长江大学软件实践课程设计.docx
《长江大学软件实践课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《长江大学软件实践课程设计.docx（35页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
长江大学软件实践课程设计
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/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）
A
B
C
D
q
33
284
288
70
52
154
158
Ф54
58
200
240
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MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>inActiveCS
输入节点1（0,0）2（0,150）3（144,150）4（288,150）5（288,986（130,98）点OK
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>StraightLine
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”
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Bylines
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MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircles
输入:
WPX=50输入:
WPX=209
WPY=100WPY=124
RADIUS=29RADIUS=15
c.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。
MainMenu>Proprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete
弹出对话框中后，点“Add”。
双弹出对话框，选“Solid”和“8node82”,点“OK”，退回到前一个对话框。
2.设置单元选项
点“ElementType”对话框中的“Options”
K3处选：
Plansstress（表示选平面应力单元没有厚度）
K5处选：
Nodalstress（表示需要额外输出单元节点应力）
K6处选：
Noextraoutput.
3.定义材料属性
MainMenu>Proprocessor>MaterialProps>MaterialModels.弹出对话框，双击Structural>Linear>Elastic>Isotropic。
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。
１.定义网格（单元）尺寸
MainMenu>Proprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Areas>AllAreas,弹出对话框，输入单元边长为:
3
2.划分网格
MainMenu>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
步骤四对右边矩形单元定义载荷。
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>StructualDisplacement>Onlines弹出对话框。
用光标点击直线，“OK”,弹出对话框。
选“AllDOF”,VALUE栏中输入0。
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnLines,
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240,点ok。
如下图所示
五.求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
1.查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape
选择Def+undeformed,
二.后处理
1.查看位移分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu,
在弹出的对话框中选：
NodalSolution>DOFSolution>Displacementvectorsum
2.查看应力分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,在弹出的对话框中选：
NodalSolution>Stress>vonMisesstress或1stPrincipalstress
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）
A
B
C
D
E
F
33
220
930
86
98
90
30
（一）理论计算
模型简化:
2
2
3
3
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=4.54KN
在3-3截面处:
M3=5.92KN
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MainMenu>Preprocessor>ElemengtType>Add/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8node45单元。
2、定义材料属性
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels弹出对话框，依次点击
MaterialModelNumber1>Structural>Linear>Elastic>Isotropic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OffsetWPbyIncrements，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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Volunes，弹出对话框，点击PickAll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SmartSize，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PickAll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Solutiong>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas，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ALLDOF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>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global，弹出如下对话框
在ACELXGlobalCartesianX-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>DefineLoads>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VALUEForce/momentvalue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Solution>Solve>CurrentLS，弹出对话框，点击OK按钮开始计算。
当对话框显示Solutionisdone!
时，计算完成。
7、计算结果和分析
1）查看应力云图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu
在弹出的对话框中顺序点击NodalSolution>Stress>vonMisesstress，点击OK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
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu
在弹出的对话框中顺序点击NodalSolution>DOFSolution>Displacementvectorsum，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）固定，两Φ34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N）
A
B
C
D
E
F
33
55
R26
42
17
0
9000
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。
MainMenu>Proprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete
弹出对话框中后，点“Add”。
双弹出对话框，选“Solid”和10node92
”,点“OK”，退回到前一个对话框。
2.设置单元选项
点“ElementType”对话框中的“Options”
K5处选：
Nodalstree（表示需要额外输出单元节点应力）
3.定义材料属性
MainMenu>Proprocessor>MaterialProps>MaterialModels.弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。
输入弹性模量和泊松比点击ok。
步骤三对整个图形进行网格划分
MainMenu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free,弹出对话框，点“PickAll”
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）
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas,
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.。
2.加载荷
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnAreas,
3.求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
二.后处理
1.查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape
2.查看应力分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,在弹出的对话框中选：
NodalSolution>Stress>vonMisesstress
3.查看位移分布图
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：
两键槽传递扭矩）
序号
数据（长度单位mm，扭矩单位N.m）
A
B
C
D
E
T
33
Ф15
Ф20
Ф25
26
157
250
1三维图
2材料属性
3.划分网格
MainMenu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free,弹出对话框，点“PickAll”
4对整个图形进行加载和求解
二.后处理
1.查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape
2看位移分布
3力分布
五、课程设计小结
为期两个星期的ANSYS课程设计结束了，它锻炼了我查阅资料，自己根据资料学习ANSYS软件的能力。
在课程设计过程中，我按照指导老师的要求逐步完成了规定的任务。
中途遇到不能解决的问题，都在老师的两次课堂讲解和同学的帮助下，得到了顺利解决。
通过这次课程设计，我学到了很多东西，也看到了自己的不足。
这次课程设计主要是锻炼学生自己学习软件的能力，由于平时缺乏主动的学习，在非规定学习的软件方面，和老师交流较少，一开始大家都无所适从，不知如何下手。
但在老师的辛勤指导下，我开始对ANSYS有了初步的了解，之后我努力学习，积极向同学请教，最终顺利完成了任务。
想在想想，其实课程设计的每一天都是很辛苦的，机械专业的课程设计并不简单，你想COPY或者随便截几张图来敷衍了事是完全不可能的。
因为你的每一个步骤，每一个图都是根据自己的数据一步步分析得来的。
虽然困难很多，但我尽了自己最大的努力去克服，然而还是难免有疏忽和遗漏的地方。
完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。
抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任务。
在这次事件的过程中，我也学到了一些除技能以外的其他东西，领略到了别人在处理专业问题时显示出来的优秀品质，更深刻的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化，我相信这会成为我毕业前最有意义的一次课程设计，对我以后的工作将会有很大的帮助。
升级会员 