ansys软件实践专业课程设计.doc

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）
A
B
C
D
q
37
292
56
162
Ф62
280

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 Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >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OK
Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >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 Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >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 MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circles
输入: WP X=50 输入: WP X=211
WPY=100 WPY=122
RADIUS=31 RADIUS=15
c.用光标用布尔运算，将两个圆从图形中除去
MainMenu>Proprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas
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 Menu>Proprocessor>Element 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 Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。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。
１. 定义网格(单元)尺寸
MainMenu>Proprocessor>Meshing>SizeCntrls>Manual Size>Areas> All Areas, 弹出对话框，输入单元边长为: 3

2. 划分网格
Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free, 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 LS
1. 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 Plot>Nodal 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 Plot>Nodal 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）
A
B
C
D
E
F
33
220
930
86
98
90
30

（一） 理论计算
模型简化:
2
2

3
3
A
1
1

B
4
4

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 Menu>Preprocessor>Elemengt Type>Add/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 Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models 弹出对话框，依次点击
Material Model Number 1>Structural>Linear>Elastic>Isotropic 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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Volunes，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Preprocessor>Meshing>MeshTool，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Solutiong>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On 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Solution>Define Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global，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Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On 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Solution>Solve>Current 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 Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu
在弹出对话框中次序点击Nodal Solution>Stress>von 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 Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu
在弹出对话框中次序点击Nodal Solution>DOF Solution>Displacement 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Φ34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）
A
B
C
D
E
F
33
55
R26
42
17
0
9000
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 Menu>Proprocessor>Element 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 Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。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 Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 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 >Structural>Displacement > 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 shape

2. 查看应力分布图
Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal 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）
A
B
C
D
E
T
33
Ф15
Ф20
Ф25
26
157
250

1三维图

2材料属性

3.划分网格
Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 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 shape

2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。