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1、CAD/CAE 软软件件实实践践课课程程设计设计专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 机械 10805序 号： 姓 名： 指导教师： 起止日期：2012 年 2 月 13 日 至 2 月 26 日CAD/CAE 软件实践课程设计第一题（平面问题）：第一题（平面问题）：如如图图所示零件，所受均布力所示零件，所受均布力载载荷荷为为 q,分析在分析在该该作用力下的零件作用力下的零件的形的形变变和和应应力状况，本力状况，本题简题简化化为为二二维维平面平面问题进问题进行静力分析，零件材行静力分析，零件材料料为为 Q235。 。数据（长度单位 mm，分布力单位 N/cm）序号 ABCDq5228589
2、862280、前前处处理理步步骤骤一一 创创建几何建几何实实体模型体模型1. 创建图形。a.依次点击依次点击 Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoints in Active CS 输入节点 1(0,0) 2(0,150) 3(114，150) 4(228,150) 5（228,92) 6(130,92)点 OK Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLines Straight Line 用光标点 1，2 点，2,3 点，3，4 点，4，5 点，5，6 点， 6,1 点，连成直结，点 Apply；连 完点“
3、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 Circles 输入输入: WP X=50 输入输入: WP X=179WPY=100 WPY=121RADIUS=31 RADIUS=15 c.用光标用布尔运算，将两个圆从图形中除去 MainMenuProprocessorModelingOperateBooleansSubtractAre
4、as 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” 得到基本图形步步骤骤二二 进进行行单单元属性定元属性定义义1 定义单元类型。Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，点点“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 处选处选： ：Plans strs (表示选平面应力单元没有厚度)K5 处选处选： ：Nodal stree(表示需要额外输出
5、单元节点应力)K6 处选处选： ：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。步步骤骤三三 对对整个整个图图形形进进行网格划分及求解。行网格划分及求解。. 定义网格(单元)尺寸MainMenuProprocessorMeshingSizeCntrlsManual SizeAreas All Areas, 弹弹出出对话对
6、话框，框，输输入入单单元元边长为边长为: 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 ” 得到如下图形步步骤骤四四 对对右右边边矩形矩形单单元定元定义载义载荷。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 3192,点 ok。如下图所示步步骤骤五五 对对整个整个图图形形进进行行约约束加束加载载Main MenuSolutionD
7、efine LoadsApplyStructual DisplacementOn lines 弹出对话框。用光标点击直线， “OK ” ,弹出对话框。选“All DOF” ,VALUE 栏中输入 0 。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,二二. .后处理后处理1.查查看位移分布看位移分布图图Main Menu General Postproc Plot Results Contour Pl
8、otNodal Solu, 在在弹弹出的出的对话对话框中框中选选： ：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum 2. 查查看看应应力分布力分布图图Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在在弹弹出的出的对话对话框中框中选选： ：Nodal Solution Stress von Mises stress 或或 1st Principal stress 第二题（简单三维问题）：第二题（简单三维问题）：卷卷扬扬机卷筒心机卷筒心轴轴的材料的材料
9、为为 45 钢钢， ，轴轴的的结结构和受力情况如下构和受力情况如下图图所所示。示。请请先用材料力学先用材料力学计计算公式校核心算公式校核心轴轴的的强强度；然后利用有限元度；然后利用有限元软软件件对对模型模型进进行有限元分析；并最后行有限元分析；并最后对对两者的两者的结结果果进进行比行比较较分析。分析。数据（长度单位 mm，力单位 KN）序号 ABCDEF522093093968640（一）（一）理论计算理论计算模型简化:A11B44竖直方向：竖直方向：+ =2FRAFRBF以以 A 为距心：为距心：220F+1150F=1265RBF或以或以 B 为距心：为距心：1045F+115F=1265
10、RAF联系方程组解得：联系方程组解得：=36.7KN =43.3KNRAFRBF从而可得从而可得:在在 1-1 截面截面处处: M1=8.074KN*m在在 2-2 截面截面处处:M2=6.06 KN在在 3-3 截面截面处处:M3=8.95 KN在在 4-4 截面截面处处:M4=4.98KN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 三3322处。MpadMMpadMMpadM40.143332.7876232198.81323 333 223 11由于许用强度是由于许用强度是 100Mpa，截面，截面 3 不符合强度要求，即截面不符合强度要求，即截面
11、3 是危险截面。是危险截面。（ （2） ）ANSYS 分析分析(2)前处理前处理步步骤骤一一 创创建几何建几何实实体模型体模型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。步步骤骤二二 进进行行单单元属性定元属性定义义1 定义单元类型。Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，点点“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
12、话框中的“Options”K5 处选处选： ：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。 。输入弹性模量和泊松比 点击 ok。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
13、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
14、，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。在集中力施加方向下拉选项中选择 FY，在 VALUE Force/moment value 后的输入框中输入集中力的大小。点击 OK 按钮完成载荷的施加。施加约束和载荷后
15、的效果如下图N40000 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。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MPa74.34 335MPa，最大应力远小于材料的屈服强度，即卷扬机芯轴能够
