CADCAE软件实践课程设计.doc

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）ABCDq2222529256220一、 前处理 步骤一 创建几何实体模型1. 创建图形。a.依次点击Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoints in Active CS输入节点1(0,0) 2(0,150) 3(111,150) 4(222,150) 5（222,98) 6(130,98)点OKMain 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，点Apply；连完点“OK”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：b.建立两个圆 MainMenuProprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circle输入: WP X=50 输入: WP X=176 WPY=100 WPY=124 RADIUS=27 RADIUS=15c.用光标用布尔运算，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”得到基本图形步骤二 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 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 stress(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。输入弹性模量和泊松比 点击ok。3.定义实常数由于是平面问题，故不需要定义是常数。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 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22,点ok。Main Menu Solution Define Loads Apply Structural DisplacementOn Lines如下图所示五.求解Main Menu Solution Solve Current LS1. 查看总体变形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape选择Def+undeformed,二.后处理1.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 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或1st Principal stress 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）ABCDEF221094087988825（一） 理论计算模型简化:2233A11B44 竖直方向：+ =2F以A为距心：210F+1150F=1265联系方程组解得：=23.12KN =26.88KN从而可得:在1-1截面处: M1=4.86KN*m 在2-2截面处:M2=3.58KN*m在3-3截面处:M3=4.75KN*m 在4-4截面处:M4=3.09KNm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。1=32M1（d1d1d1）=52.62Mpa2=32M2（d2d2d2）=55.4MPa3=32M3（d3d3d3）=71MPa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。（2）ANSYS分析一.建模 1、定义单元类型点击Main MenuPreprocessorElemengt TypeAdd/Edit/Delete，弹出窗口后，单击按钮，弹出如下图所示对话框在实体单元中选择8node 45单元。2、定义材料属性2.1Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 弹出对话框，依次点击Material Model Number 1StructuralLinearElasticIsotropic 如下图所示然后弹出如下图所以对话框，输入弹性模量的值为2.1e11，泊松比为0.3。3、建立有限元模型1）按顺序单击主菜单上的 ，弹出对话框，在半径选项框中输入值36，在深度选项框中输入值50。点击OK按钮，生成如下图所示圆柱体。2）点击工具栏上的Workplane，在下拉菜单中选择Offset WP by Increments，在弹出对话框中输入值（0，0，50），将工作平面沿Z方向偏移50个单位。3）重复第一步步骤，在半径选项中输入值55，在深度选项框中输入值10。生成如下图所示实体。4）重复第二步，将工作平面沿Z方向平移10个单位。5)用相同做法依次得到以下图形6）按照以上方法将整个模型建立完成，实体模型如下图所示。7）按顺序单击主菜单上的PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolunes，弹出对话框，点击Pick All按钮，将实体模型加成一个整体。4、划分网格按顺序单击主菜单上的PreprocessorMeshingMeshTool，弹出网格划分工具对话框，勾选Smart Size，采用自由划分模式，划分精度采用默认值，选择四面体单元模型，点击Mesh按钮，弹出对话框。点击Pick All按钮，开始划分网格，网格划分结果如下图所示。5、施加约束和载荷由于只考虑重力和集中力F，故可以将轴的两端采用全约束而不影响其分析结果，具体施加约束和载荷过程如下。1）施加约束按顺序单击主菜单上的SolutiongDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas，弹出对话框。分别选取两端的圆周面，点击OK按钮，弹出对话框。选取ALL DOF将其全约束，点击OK按钮，完成约束施加。2）施加重力按顺序单击主菜单上的SolutionDefine LoadsApplyStructuralInertiaGravityGlobal，弹出如下对话框在ACELX Global Cartesian X-comp后的输入框中输入重力加速度值-9800，点击OK完成重力施加。3）施加集中力载荷按顺序单击主菜单上的SolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Keypoints，弹出对话框。选择23和47两个关键点，即题图中集中力F施加位置，点击OK按钮，弹出如下图所示对话框。6、计算求解按顺序单击主菜单上的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。7、计算结果和分析1）查看应力云图Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu在弹出的对话框中顺序点击Nodal SolutionStressvon Mises stress，点击OK按钮，得到等效应力云图如下图所示。2）查看变形云图Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu在弹出的对话框中顺序点击Nodal SolutionDOF SolutionDisplacement vector sum，点击OK按钮，得到轴的变形云图如下图所示。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70.7MPa(与理论结果对比分析)，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）ABCDF1F2284175409001700一.建模用pro/e建三维模型，打开ansys，点fileImport将模型导入ansys1选择类型。Main MenuPreferences弹出对话框中后，点”structure”后点“ok”。2定义单元类型点击Main MenuPreprocessorElemengt TypeAdd/Edit/Delete，弹出窗口后，单击按钮，弹出如下图所示对话框在实体单元中选择8node 45单元。3定义材料属性Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 弹出对话框，依次点击Material Model Number 1StructuralLinearElasticIsotropic 如下图所示输入弹性模量的值为1.75e11，泊松比为0.3。4划分网格按顺序单击主菜单上的PreprocessorMeshingMeshTool，弹出网格划分工具对话框，勾选Smart Size，采用自由划分模式，划分精度3，选择三角形单元模型，点击Mesh按钮，弹出对话框。点击Pick All按钮，开始划分网格，网格划分结果如下图所示。5施加约束和载荷将螺栓沉孔的两个面施加全约束，在18凸台面上施加压力5.65MP，在16孔下半平面施加压力2.13MP。如图所示6计算求解按顺序单击主菜单上的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。7计算结果和分析1）查看应力云图Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu在弹出的对话框中顺序点击Nodal SolutionStressvon Mises stress，点击OK按钮，得到等效应力云图如下图所示。2）查看变形云图Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu在弹出的对话框中顺序点击Nodal SolutionDOF SolutionDisplacement vector sum，点击OK按钮，得到轴的变形云图如下图所示。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）ABCDET21285274583012750一.建模用pro/e建三维模型，打开ansys，点fileImport将模型导入ansys1选择类型。Main MenuPreferences弹出对话框中后，点”structure”后点“ok”。2定义单元类型点击Main MenuPreprocessorElemengt TypeAdd/Edit/Delete，弹出窗口后，单击按钮，弹出如下图所示对话框在实体单元中选择8node 45单元。3定义材料属性Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 弹出对话框，依次点击Material Model Number 1StructuralLinearElasticIsotropic 如下图所示然后弹出如下图所以对话框，输入弹性模量的值为2.1e11，泊松比为0.3。4划分网格按顺序单击主菜单上的PreprocessorMeshingMeshTool，弹出网格划分工具对话框，勾选Smart Size，采用自由划分模式，划分精度3，选择三角形单元模型，点击Mesh按钮，弹出对话框。点击Pick All按钮，开始划分网格，网格划分结果如下图所示。5、施加约束和载荷1）施加约束对一端面施加全约束，对键槽的一端面施加均布载荷6、计算求解按顺序单击主菜单上的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。7、计算结果和分析1）查看应力云图Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu在弹出的对话框中顺序点击Nodal SolutionStressvon Mises stress，点击OK按钮，得到等效应力云图如下图所示。2）查看变形云图Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu在弹出的对话框中