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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10805 序 号： 37 姓 名： 郑雄 指导教师： 起止日期：2011年 2 月 21 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）ABCDq372925616262280一、 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 MenuPreprocessorModelingCreateKey
2、points in Active CS输入节点1(0,0) 2(0,150) 3(146,150) 4(292,150) 5（292,94) 6(130,94)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 MainMenuProproc
3、essorModelingCreateAreasCircleSolid Circles输入: WP X=50 输入: WP X=211 WPY=100 WPY=122 RADIUS=31 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
4、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 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 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
5、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,
6、 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4200,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 s
7、um 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）ABCDEF3322093086989030（一） 理论计算模型简化
8、:2233A11B44 竖直方向：+ =2F以A为距心：220F+1150F=1265联系方程组解得：=27.51KN =32.49KN从而可得:在1-1截面处: M1=6.05KN 在2-2截面处:M2=4.54 KN在3-3截面处:M3=5.92 KN 在4-4截面处:M4=3.87KN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，
9、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2.1e5，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 ，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
10、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5）按照以上方法将整个模型建立完成，实体模型如下图所示。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
11、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A
12、LL 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。在集中力施
13、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。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
14、按钮，得到等效应力云图如下图所示。局部放大效果如下：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4个螺栓（沉孔位置）
