1、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 11002 班序 号： 16姓 名： 指导教师： 袁新梅 李宁 起止日期：2014 年 2 月 17 日 至 3 月 6 日CAD/CAE 软件实践课程设计第一题（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）A B C D q18 250 58 120 68 340(一)前处理步骤一 创建几何实体模型1.生成关键点Main MenuPreprocessorModel
2、ingCreateKeypoints in Active CS 输入节点 1(0,0) 点 Apply 依次输入 2(250,0） 3（250， -58） 4（130，-58） 5（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）连完点“OK”3.生成一个面Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitrary By lines 点击 6 条线段，结果如图：4.生
3、成两个圆建立左边的大圆 MainMenuProprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circles. 输入: WPX=50 WPY=-50 RADIUS=34 点 Apply建立右边的小圆MainMenuProprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circles.输入: WP X=192 WPY=-31 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
4、总体，此时总体颜色变红） ，点“OK” ，再点左边的大圆，同样方法减去右边的小圆，再点“OK” ，结果如图步骤二 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“4 node 42”,点“OK” ，退回到前一个对话框。 2.设置单元选项点“Element Type”对话框中的“Options”K3 处选：Planes strs w/thk (表示选平面应力单元没有厚度)K5 处选：No extra outputK6 处选：No extra out
5、put. 3.定义材料属性Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击 StructuralLinearElasticIsotropic。输入弹性模量 210000 和泊松比 0.3，OK 4.定义实常数Main MenuPreprocessorReal constantsAdd/edit/delete在弹出的对话框中选 Add 再选 Type1d，点 OK步骤三 对整个图形进行网格划分及求解1.Main MenuProprocessorMeshingMesh Tool 弹出对话框，勾取上方的 smart，再调节下方的
6、横向滚动条，将其数值调至 3，然后点OK， 得到划分网格后的图形：2.对左边进行全约束：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines, 步骤四 对右边矩形单元定义载荷Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Nodes, 选查看上边右侧共有节点 24 个，而所加分布力为 3400N/mm,因此每个节点的力为 142N/mm.步骤五 对整个图形进行加载求解 Main Menu Solution Solve Curr
7、ent LS（二）后处理1. 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 sum3. 查看应力分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNo
8、dal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution Stress von Mises stress或 1st Principal stress 4. 查看应力和形变数据应力情况 Main Menu General Postproc List Results Nodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution Stress von Mises stress 显示下列数据第二题（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
9、两者的结果进行比较分析。数据（长度单位 mm，力单位 KN）序号A B C D E F18 215 935 88 100 90 20(一)材料力学公式分析过程：模型简化:A11 B22由静力平衡方程求出支座反力竖直方向： + =2FRAFB以 A 为距心：215F+1150F=1265 RBF联系方程组解得： =18.42KN =21.58KNRA从而可得:M(A)=0,M(B)=0,M(1)=FA21510-3 =3.96KNM M(2)= FB115 10-3=2.48 KNMM(3)= FA(21510-3+11010-3/2)-20(11010-3/2)=3.87KNMM(4)= FA
10、(21510-3-11010-3/2)= 2.95KNM33223344由上数据可见，弯矩最大在 1 处，但 3、4 处直径变小，所以需校核 1、4、3 三处。 Mpad14.342.182593311由于许用强度是 100Mpa，截面 3 不符合强度要求，即截面 3 是危险截面。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, 0.03） ，3（0.06,0.03） ，4（0.06, 0.044
11、） ，5（0.16,0.044） ，6（0.16,0.05） ，7（0.215,0.05） ，8（0.27,0.05） ，9（0.27,0.045） ，10（1.095,0.045） ，11（1.095,0.05） ，12（1.150,0.05） ，13（1.205,0.05） ，14（1.205,0.055） ，15（1.215,0.055） ，16（1.215,0.03） ，17（1.265,0.03） ，18（1.265,0）2.连线Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLines Straight Line输入 1,2 点 Apply,依次连接
12、 18 个点。3.建面Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitrary By lines 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 br
13、ick“8 node 45”,点“OK”，退回到前一个对话框。 2.设置单元选项点“Element Type”对话框中的“Options”K5 处选：Nodal stress(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 2.09E11 和泊松比 0.269 点击 ok。步骤三 加集中力Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/M
14、oment On keypoints,选择关键点 7，输入 Y 方向的力-30000N，同样的方法，选择关键点 12，输入 Y 方向的力-30000N步骤四.对整个图形进行网格划分1.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” 步骤五 对整个图形进行加载和求解1Main Menu Solution Define Loads Apply Stru
15、cturalDisplacement On Areas, 选最左边端面，OK，在对话框中选择 ALL DOF，VALUE 输入 0 点 OK同样方法选择右边端面，限制 ALL DOF，VALUE 输入 02.求解Main Menu Solution Solve Current LS（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
16、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 4. 查看应力和形变数据Main Menu General Postproc List Results Nodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution
17、 Stress von Mises stress 显示下列数据第三题（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。数据（长度单位 mm，压强单位 MPa）序号A B C D E P16 R87 158 11 20 202 5.5(1)前处理步骤一 创建几何实体模型1.在 Solidworks 中保存.x-t 文件2.用 ANSYS 打开.x-t 文件。Plotctrlsstylesolid model facetsNormalfaceting再点右键选 REPORT，得
18、到步骤二 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 45”,点“OK”，退回到前一个对话框。 2.设置单元选项点“Element Type”对话框中的“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 StructuralLinerElastic
19、Isotropic。输入弹性模量 2.1E+11 和泊松比0.274 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 MenuProprocessorMeshingSize Cntrlssmart Sizebasic, 弹出对话框，输入单元边长为: 32.划分网格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. 对内壁加压 5MPaMain Menu Solution Define Loads Apply StructuralPressure On Ar
20、eas, 弹出对话框后,输入值 5MPa，点 OK 2. 定义位移约束(对六个螺栓限制约束)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,，将圆周边刚好划入, OK.。在弹出的对话框中选全约束, 输入值为:0。用同样的方法,对其它五个孔加全约束.。3. 求解Main Menu Solution Solve Current LS（2）后处理 1. 查看总体变形Main Menu General Postproc Plot Results Def
21、ormed shape2 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 stress4. 查看应力和形变数据应力情况Main Menu Gene
22、ral Postproc List Results Nodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution Stress von Mises stress 显示下列数据二、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）数据（长度单位 mm，扭矩单位 N.m）序号A B C D E T16 15 20 25 26 157 250(1)前处理步骤一 创建几何实体模型1.在 Solidworks 中保存.x-t 文件2.用 ANSYS 打开.x-t 文件。Plotctr
23、lsstylesolid model facetsNormalfaceting再点右键选 REPORT，得到步骤二 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”对话框中的“Options” ，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.材料属性Main Menu
24、ProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击 StructuralLinerElasticIsotropic。输入弹性模量 2.09E+11 和泊松比0.269 点击 ok。步骤三 对整个图形进行网格划分1.定义网格尺寸 Main MenuProprocessorMeshingSize CntrlsSmartSizeBasic, 弹出对话框，选择:2。2.划分网格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.定义分析类型
25、Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，选择 Static. 2. 定义位移约束(左侧的键槽限制约束) Main Menu Solution Define Loads Apply StructuralDisplacement On Areas, 选择组左侧键槽的平面及内圆弧面，点击 OK.。在弹出的对话框中选全约束, 输入值为:0。 3. 加载荷键槽的深度 10.58-7.5=3.08，键槽中部距中心(10.58+7.5)/2=9.04F=250/(9.0410-3)=27654.8672N 凸台面受力:p1= F1/A=27654.8672/(3.0819)=472.57Mpa=p2Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Areas ,选取要加载的凸台面. 点 OK，弹出对话框后,选择作用力的方向并输入值，点 OK 。 4. 求解Main Menu Solution Solve Current LS(2)后处理 1.查看总体变形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape 选择 Def+undeformed.
