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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10804 序 号： 03 姓 名： 指导教师： 起止日期：2012年 2 月 13 日 至 2 月 25 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）ABCDq3224549458240步骤一 创建几何实体模型1.建立关键点依次点击Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoints in Acti
2、ve CS，输入节点1(0,0) 2(0,150) 3(112,150) 4(224,150) 5（224,96) 6(130,96) 点击OK即可。2.连成直线Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLines Straight Line用光标点1、2点，2、3点，3、4点，4、5点，5、6点连成直结，连完点“OK”即可。3.组成平面图形Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitrary By lines用光标分别点击各条边，全部点击完毕后点击OK，出现如下图形：4.挖圆孔先建立两个圆 MainMenuP
3、roprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circles输入: WP X=50 输入: WP X=177 WPY=100 WPY=123 RADIUS=29 RADIUS=15然后进行布尔运算，将两个圆从图形中除去MainMenuProprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreas弹出对话框后，用光标点基本（即总体），再点“OK”，再点要减去的部分，“OK”得到新的基本图形。如下图步骤二 进行单元属性定义1定义单元类型。Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/De
4、lete 弹出对话框中后，点“Add” 。双弹出对话框，选“Solid”和“8 node 82”,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：Plans stress (表示选平面应力单元没有厚度)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.定义材料属性Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击StructuralLinerElasticIsotropic。输入弹性模量“2e1
5、1”和泊松比“0.3” 点击“OK”即可。步骤三 对整个图形进行网格划分及求解. 定义网格(单元)尺寸MainMenuProprocessorMeshingSizeCntrlsManual SizeAreas All Areas, 弹出对话框，输入单元边长为: 3 2. 划分网格Main MenuProprocessorMeshingMeshAreasFree, 弹出对话框，用光标点基本，再点击对话框里的“Pick ” 得到如下图形。步骤四 加载与求解1.定义分析类型Main MenuSolutionAnalysis TypeLoadsMew Analysis，选择Static.2.定义位移约
6、束Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines, 弹出对话框后，选择最左边的那条线，再点击 “OK ” ,弹出对话框。选“All DOF” ,VALUE 栏中输入0 。3. 加载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,点“OK”。如下图所示4.求解Main Menu Solution Solve Current LS.步骤五 后处理1.查看
7、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：No
8、dal Solution Stress 1st Principal stress .关于位移与应力的具体数据详见电子文件夹。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）ABCDEF321593589988830（一） 理论计算模型简化:2233A11B44 竖直方向：+ =2F以A为距心：215F+1150F=1265以B为距心：115F+1050F=1265联系方程组解得：=27.63KN =32.37KN从
9、而可得:在1-1截面处:M1=5.94 kNm 在2-2截面处:M2=4.42 kNm在3-3截面处:M3=5.68 kNm 在4-4截面处:M4=3.72 kNm有上数据可见，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。由于许用强度是100Mpa，截面3的值最大，即截面3是危险截面。有限元软件分析步骤一 创建几何实体模型1 在PROE中画出三维零件图，保存为iges文件点选文件保存副本选择iges格式保存。2 用ANSYS打开iges文件。FileImportIGES选择已保存好的文件。 步骤二 进行单元属性定义1.定义单元类型。Main MenuProprocessorE
10、lement Type Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，点“Add” 。双弹出对话框，选“Solid”和 “10 node 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.定义材料属性Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击StructuralLinerElasticIsotropic。输入弹性模量“2.1e11”和泊松比“
11、0.3” 点击“OK”。步骤三 划分网格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” 。得到如下图形:步骤四 加约束与载荷并求解1.定义分析类型Main Menu Solution Analysis Type New Analysis 选择Static。 2.定义约束Main Menu Solution Define Loads Apply Structur
12、alDisplacement On Areas, 弹出对话框。选取一端的圆周面，点击OK按钮，弹出对话框。选取ALL DOF将其全约束，VALUE 栏中输入0，点击OK按钮；选取另一端的圆周面，点击OK按钮，弹出对话框。选取Fy，VALUE 栏中输入0，点击OK按钮完成约束施加。3施加集中载荷（忽略重力的影响）Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment Node,然后在弹出对话框中选择集中力的作用点点击OK，在弹出对话框中选择集中力的方向Fy并输入力的大小-30000点击OK按钮。得到如下图形；5.计算求解按顺序单
13、击主菜单上的SolutionSolveCurrent LS，弹出对话框，点击OK按钮开始计算。当对话框显示Solution is done!时，计算完成。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
14、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 3）计算结果分析从卷扬机芯轴应力云图可以看出，芯轴的最大应力分布在左端台肩处，最大应力为，（与理论计算结果对比分析）芯轴材料为45钢，材料的屈服强度为335MPa，最大应力远小于材料的屈服强度，即卷扬机芯轴能够满足强度要求。第三题（常见零件）：一、如图所示零件，工作时该零件由图示2个螺栓（沉孔位置）固定在其它支座平面上，沿A向18凸台承受F1作用力，同时16孔承
15、受向下F2作用力，零件材料为铸钢，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，力单位N）A待添加的隐藏文字内容3BCDF1F2386175428001600步骤一 创建几何实体模型1.在PROE中保存iges文件点选文件保存副本选择iges格式保存。2.用ANSYS打开已保存好的iges文件。3.适当选取一平面复制到要加载荷的轴线上Main MenuProprocessorModelingCopyAreas，选取要复制的平面，点击OK，在弹出对话框Copy Areas中输入位移量，点击Ok即可。所得图形如下：步骤二 进行单元属性定义1.定义
16、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 “10 node 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.定义材料属性Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击StructuralLinerElasticIs
17、otropic。输入弹性模量“2e11”和泊松比“0.3” 点击“OK”。步骤三 划分网格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” 。得到如下图形:步骤四 对整个图形进行加载和求解1. 定义位移约束(对两个螺栓限制约束)Main Menu Solution Define Loads Apply StructuralDisplacement On Area
18、s, 用光标选中两个螺栓孔面，点击OK.。在弹出的对话框中选全约束, 输入值为:0。2. 加载荷凸台面受力:p1= F1/A=5.02Mpa;p2=F2/S=2.0 Mpa.a.Main 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 。b. Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Areas ,选取要加载的孔面. 点OK，弹出对话框后,选择作用力的方向并输入
19、值，点OK 。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 Deformed shape选择Def+undeformed.2.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 3.查看位移分布图Main Menu General Postproc Plot R
20、esults Contour PlotNodal Solu,在弹出的对话框中选：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum .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）ABCDET31305276583213500(1)前处理步骤一 创建几何实体模型1.在PROE中保存iges文件点选文件保存副本选择iges格式保存。2.用ANSYS打开iges文件。步骤二 进行单元属性定义1定义单元类型。
21、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StructuralLinerElasticIsotropic。输入弹性模量“2.1e11”和
22、泊松比“0.3” 点击OK。步骤三 对整个图形进行网格划分1.定义网格(单元)尺寸Main MenuProprocessorMeshingSize Cntrlssmart Sizebasic, 弹出对话框，输入单元边长为: 5 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
23、布载荷P=M/(LA)=1.667MPaMain 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.查看应力分布图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solutio
24、n Stress von Mises stress 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 .五、课程设计小结在两周的CAD/CAM课程设计中，我学到了很多，感受颇多，受益匪浅。对ANSYS的了解始于张强老师的选修课有限元分析，由于当初的重视不够，现在几乎是零起步，所有很多问题的出现也在所难免。这也正是考验我们，培养我们自我学习与解决问题的时候。所以，我要查资料 找例题
25、，想尽办法，弄懂问题，理清关键，一步一步将问题解决得明明白白。此次课程设计对我们来说算得上是一次大的挑战，是对我们自我学习与解决问题综合能力的一次检验。在完成课设作业的同时，我们需要查阅大量的资料了解软件操作的基本步骤方法，上网寻找相关实例，力求尽量多的掌握ANSYS的运用操作，将实际问题解决得圆满。由于此软件属全英文版本，因而我们的英文水平在此亦显得十分重要。在完成课设的整个过程中，我们遇到了太多的问题，不管你是多么仔细认真，然而一步错就将前功尽弃，这是软件本身的不足，更是对我们严谨科学态度的检验。于是，我们一遍又一遍，带着十二分的小心，但仍然存在这样或那样的问题。可是，请教老师并不是一件十分方便的事，这时我们往往需要自己寻找问题的所在，或是和同学一起交流讨论。可能由于准备得比较充分，我完成此次课设作业还算顺利。其中遇到的最大问题就是曲面上载荷的施加，于是我经过一番努力，重新制图并换算等价载荷，最终总算顺利解决了之类的全部难题。重新回看这两周的CAD/CAM课程设计，我认识到了自己的一些不足，同时也看到了一些好的东西。我不仅学到了ANSYS的一些操作技巧，也学到了一种解决问题的方法，更领悟到了一些内在的东西。作为一位机械工作者，我们需要具备一种好的品质，培养严谨负责的工作态度，置身于集体协调互助将难题解决得圆满！
