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CAD/CAE软件实践课程设计 专 业： 自机械设计制造及其动化 班 级： 机械11007班 序 号： 27 姓 名： 易卫明 指导教师： 郭登明 汪健华起止日期：2015年1月1日 至月17日第一题（平面问题）：如图所示零件，所受均布力载荷为q,分析在该作用力下的零件的形变和应力状况，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）ABCDq272725814258240前处理 步骤一 创建几何实体模型1.生成关键点。Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoints in Active CS 输入节点1(0,0) 点Apply 依次输入2(130,92） 3(272,92） 4（272，150） 5（136,150） 6（0,150） 输完点OK2.连线Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLines Straight Line用光标点1，2点，连成直结；再依次点击（2, 3），（3，4），（4，5）（5,1）（6,1）连完点“OK”3.生成一个面。Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitrary By lines 点击6条线段。4，生成两个圆建立左边的大圆 MainMenuProprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circles. 输入: WPX=50 WPY=100 RADIUS=30点Apply建立右边的小圆MainMenuProprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circles.输入: WP X=201 WPY=122 1 RADIUS=15点OK5在总体中减去2个圆 Main MenuProprocessorModelingOperateBooleansSubtract Areas, 弹出对话框中后，用光标先点基体(即总体，此时总体颜色变红），点“OK”，再点左边的大圆和右边的小圆，再点“OK” 。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 185”,点“OK”，退回到前一个对话框。 2.定义实常数Main MenuPreprocessorReal constantsAdd/edit/delete在弹出的对话框中选Add再选Type1d，“THK”值输入“5”，点OK3.定义材料属性Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击StructuralLinerElasticIsotropic。输入弹性模量21000和泊松比0.3，点OK步骤三 对整个图形进行网格划分。. 定义网格(单元)尺寸Main MenuProprocessorMeshingSize CntrlsManual SizeAreas All Areas, 弹出对话框，输入单元边长为: 32. 划分网格Main MenuProprocessorMeshingMeshAreasFree, 弹出对话框，点“Pick All” 结果如图：步骤四 对整个图形施加约束Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructual DisplacementOn lines弹出对话框。用光标点击最左边的线段，“OK ” ,弹出对话框。选“All DOF” ,VALUE 栏中输入0 。步骤五 对右边矩形单元定义载荷。Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines, 选择需要加分布力的直线。在弹出的对话框中输入所加分布力的大小24（N/mm）,点ok。步骤六 求解Main Menu Solution Solve Current LS1.后处理查看总体变形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape选择Def+undeformed则会出现变形前后的图形2查看位移分布图Main Menu GeneralPostproc PlotResults Contour PlotNodal Solu,在弹出的对话框中选：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum 3. 查看应力分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution Stress von Mises stress或1st Principal stress 结果分析：由应力云图可知，最危险处的应力等于860MP，故此零件危险第二题（简单三维问题）：卷扬机卷筒心轴的材料为45钢，轴的结构和受力情况如下图所示。请先用材料力学计算公式校核心轴的强度；然后利用有限元软件对模型进行有限元分析；并最后对两者的结果进行比较分析。序号数据（长度单位mm，力单位KN）ABCDEF2722093092969225材料力学公式分析过程：模型简化:2233A11B44由静力平衡方程求出支座反力竖直方向：+ =2F以B为距心：115F+1045F=1265以为A距心：220F+1150F=1265联系方程组解得：=22.92KN =27.08KN从而可得:在1-1截面处: M1=22.920.22=5.04KN.M 在2-2截面处:M2=3.78KN.M在3-3截面处:M3=4.93KN.M 在4-4截面处:M4=3.11KN.M由上数据可见，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。截面1受到的弯曲应力最大,因此截面1是危险截面。Ansys 软件分析：(1)前处理步骤一 创建几何实体模型 1.创建关键点Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoints in Active CS 输入节点1 (0,0) 点Apply 再依次输入2（0,38），3（35,38），4（35,46），5（165,46），6（165,48），7（220,48），8（275,48），9（275,46），10（1095,46），11（1095,48），12（1150,48）， 13（1205,48），14（1205,51），15（1225,51），16（1225,38），17（1265,38），18（1265,0）2.连线Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLines Straight Line选中1,2点Apply,依次连接18个点。3.建面Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitrary By lines 选中所有线段，点击OK结果如图： 4.旋转 Main MenuProprocessor ModelingOperateExtrudeAreas About Axis, 弹出对话框中后，点面积,OK，再点对称线（1,18）,OK在弹出的对话框中输入ARC“360”点ok 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brick“8 node 185”,点“OK”，退回到前一个对话框。 2.定义材料属性Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击StructuralLinerElasticIsotropic。输入弹性模量210000和泊松比0.3 点击OK。 步骤三.对整个图形进行网格划分 . 定义网格(单元)尺寸Main MenuProprocessorMeshingsizecntrlssmartsizebasic在弹出的对话框中选择LVL“5” 2. 划分网格Main MenuProprocessorMeshingMeshVolumesFree, 弹出对话框，点“Pick All” 步骤四 对整个图形施加约束 1Main Menu Solution Define Loads Apply StructuralDisplacement On Areas, 选最左边圆周面面，OK，在对话框中选择ALL DOF，VALUE输入0点OK同样方法选择右边圆周面面，限制UY和UZ，VALUE输入0 步骤五 加集中力Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On keypoints,选择关键点7，输入Y方向的力-25000N，同样的方法，选择关键点12，输入Y方向的力-25000N步骤六 求解Main Menu Solution Solve Current LS后处理1查看总体变形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape选择Def+undeformed 2查看位移分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solu,在弹出的对话框中选：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum 3. 查看应力分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution Stress von Mises stress或1st Principal stress 第三题（常见零件）：一、如图所示盖零件，工作时由6个螺栓锁紧，承受内压为P，零件材料为Q235，图中长度单位为mm。建立三维实体模型，采用静力分析该零件的变形和应力状况。 序号数据（长度单位mm，压强单位MPa）ABCDEP27R8816012181985.0 前处理 步骤一：导入图生成三维图（1）用solidworks按上面尺寸画出三维图，将文件名保存为3.1.x_t。（2）选择fileimportpara弹出如下对话框，选择该文件后单击ok第步骤二：定义单元类型（1）选择主菜单preprocessorelement typeadd/edit/delete 命令，弹出单元类型对话框。（2）在对话框中单击add按钮，弹出library of element types 对话框。（3）在左边选择solid,右边选择10node 185，在单元参考号中输入1，单击ok，再单击library of element types 对话框close。步骤三：定义材料属性（1）选择主菜单preprocessormaterial propsmaterial models 命令，弹出定义材料属性对话框。（2）在对话框中选择structurallinearelasticisotropic 命令，弹出定义各向同性线性材料的对话框。（3）在杨氏模量中输入210000，在泊松比中输入0.3，单击ok，关闭对话框。步骤四：划分网格 选择主菜单preprocessormeshingmesh tool 弹出对话框，勾选smart size将精度调到5级，单击mesh,选volumes，选free，弹出对话框，选取整个体，单击ok。步骤五：施加位移约束和载荷1）选择主菜单solutiondefine loadapplystructuraldisplacementon areas命令，弹出相应对话框，选在螺栓孔内表面表面，单击ok，在弹出对话框中选all DOF，在displacement value中输入0，再单击ok。（2）选择主菜单solutiondefine loadapplystructuralpressureon areas命令，弹出相应对话框，选零件的内表面，单击ok，在弹出对话框中在load value中输入5，再单击ok。 步骤六：求解模型 选择主菜单solutionsolve current ls,弹出对话框后单击ok，弹出对话框后单击yes，开始求解。 步骤七：后处理查看位移分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solu,在弹出的对话框中选：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum 查看应力分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution Stress von Mises stress或1st Principal stress 二、如图所示轴，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，采用静力分析其变形和应力状况。（提示：两键槽传递扭矩）序号数据（长度单位mm，扭矩单位N.m）ABCDET271345677623413500 第一步：导入图生成三维图（1）用solidworks按上面尺寸画出三维图，将文件名保存为litao4.x_t。（2选择fileimportpara弹出如下对话框，选择该文件后单击 第二步：定义单元类型（1）选择主菜单preprocessorelement typeadd/edit/delete 命令，弹出单元类型对话框（下图左）。（2）在对话框中单击add按钮，弹出library of element types 对话框。（3）在左边选择solid,右边选择8node 185 (下图右），在单元参考号中输入1，单击ok，再单击library of element types 对话框close。 三步：定义材料属性（1）选择主菜单preprocessormaterial propsmaterial models 命令，弹出定义材料属性对话框（下图左）。（2）在对话框中选择structurallinearelasticisotropic 命令，弹出定义各向同性线性材料的对话框（下图右）。（3）在杨氏模量中输入210000，在泊松比中输入0.3，单击ok，关闭对话框。 第四步：划分网格 选择主菜单preprocessormeshingmesh tool 弹出对话框，勾选smart size将精度调到5级，单击mesh,弹出mesh volumes对话框，选取整个体，单击ok。 步骤四 对整个图形进行加载和求解1. 定义位移约束Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Areas ,选取较大面键槽的两边进行约束。2. 加均布载荷P=4000T/(hld)=2200MPaMain Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Areas ,选取要加载的键槽的一边，输入换算所得压强值， 点OK。（2）后处理1.查看总体变形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape选择Def+undeformed.2查看位移分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solu,在弹出的对话框中选：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum 3.查看位移分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solu,在弹出的对话框中选：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum .5. 结果分析a.查看位移云图可知，轴由于受到扭矩作用，在轴的末端变形量最大； 课程设计小结 为期两周的CAD/CAE课设结束了，虽然以前也学过有限元分析这门课程，但这次Ansys软件实习是一次系统的，完整的接触Ansys对力学问题受力位移分析的全过程。通过这次的课程设计，我对Ansys软件的利用有了切身的体会。软件并不像我原所想的那样十分神秘，而是有着一个相对固定的模式和流程。在学习的过程中，我觉得自己的知识面还是有欠缺的。需要在以后的学习中加以注意，要全面的提高自己的知识层次。在加载力的过程中，我体会到计算应力是十分辛苦的。但在这种看似枯燥的过程中，我的软件应用水平有了一定程度的提高。这是课程设计中我最大的收获。以前学习计算机语言，总是静不下心来，不能认真的看书。这次课程设计，为了顺利的完成每个题目，我认真地学习了Ansys软件的应用，在图书馆借了相关书籍，并有了一定的心得体会，所以在以后的学习中，自己全身心的投入，这样的学习才会有效率，才会有效果。 从开始画点到可以进行三维实体建模，对网格划分、施加载荷和求解、后处理也有了一些了解。在做题的过程中遇到了不少问题，基本上通过查书籍、在网上找资料、请教别的同学就可以解决了。过程是最重要的。这次软件实习提升了自己学习新知识，解决新问题的能力。也认识到所学理论一定要联系实际，这样我们才能认识到自己的不足。24
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