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CAD/CAE軟件實踐 課程設計 專 業(yè)： 自機械設計制造及其動化 班 級： 機械11007班 序 號： 27 姓 名： 易衛(wèi)明 指導教師： 郭登明 汪健華 起止日期：2015年1月1日 至月17日 第一題（平面問題）： 如圖所示零件，所受均布力載荷為q,分析在該作用力下的零件的形變和應力狀況，本題簡化為二維平面問題進行靜力分析，零件材料為Q235。 序號 數(shù)據(jù)（長度單位mm，分布力單位N/cm） A B C D q 27 272 58 142 Ф58 240 前處理 步驟一 創(chuàng)建幾何實體模型 1.生成關鍵點。 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS 輸入節(jié)點1(0,0) 點Apply 依次輸入2(130,92） 3(272,92） 4（272，150） 5（136,150） 6（0,150） 輸完點OK 2.連線 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >Straight Line 用光標點1，2點，連成直結；再依次點擊（2, 3），（3，4），（4，5）（5,1）（6,1）連完點“OK” 3.生成一個面。 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >By lines 點擊6條線段。 4，生成兩個圓 建立左邊的大圓 MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circles. 輸入: WPX=50 WPY=100 RADIUS=30點Apply 建立右邊的小圓 MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circles. 輸入: WP X=201 WPY=122 1 RADIUS=15點OK 5在總體中減去2個圓 Main Menu>Proprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract> Areas, 彈出對話框中后，用光標先點基體(即總體，此時總體顏色變紅），點“OK”，再點左邊的大圓和右邊的小圓，再點“OK” 。 步驟二 進行單元屬性定義 1定義單元類型。 Main Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete 彈出對話框中后，點“Add” 。雙彈出對話框，選“Solid”和“8 node 185”,點“OK”，退回到前一個對話框。 2.定義實常數(shù) Main Menu>Preprocessor>Real constants>Add/edit/delete在彈出的對話框中選Add再選Type1d，“THK”值輸入“5”，點OK 3.定義材料屬性 Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 彈出對話框，雙擊Structural>Liner>Elastic>Isotropic。輸入彈性模量21000和泊松比0.3，點OK 步驟三 對整個圖形進行網(wǎng)格劃分。 １. 定義網(wǎng)格(單元)尺寸 Main Menu>Proprocessor>Meshing>Size Cntrls>Manual Size>Areas> All Areas, 彈出對話框，輸入單元邊長為: 3 2. 劃分網(wǎng)格 Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free, 彈出對話框，點“Pick All” 結果如圖： 步驟四 對整個圖形施加約束 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structual Displacement>On lines彈出對話框。用光標點擊最左邊的線段，“OK ” ,彈出對話框。選“All DOF” ,VALUE 欄中輸入0 。 步驟五 對右邊矩形單元定義載荷。 Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Lines, 選擇需要加分布力的直線。 在彈出的對話框中輸入所加分布力的大小24（N/mm）,點ok。 步驟六 求解 Main Menu >Solution> Solve >Current LS 1.后處理 查看總體變形 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape 選擇Def+undeformed 則會出現(xiàn)變形前后的圖形 2查看位移分布圖 Main Menu >GeneralPostproc >PlotResults >Contour Plot>Nodal Solu,在彈出的對話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum 3. 查看應力分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> Stress >von Mises stress或1st Principal stress 結果分析：由應力云圖可知，最危險處的應力等于860MP，故此零件危險 第二題（簡單三維問題）： 卷揚機卷筒心軸的材料為45鋼，軸的結構和受力情況如下圖所示。請先用材料力學計算公式校核心軸的強度；然后利用有限元軟件對模型進行有限元分析；并最后對兩者的結果進行比較分析。 序號 數(shù)據(jù)（長度單位mm，力單位KN） A B C D E F 27 220 930 92 96 92 25 材料力學公式分析過程： 模型簡化: 2 2 3 3 A 1 1 B 4 4 由靜力平衡方程求出支座反力 豎直方向：+ =2F 以B為距心：115F+1045F=1265 以為A距心：220F+1150F=1265 聯(lián)系方程組解得：=22.92KN =27.08KN 從而可得: 在1-1截面處: M1=22.920.22=5.04KN.M 在2-2截面處:M2=3.78KN.M 在3-3截面處:M3=4.93KN.M 在4-4截面處:M4=3.11KN.M 由上數(shù)據(jù)可見，彎矩最大在1處，但2、3處直徑變小，所以需校核1、2、3三處。 截面1受到的彎曲應力最大,因此截面1是危險截面。 Ansys 軟件分析： (1)前處理 步驟一 創(chuàng)建幾何實體模型 1.創(chuàng)建關鍵點 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS 輸入節(jié)點1 (0,0) 點Apply 再依次輸入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.連線 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >Straight Line選中1,2點Apply,依次連接18個點。 3.建面 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >By lines 選中所有線段，點擊OK 結果如圖： 4.旋轉(zhuǎn) Main Menu>Proprocessor> Modeling>Operate>Extrude>Areas >About Axis, 彈出對話框中后，點面積,OK，再點對稱線（1,18）,OK在彈出的對話框中輸入ARC“360”點ok 步驟二 進行單元屬性定義 1定義單元類型。 Main Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete 彈出對話框中后，點“Add” 。雙彈出對話框，選“Solid”和brick“8 node 185”,點“OK”，退回到前一個對話框。 2.定義材料屬性 Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 彈出對話框，雙擊Structural>Liner>Elastic>Isotropic。輸入彈性模量210000和泊松比0.3 點擊OK。 步驟三.對整個圖形進行網(wǎng)格劃分 １. 定義網(wǎng)格(單元)尺寸 Main Menu>Proprocessor>Meshing>sizecntrls>smartsize>basic在彈出的對話框中選擇LVL“5” 2. 劃分網(wǎng)格 Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 彈出對話框，點“Pick All” 步驟四 對整個圖形施加約束 1．Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural>Displacement > On Areas, 選最左邊圓周面面，OK，在對話框中選擇ALL DOF，VALUE輸入0點OK 同樣方法選擇右邊圓周面面，限制UY和UZ，VALUE輸入0 步驟五 加集中力 Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Force/Moment> On keypoints,選擇關鍵點7，輸入Y方向的力-25000N，同樣的方法，選擇關鍵點12，輸入Y方向的力-25000N 步驟六 求解 Main Menu >Solution> Solve >Current LS 后處理 1．查看總體變形 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape 選擇Def+undeformed 2．查看位移分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum 3. 查看應力分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> Stress >von Mises stress或1st Principal stress 第三題（常見零件）： 一、如圖所示蓋零件，工作時由6個螺栓鎖緊，承受內(nèi)壓為P，零件材料為Q235，圖中長度單位為mm。建立三維實體模型，采用靜力分析該零件的變形和應力狀況。 序號 數(shù)據(jù)（長度單位mm，壓強單位MPa） A B C D E P 27 R88 Ф160 12 18 Ф198 5.0 前處理 步驟一：導入圖生成三維圖 （1）用solidworks按上面尺寸畫出三維圖，將文件名保存為3.1.x_t。 （2）選擇file>import>para彈出如下對話框，選擇該文件后單擊ok 第步驟二：定義單元類型 （1）選擇主菜單preprocessor>element type>add/edit/delete 命令，彈出單元類型對話框。 （2）在對話框中單擊add按鈕，彈出library of element types 對話框。 （3）在左邊選擇solid,右邊選擇10node 185，在單元參考號中輸入1，單擊ok，再單擊library of element types 對話框close。 步驟三：定義材料屬性 （1）選擇主菜單preprocessor>material props>material models 命令，彈出定義材料屬性對話框。 （2）在對話框中選擇structural>linear>elastic>isotropic 命令，彈出定義各向同性線性材料的對話框。 （3）在楊氏模量中輸入210000，在泊松比中輸入0.3，單擊ok，關閉對話框。 步驟四：劃分網(wǎng)格 選擇主菜單preprocessor>meshing>mesh tool 彈出對話框，勾選smart size將精度調(diào)到5級，單擊mesh,選volumes，選free，彈出對話框，選取整個體，單擊ok。 步驟五：施加位移約束和載荷 1）選擇主菜單solution>define load>apply>structural>displacement>on areas命令，彈出相應對話框，選在螺栓孔內(nèi)表面表面，單擊ok，在彈出對話框中選all DOF，在displacement value中輸入0，再單擊ok。 （2）選擇主菜單solution>define load>apply>structural>pressure>on areas命令，彈出相應對話框，選零件的內(nèi)表面，單擊ok，在彈出對話框中在load value中輸入5，再單擊ok。 步驟六：求解模型 選擇主菜單solution>solve >current ls,彈出對話框后單擊ok，彈出對話框后單擊yes，開始求解。 步驟七：后處理 查看位移分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum 查看應力分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> Stress >von Mises stress或1st Principal stress 二、如圖所示軸，工作時所受扭矩為T，軸材料為45# 鋼，圖中長度單位為mm。建立三維實體模型，采用靜力分析其變形和應力狀況。（提示：兩鍵槽傳遞扭矩） 序號 數(shù)據(jù)（長度單位mm，扭矩單位N.m） A B C D E T 27 Ф134 Ф56 Ф77 62 34 13500 第一步：導入圖生成三維圖 （1）用solidworks按上面尺寸畫出三維圖，將文件名保存為litao4.x_t。 （2選擇file>import>para彈出如下對話框，選擇該文件后單擊 第二步：定義單元類型 （1）選擇主菜單preprocessor>element type>add/edit/delete 命令，彈出單元類型對話框（下圖左）。 （2）在對話框中單擊add按鈕，彈出library of element types 對話框。 （3）在左邊選擇solid,右邊選擇8node 185 (下圖右），在單元參考號中輸入1，單擊ok，再單擊library of element types 對話框close。 三步：定義材料屬性 （1）選擇主菜單preprocessor>material props>material models 命令，彈出定義材料屬性對話框（下圖左）。 （2）在對話框中選擇structural>linear>elastic>isotropic 命令，彈出定義各向同性線性材料的對話框（下圖右）。 （3）在楊氏模量中輸入210000，在泊松比中輸入0.3，單擊ok，關閉對話框。 第四步：劃分網(wǎng)格 選擇主菜單preprocessor>meshing>mesh tool 彈出對話框，勾選smart size將精度調(diào)到5級，單擊mesh,彈出mesh volumes對話框，選取整個體，單擊ok。 步驟四 對整個圖形進行加載和求解 1. 定義位移約束 Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural> Displacement > On Areas ,選取較大面鍵槽的兩邊進行約束。 2. 加均布載荷 P=4000T/(hld)=2200MPa Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Areas ,選取要加載的鍵槽的一邊，輸入換算所得壓強值， 點OK。 （2）后處理 1.查看總體變形 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape 選擇Def+undeformed. 2查看位移分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum 3.查看位移分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum . 5. 結果分析 a.查看位移云圖可知，軸由于受到扭矩作用，在軸的末端變形量最大； 課程設計小結 為期兩周的CAD/CAE課設結束了，雖然以前也學過有限元分析這門課程，但這次Ansys軟件實習是一次系統(tǒng)的，完整的接觸Ansys對力學問題受力位移分析的全過程。 通過這次的課程設計，我對Ansys軟件的利用有了切身的體會。軟件并不像我原所想的那樣十分神秘，而是有著一個相對固定的模式和流程。在學習的過程中，我覺得自己的知識面還是有欠缺的。需要在以后的學習中加以注意，要全面的提高自己的知識層次。在加載力的過程中，我體會到計算應力是十分辛苦的。但在這種看似枯燥的過程中，我的軟件應用水平有了一定程度的提高。這是課程設計中我最大的收獲。以前學習計算機語言，總是靜不下心來，不能認真的看書。這次課程設計，為了順利的完成每個題目，我認真地學習了Ansys軟件的應用，在圖書館借了相關書籍，并有了一定的心得體會，所以在以后的學習中，自己全身心的投入，這樣的學習才會有效率，才會有效果。 從開始畫點到可以進行三維實體建模，對網(wǎng)格劃分、施加載荷和求解、后處理也有了一些了解。在做題的過程中遇到了不少問題，基本上通過查書籍、在網(wǎng)上找資料、請教別的同學就可以解決了。過程是最重要的。這次軟件實習提升了自己學習新知識，解決新問題的能力。也認識到所學理論一定要聯(lián)系實際，這樣我們才能認識到自己的不足。 24