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CAD/CAE軟件實(shí)踐 課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)械11007班 序 號(hào)： 27 姓 名： 易衛(wèi)明 指導(dǎo)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(yīng)力狀況，本題簡化為二維平面問題進(jìn)行靜力分析，零件材料為Q235。 序號(hào) 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(shí)體模型 1.生成關(guān)鍵點(diǎn)。 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS 輸入節(jié)點(diǎn)1(0,0) 點(diǎn)Apply 依次輸入2(130,92） 3(272,92） 4（272，150） 5（136,150） 6（0,150） 輸完點(diǎn)OK 2.連線 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >Straight Line 用光標(biāo)點(diǎn)1，2點(diǎn)，連成直結(jié)；再依次點(diǎn)擊（2, 3），（3，4），（4，5）（5,1）（6,1）連完點(diǎn)“OK” 3.生成一個(gè)面。 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >By lines 點(diǎn)擊6條線段。 4，生成兩個(gè)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(diǎn)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(diǎn)OK 5在總體中減去2個(gè)圓 Main Menu>Proprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract> Areas, 彈出對(duì)話框中后，用光標(biāo)先點(diǎn)基體(即總體，此時(shí)總體顏色變紅），點(diǎn)“OK”，再點(diǎn)左邊的大圓和右邊的小圓，再點(diǎn)“OK” 。 步驟二 進(jìn)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(duì)話框中后，點(diǎn)“Add” 。雙彈出對(duì)話框，選“Solid”和“8 node 185”,點(diǎn)“OK”，退回到前一個(gè)對(duì)話框。 2.定義實(shí)常數(shù) Main Menu>Preprocessor>Real constants>Add/edit/delete在彈出的對(duì)話框中選Add再選Type1d，“THK”值輸入“5”，點(diǎn)OK 3.定義材料屬性 Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 彈出對(duì)話框，雙擊Structural>Liner>Elastic>Isotropic。輸入彈性模量21000和泊松比0.3，點(diǎn)OK 步驟三 對(duì)整個(gè)圖形進(jìn)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(duì)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(duì)話框，點(diǎn)“Pick All” 結(jié)果如圖： 步驟四 對(duì)整個(gè)圖形施加約束 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structual Displacement>On lines彈出對(duì)話框。用光標(biāo)點(diǎn)擊最左邊的線段，“OK ” ,彈出對(duì)話框。選“All DOF” ,VALUE 欄中輸入0 。 步驟五 對(duì)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(duì)話框中輸入所加分布力的大小24（N/mm）,點(diǎn)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(huì)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(duì)話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum 3. 查看應(yīng)力分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在彈出的對(duì)話框中選：Nodal Solution> Stress >von Mises stress或1st Principal stress 結(jié)果分析：由應(yīng)力云圖可知，最危險(xiǎn)處的應(yīng)力等于860MP，故此零件危險(xiǎn) 第二題（簡單三維問題）： 卷揚(yáng)機(jī)卷筒心軸的材料為45鋼，軸的結(jié)構(gòu)和受力情況如下圖所示。請(qǐng)先用材料力學(xué)計(jì)算公式校核心軸的強(qiáng)度；然后利用有限元軟件對(duì)模型進(jìn)行有限元分析；并最后對(duì)兩者的結(jié)果進(jìn)行比較分析。 序號(hào) 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(xué)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(yīng)力最大,因此截面1是危險(xiǎn)截面。 Ansys 軟件分析： (1)前處理 步驟一 創(chuàng)建幾何實(shí)體模型 1.創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn) Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS 輸入節(jié)點(diǎn)1 (0,0) 點(diǎn)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(diǎn)Apply,依次連接18個(gè)點(diǎn)。 3.建面 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >By lines 選中所有線段，點(diǎn)擊OK 結(jié)果如圖： 4.旋轉(zhuǎn) Main Menu>Proprocessor> Modeling>Operate>Extrude>Areas >About Axis, 彈出對(duì)話框中后，點(diǎn)面積,OK，再點(diǎn)對(duì)稱線（1,18）,OK在彈出的對(duì)話框中輸入ARC“360”點(diǎn)ok 步驟二 進(jìn)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(duì)話框中后，點(diǎn)“Add” 。雙彈出對(duì)話框，選“Solid”和brick“8 node 185”,點(diǎn)“OK”，退回到前一個(gè)對(duì)話框。 2.定義材料屬性 Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 彈出對(duì)話框，雙擊Structural>Liner>Elastic>Isotropic。輸入彈性模量210000和泊松比0.3 點(diǎn)擊OK。 步驟三.對(duì)整個(gè)圖形進(jìn)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(duì)話框中選擇LVL“5” 2. 劃分網(wǎng)格 Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 彈出對(duì)話框，點(diǎn)“Pick All” 步驟四 對(duì)整個(gè)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(duì)話框中選擇ALL DOF，VALUE輸入0點(diǎn)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(guān)鍵點(diǎn)7，輸入Y方向的力-25000N，同樣的方法，選擇關(guān)鍵點(diǎn)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(duì)話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum 3. 查看應(yīng)力分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在彈出的對(duì)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(shí)由6個(gè)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(shí)體模型，采用靜力分析該零件的變形和應(yīng)力狀況。 序號(hào) 數(shù)據(jù)（長度單位mm，壓強(qiáng)單位MPa） A B C D E P 27 R88 Ф160 12 18 Ф198 5.0 前處理 步驟一：導(dǎo)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(duì)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(duì)話框。 （2）在對(duì)話框中單擊add按鈕，彈出library of element types 對(duì)話框。 （3）在左邊選擇solid,右邊選擇10node 185，在單元參考號(hào)中輸入1，單擊ok，再單擊library of element types 對(duì)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(duì)話框。 （2）在對(duì)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(duì)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(guān)閉對(duì)話框。 步驟四：劃分網(wǎng)格 選擇主菜單preprocessor>meshing>mesh tool 彈出對(duì)話框，勾選smart size將精度調(diào)到5級(jí)，單擊mesh,選volumes，選free，彈出對(duì)話框，選取整個(gè)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(yīng)對(duì)話框，選在螺栓孔內(nèi)表面表面，單擊ok，在彈出對(duì)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(yīng)對(duì)話框，選零件的內(nèi)表面，單擊ok，在彈出對(duì)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(duì)話框后單擊ok，彈出對(duì)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(duì)話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum 查看應(yīng)力分布圖 Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在彈出的對(duì)話框中選：Nodal Solution> Stress >von Mises stress或1st Principal stress 二、如圖所示軸，工作時(shí)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(shí)體模型，采用靜力分析其變形和應(yīng)力狀況。（提示：兩鍵槽傳遞扭矩） 序號(hào) 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(dǎo)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(duì)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(duì)話框（下圖左）。 （2）在對(duì)話框中單擊add按鈕，彈出library of element types 對(duì)話框。 （3）在左邊選擇solid,右邊選擇8node 185 (下圖右），在單元參考號(hào)中輸入1，單擊ok，再單擊library of element types 對(duì)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(duì)話框（下圖左）。 （2）在對(duì)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(duì)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(guān)閉對(duì)話框。 第四步：劃分網(wǎng)格 選擇主菜單preprocessor>meshing>mesh tool 彈出對(duì)話框，勾選smart size將精度調(diào)到5級(jí)，單擊mesh,彈出mesh volumes對(duì)話框，選取整個(gè)體，單擊ok。 步驟四 對(duì)整個(gè)圖形進(jìn)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(jìn)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(qiáng)值， 點(diǎn)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(duì)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(duì)話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum . 5. 結(jié)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(shè)計(jì)小結(jié) 為期兩周的CAD/CAE課設(shè)結(jié)束了，雖然以前也學(xué)過有限元分析這門課程，但這次Ansys軟件實(shí)習(xí)是一次系統(tǒng)的，完整的接觸Ansys對(duì)力學(xué)問題受力位移分析的全過程。 通過這次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)Ansys軟件的利用有了切身的體會(huì)。軟件并不像我原所想的那樣十分神秘，而是有著一個(gè)相對(duì)固定的模式和流程。在學(xué)習(xí)的過程中，我覺得自己的知識(shí)面還是有欠缺的。需要在以后的學(xué)習(xí)中加以注意，要全面的提高自己的知識(shí)層次。在加載力的過程中，我體會(huì)到計(jì)算應(yīng)力是十分辛苦的。但在這種看似枯燥的過程中，我的軟件應(yīng)用水平有了一定程度的提高。這是課程設(shè)計(jì)中我最大的收獲。以前學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語言，總是靜不下心來，不能認(rèn)真的看書。這次課程設(shè)計(jì)，為了順利的完成每個(gè)題目，我認(rèn)真地學(xué)習(xí)了Ansys軟件的應(yīng)用，在圖書館借了相關(guān)書籍，并有了一定的心得體會(huì)，所以在以后的學(xué)習(xí)中，自己全身心的投入，這樣的學(xué)習(xí)才會(huì)有效率，才會(huì)有效果。 從開始畫點(diǎn)到可以進(jìn)行三維實(shí)體建模，對(duì)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(qǐng)教別的同學(xué)就可以解決了。過程是最重要的。這次軟件實(shí)習(xí)提升了自己學(xué)習(xí)新知識(shí)，解決新問題的能力。也認(rèn)識(shí)到所學(xué)理論一定要聯(lián)系實(shí)際，這樣我們才能認(rèn)識(shí)到自己的不足。 24