1、1CAD/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）：2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。数据（长度单位 mm，分布力单位 N/cm）序号A B C D q27 272 58 142 58 240前处理步骤一 创建几何实体模型1.生成关键点。Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoint
2、s in Active CS 3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
3、，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
4、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” 。4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 MenuP
5、roprocessorMaterial 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: 352. 划分网格Main MenuProprocessorMeshingMeshAreasFree, 弹出对话框，点“Pick All” 结果如图：步骤四 对整个
6、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。6步骤六 求解Main Menu Solution Solve Current LS1
7、.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72 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8Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Soluti
8、on, 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。9数据（长度单位 mm，力单位 KN）序号A B C D E F27 220 930 92 96 92 25材料力学公式分析过程：模型简化:A11 B44由静力平衡方程求出支座反力
9、竖直方向： + =2FRAFB以 B 为距心：115F+1045F=1265 RAF以为 A 距心：220F+1150F=1265 B联系方程组解得： =22.92KN =27.08KNRAR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 三332210处。 Mpad09.41327.5632311截面 1 受到的弯曲应力最大,因此截面 1 是危险截面。Ansys
10、 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
11、,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”
12、点 ok11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 12点击 OK。步骤三.对整个图形进行网格划分. 定义网格(单
13、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, 13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，VA
14、LUE 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+undeformed142查看位移分布图Main Menu General Pos
15、tproc Plot Results Contour PlotNodal Solu,在弹出的对话框中选：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum 153. 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
16、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。16数据（长度单位 mm，压强单位 MPa）序号A B C D E P27 R88 160 12 18 198 5.0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 ok17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 li
17、brary 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
18、：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。18（2）选择主菜单 solutiondefine loadap
19、plystructuralpressureon 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
20、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 19二、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）20数据（长度单位 mm，扭矩单位 N.m）序号A B C D E T27 134 56 77 62 34 13500第一步：导入图生成三维图（1）用 so
21、lidworks 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21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。
22、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，
23、单击 ok。22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 D
24、eformed 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 233.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
25、 .245. 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。
