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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）ABCDq182505812068340(一)前处理步骤一 创建几何实体模型1.生成关键点Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoints 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 output. 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 Current 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 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；并最后对两者的结果进行比较分析。序号数据（长度单位mm，力单位KN）ABCDEF18215935881009020(一)材料力学公式分析过程：模型简化:334433A11B2222由静力平衡方程求出支座反力竖直方向：+ =2F以A为距心：215F+1150F=1265联系方程组解得：=18.42KN =21.58KN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(21510-3-11010-3/2)= 2.95KNM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。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），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 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/Moment 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 StructuralDisplacement 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 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。序号数据（长度单位mm，压强单位MPa）ABCDEP16R8715811202025.5(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StructuralLinerElasticIsotropic。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: 3 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. 对内壁加压5MPaMain Menu Solution Define Loads Apply StructuralPressure On Areas, 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 Deformed 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 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）ABCDET1615202526157250(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 MenuProprocessorMaterial 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 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Mai