长江大学软件实践课程设计

1、发於次漫cad/ca歆件实践课程设计专 业：机械设计制造及其自动化班级：机械10701序 号：姓 名：指导教师：起止日期：2011年2月21日至3月6日cad/ca歌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q235a“2序号数据（长度单位 mm分布力单位 n/cm）abcdq332847015454200一、 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 menu>preprocessor>modeling>create>keypo

2、ints >in active cs输入节点 1(0,0)2(0,150)3(142,150) 4(284,150) 5 (284,80)6(130,80)点 okmain menu>preprocessor>modeling>create>lines>lines >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“okmain menu>preprocessor>modeling>create>areas>arbitrary >by line

3、s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：ansysb.建立两个圆 mainmenu>proprocessor>modeling>create>areas>circle>solid circles 输入： wp x=50输入： wp x=207wpy=100wpy=115radius=27radius=15c.用光标用布尔运算，将两个圆从图形中除去mainmenu>proprocessor>modeling>operate>booleans>subtract>areas 弹出对话框后，用光标点基本（即总

4、体） ，再点“ ok”，再点要减去的部分，“ok 得到基本图形ansysi步骤二进行单元属性定义1定义单元类型。main menu>proprocessor>element 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。“leer lftt flcrtwaplane parametert macra mefhjcirls me p3打7 e即kl'p”老|回笆j倒阂小国nee ceftn£pnsys2 .设置单元选项点 elemen

5、t type ”对话框中的 options”k3处选：plans strs （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 menu>proprocessor>material props>material models.弹出对话框，双击structural>liner>elastic>isotropic 。输入弹性模量和泊松比 点击ok。；l-ifit typ<:口 nmrrft#1 prpvrl>ori>3h libfa

6、yansysa 央materiel model bieor上 叵 罚ictromaifl unirtsiteriad m&ddb网 grt alpir ” mat num lure cri1vr»teg fil整 r- 浦d irgm file inic(lint ing ring ctrl4 md" ctrli “ model ling / c*qfi ran set up -fitfd xe up调电ci model nmbeljfiear s-ortncplf marrul prfipertie'i for mjtfteridl humber 1ptx

7、yeitifwrjtlkh=置的嘛 injrurbl ibnni诲 flflrtric含.台 dtthdrepic含 anisctropicnor nearil-enwtythermal 呷口门d ann ping£川河-/ 八口 petm，i 'i l ' i i" i'dstp/ckt网时2& i£±l opt4 .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。1 .定义网格（单元）尺寸mainmenu>proprocessor>meshing>sizecntrls

8、>manual size>areas> all areas, 弹出对话框，输入单元边长为：32 .划分网格main menu>proprocessor>meshing>mesh>areas>free,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an5yg nt蓊n menu刻口皿0"ij blvfrwnt tygq r»l gimnfi国 mmerial props,ee ghemh moddlfigg mathingi0 altribvltl目 mtfhtmi田 ebe cnrths13 m4

9、71;h«* qptkqi cmcil4f1«i9 m«shxgypoef浦 lirwcs *k»* 国 mapped尸4用 t«n|>rt surf田“调“et vfriwrfrt! a/evp国 tit mk# fromhl g愉*1* mmh3 mlzll酎 mxhq clwck mmji 国i* cimcfcinn cvks numbtrinf clrligt ardiiw modal国-cdupjing $ ceqnlt flotmn trt upjj!*.播一步骤四 对右边矩形单元定义载荷。main menu >solu

10、tion> define loads >apply >structural > pressure > on lines,选择需要加分布力的直线，i 需 iime.1 v am i m .一 knnebari 二在弹出的对话框中输入所加分布力的大小2000，点ok。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

11、处理1 .查看位移分布图main menu >general postproc >plot results > contour plot>nodal solu, 在弹出的对话框中选：nodal solutiondof solution > displacement vector sum2 .查看应力分布图main menu>general postproc >plot results > contour plot>nodal solution, 在弹出的对话框中选：nodal solution> stress >von mise

12、s stress 或 1stprincipal 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knj）abcdef3322093086989030（一）理论计算模型简化：竖直方向：fra+ frb=2f以 a 为距心：220f+1150f=1265 frrrb联系方程组解得：fra=27.51knfrb=32.49kn从而可得：在1-1截面处：ml=6.05kn在 2-2 截面处：m2=4.54 kn在3

13、-3截面处：m=5.92 kn在4-4截面处：m=3.87 kn1、2、3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 处。53.51mpa58.7mpa65.76mpa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。ansy吩析一.建模1、定义单元类型点击 main menu>preprocessor>elemengt type>add/edit/delete ，弹出窗口后，单击!期&.：/ 按钮，弹出如下图所示对话框lilirary of eleient types在实体单元中选择 8node 45单元。2、定义材料属性弹出

14、对话框，依次点击material model number 1>structural>linear>elastic>isotropic如下图所示main menu>preprocessor>material props>material models然后弹出如下图所以对话框,输入弹性模量的值为 2.1e5,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el rrtpriiessar 日藁臼cen也 0 voliaes 日cylin4ercrlini« ,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，

15、生成如下图所示圆柱体。ansy52）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。ansy54）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ansy55）按照以上方法将整个模型建立完成，实体模型如下图所示。ansys6）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preprocessor>modelin

16、g>operate>booleans>add>volunes ,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preprocessor>meshing>meshtool ,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。majl 4 zd 11 l1sll:157eletcent3an5、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

17、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 solutiong>define loads>apply>structural>displacement>on 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solution>define loads>apply>structural>inertia>gravity>global ,弹出如下对话框在acelx global cart

18、esian 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 solution>define loads>apply>structural>force/moment>onkeypoints,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。在集中力施加方向下拉选项中选择fx,在value force/moment value后的输入框中输入集中力的大小30000n。点击ok按钮完成载荷的施加。施加约束和载荷后的效果如下图所示。6、计算求解按顺序

19、单击主菜单上的solution>solve>current 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 menu>general postproc>plot results>contour plot>nodal solu在弹出的对话框中顺序点击nodal solution>stress>von mises stress，点击 ok按钮，得到等anxar 4 201l15 , g 11效应力云图如下图所示。wodazj eolutxonrarbe=

20、l sc1b =1cwk =.304 =.1333?=bobl.d.13,23.02340. i6s535ds6. bl20. 15233.49s4fi_ 83>fid_ is局部放大效果如下:wodazj 三 oluttonrsue =1timk-1arqu* (aw5)dr3 - z.27£flswr ='i也 96 g =60*18anxar 4 20j12）查看变形云图main menu>general postproc>plot results>contour plot>nodal solu在弹出的对话框中顺序点击nodal solut

21、ion>dof solution>displacement vector sum ，点击 ok按钮，得到轴的变形云图如下图所示。青 g ur -!ufium uwanriar 4 zo1j, 15j 30:d4rsyeo m5c =- 1z7g3h ©ww =-127635,1263s4,0s6726.db；02r 113456,014182,c42546.d70?l,099274.1276363）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60.18mpa,（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

22、,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 4个螺栓（沉孔位置）固定，两34孔中装有一轴，轴产生向上作用力为 f,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力单位nabcdef3355r26421709000一.前处理步骤一创建几何实体模型1.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。main menu>proprocessor>element type >add/edit/delete弹出对话框

23、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）3 .定义材料属性main menu>proprocessor>material props>material models. 弹出 对话框，双击 structural>liner>elastic>isotropic 。输入弹性模 量和泊松比点击ok。j国闻超小.殳上i d e. lfig

24、kmjansysjfxe 2jb- 2q11国 fr a f*tafafai«!c.=1 r-r «p-r vn svmk k « pht to*s h.t c vb-i i： u,4 3l.h»< / hq.r rurm&s m 1b t± afi.ilil sat it.bix心b i c3s t tt lk oir “3宣工v«t«r dl. qljklii a,¥m j.«ldlvtwe力ilvtx hl. i l lius u l u 乂,5 £«»&

25、#171;< *1 r-ai-ctp-f-riml13 if il nfi1口近091tw mb fnmlh ill1 it"- i * r ?步骤三对整个图形进行网格划分main menu>proprocessor>meshing>mesh>volumes>free,弹出对话框，点“pick allui步骤四 对整个图形进行加载和求解1 .定义位移约束（对四个螺栓限制约束）main menu >solution> define loads >apply >structural>displacement > on

26、 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，对其它三个孔加全约 束.。measate a ironan2 .加载荷main menu >solution> define loads >apply >structural > pressure > onareas ,二.后处理1 .查看总体变形main menu >general postproc >plot results > deformed shape2 .查看应力分布图在弹出的对

27、main menu >general postproc >plot results > contour plot>nodal solution, 话框中选：nodal solutionstress >von mises stressvodkl soluriow sub 1tike-4 shot (kvg)mx «.d5-»644 shn 力就-心skx *213.sz3annu 33.查看位移分布图an.dz65os,053017+0062?ktodxl solutioia5tzp-1 sub tl tikel usum (jlvc)r5y51d tic-: .酣g&h 5j£x i.qs9644四、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：两键梢传递扭矩）18.5序号数据（长度单位 mm扭矩单位n.m）abcdet33152025261572501三维图2材料属性3划分网格main menu>proprocessor>meshing>mesh>volumes>free,弹出对话框，点“pick allelehewts .xdlr / ,nil4对整个图形进行