全部在老师两次课堂讲解和同学帮助下，得到了顺利处理。经过这次课程设计，我学到了很多东西，也看到了自己不足。这次课程设计关键是锻炼学生自己学习软件能力，因为平时缺乏主动学习，在非要求学习软件方面，和老师交流较少，一开始大家全部无所适从，不知怎样下手。但在老师辛勤指导下，我开始对ANSYS有了初步了解，以后我努力学习，主动向同学请教，最终顺利完成了任务。想在想想，其实课程设计每一天全部是很辛劳，机械专业课程设计并不简单，你想COPY或随便截几张图来敷衍了事是完全不可能。因为你每一个步骤，每一个图全部是依据自己数据一步步分析得来。即使困难很多，但我尽了自己最大努力去克服，然而还是难免有疏忽和遗漏地方。完美总是可望而不可求，不在同一个地方跌倒两次才是最关键。抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我任务。在这次事件过程中，我也学到了部分除技能以外其它东西，领会到了她人在处理专业问题时显示出来优异品质，更深刻体会到人和人之间那种相互协调合作机制，最关键还是自己对部分问题见解产生了良性改变，我相信这会成为我毕业前最有意义一次课程设计，对我以后工作将会有很大帮助。