CADCAE课程设计.docx
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CADCAE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11005
序号：
姓名：
指导教师：
吴修德张先勇
起止日期：
2014年2月23日至3月8日
第一题……………………..................1-7
第二题………………………………….8-13
第三题………………………………….14-18
第四题………………………………….19-24
课程设计小结…………………………..25
第一题
1.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
11
240
70
110
Φ58
240
步骤一创建几何实体模型
1建立6个关键点
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>inActiveCS
1（0,0）2（0,150）3（120,150）4（240,150）5（240,80）6（130,80）
2连直线
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>inActiveCoord
3组合成平面图形
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Bylines,弹出对话框，用光标选取隔断线段，点OK
4画圆
建立左边的大圆MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircles
输入：
WPX：
50WPY：
100RADIUS：
29
建立右边的小圆
MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircles.
输入:
WPX：
185WPY：
115RADIUS：
15
5.在总体中减去2个圆
MainMenu>Proprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas,弹出对话框中后，用光标先点基体（即总体，此时总体颜色变红），点“OK”，再点2个要减去的圆，再点“OK”
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。
体、面没有实常数略
2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200000Mpa和泊松比0.3点击ok。
步骤三画网格
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，点“pickall”
四加载和求解
1．定义分析类型
Mainmeun>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择static
2．定义位移约束
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnLines,弹出对话框后，选择最左边的那条线，再点击“OK”,弹出对话框。
选“AllDOF”,
Value栏输入0.
3.加载荷
对右边矩形单元定义载荷。
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>pressure>onlines
然后再用鼠标选取线段，点ok，输入力的大小2400N即可
4．求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
五.后处理
1查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape，选择Def+undeformed.
2查看位移分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,
在弹出的对话框中选：
NodalSolution>DOFSolution>Displacementvectorsum
3查看应力分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,
在弹出的对话框中选：
NodalSolution>Stress>vonMisesstress
第二题
1.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
11
225
925
87
100
88
20
模型简化:
解：
由静力学知识可知：
FAy+FBy-2F=0
1265FBy-225F-1150F=0
联立方程组解得：
FAy=18.26KNFBy=21.74KN
从而可得:
在1-1截面处:
M1=18.26x0.225=4.109KN.m
在2-2截面处:
M2=18.26x0.17=3.104KN.m
在3-3截面处:
M3=18.26x0.28-20x0.055=4.013KN.m
在4-4截面处:
M4=18.26x1.15-20x0.925=2.499KN.m
剪力图
弯矩图
有上数据可见，弯矩最大在界面1-1处，但截面2-2、3-3处直径变小，所以需校核1、2、3三处。
σ1=
=
=41.854MPa
σ2=
=
=48.014MPa
σ3=
=
=59.982MPa
由于许用强度是100Mpa，所有截面均符合强度要求。
一前处理
1建立18个关键点
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>inActiveCoord
1（0,0）2（0,35）3（50,35）4（50,44）5（170,44）6（170,50）
7（225,50）8（280,50）9（280,44）10（1095,44）11（1095,50）12（1105,50）
13（1205,50）14（1205,55）15（1215,55）16（1215,35）17（1265,35）18（1265,0）
2连直线
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>inActiveCoord
3组合成平面图形
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Bylines,弹出对话框，用光标选取隔断线段，点OK
4绕直线旋转一周
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Opreate>Extrude>Areas>AboutAxis弹出的对话框后点旋转区域，点OK，再点对称线的两个端点，点OK。
然后在弹出的对话框中输入ARC“360”，点ok。
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.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200000和泊松比0.3点击ok。
三.划分网格
1定义网格（单元）尺寸
MainMenu>Proprocessor>Meshing>sizecntrls>smartsize>basic在弹出的对话框中选择LVL“4”
2划分网格
MainMenu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free，弹出对话框，点“pickall”
四加载和求解
1定义分析类型
Mainmenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择static
2，定义位移约束
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>displayment>onAreas
选最左边端面，ok，在对话框中选择ALLDOF，VALUE输入0，点OK。
同样方法选择右边端面，限制UY和UZ，VALUE输入0
3.加载荷
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>force/Moment>onKeypiont
选择关键点7，OK，然后选择UY，在VALUE栏输入-20000，OK。
同样方法，选择关键点12，OK，然后选择UY，在VALUE栏输入-20000，OK。
4求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
五.后处理
1查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Def+undeformed
2查看位移分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,
在弹出的对话框中选：
NodalSolution>DOFSolution>Displacementvectorsum
3查看应力分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,
在弹出的对话框中选：
NodalSolution>vonMisesstress
第三题
一、如图所示支座零件，工作时两法兰分别承受F1和F2的作用力（螺栓连接，螺栓受剪力），方向如图所示，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）
A
B
C
D
E
F1
F2
11
158
163
12
10
74
2850
3300
一.前处理
步骤一创建几何实体模型
1.用solidworks建立三维模型，然后另存为x-t格式，再用ANSYS打开该x-t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.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2.09e11和泊松比0.269，点击ok。
步骤三对整个图形进行网格划分
1.定义网格尺寸
MainMenu>Proprocessor>Meshing>SizeCntrls>SmartSize>Basic,弹出对话框，选择:
2。
2.划分网格
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（对地面四个螺栓限制约束）
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas,
在弹出对话框中选面，选中地面,点OK.。
在弹出的对话框中选AllDOF,输入值为:
0。
2旋转工作平面
拾取菜单UtilityMenu>Workplane>OffsetWPbyIncrement.弹出对话框中在“XY,YZ,ZX”文本框中输入45,0，单击“OK”按钮。
3创建局部坐标系
拾取菜单UtilityMenu>Workplane>LocalCoordinateSystem>CreatLocalCS>AtWPOrigin,在“KCN”中输入11，选择“KCS”为Cylindrical1”单击OK
4加载荷
（1）.在F1指示的面上施加2850N的面力
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Preesure>onAreas
输入力的大小2850N，点ok即可
（2）.在F2指示的面上施加3300N的面力
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Preesure>onAreas
输入力的大小3300N，点ok即可
（3）求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
五.后处理
1查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape
2查看位移分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,
在弹出的对话框中选：
NodalSolution>DOFSolution>Displacementvectorsum
3查看应力分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,
在弹出的对话框中选：
NodalSolution>Stress>vonMisesstress
第四题
1.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
11
Ф18
Ф20
Ф26
20
151
350
一.用ANSYS打开x-t文件。
1.将solidworks中建好的模型保存为“x-t”格式，再UtilityMenu>File>Import>PARA…得图：
2.将导入模型转化为实体：
UtilityMenu>plotctrls>style>solidmodelFacets…弹出对话框后选中“NormolFaceting”点OK得图：
二定义单元类型，划分网格，加载并求解
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“brick8node45”,点“OK”，退回到前一个对话框。
2、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2E11和泊松比0.269
3、划分网格
MainMenu>Proprocessor>Meshing>SizeCntrls>smartSize>Basic,弹出对话框,选“3，并点OK.
MainMenu>Proprocessor>Meshing>Mesh>volumes>Free,弹出对话框，点“PickAll”。
所得结果如图：
四加载和求解
1定义分析类型
Mianmeun>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择static
2，定义位移约束
左边MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>displayment>onAreas
选AllDOF，位移量为0
3加载荷
在右边的键槽一边面上定义载荷。
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Preesure>onAreas
将扭距转化为分布力160000N.然后再用鼠标选取线段，选FY，输入力的大小160000N，点ok即可
4求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
五.后处理
1查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape
2查看位移分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,
在弹出的对话框中选：
NodalSolution>DOFSolution>Displacementvectorsum
3查看应力分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,
在弹出的对话框中选：
NodalSolution>vonMisesstress
计算结果分析
经ansys分析均得出芯轴的最大应力分布在右端直径最小的地方。
Ansys分析出最大应力为
，。
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，即此轴能够满足强度要求
课程设计小结
在本次课程设计过程中，我遇到了自己以前不曾想到过的问题，自己慢慢觉得原来Ansys不是那么容易学。
虽然自己查过许多资料也请教过老师，但由于自己对于有限元理论知识储备不足，因此，我在具体做题的过程中，遇到了各种自己难以解决的问题。
同时我也参考了往届师兄上传到XX文库的文档，发现其中还有许多错误。
然而由于自己能力有限，因此自己没有将那些错误更正，而是“重蹈覆辙”。
通过这次的课程设计，我对Ansys软件的运用有了切身的体会。
软件并不像我原所想的那样十分神秘，而是有着一个相对固定的模式和流程。
在学习的过程中，我觉得自己的知识面还是有欠缺的，需要在以后的学习中加以注意，要全面的提高自己的知识层次。
在加载力的过程中，我体会到计算应力是十分辛苦的。
但在这种看似枯燥的过程中，我的软件应用水平有了一定程度的提高。
这是课程设计中我最大的收获。
以前学习计算机语言，总是静不下心来，不能认真的看书。
这次课程设计，为了顺利的完成每个题目，我认真地学习了Ansys软件的应用，在图书馆借了相关书籍，并有了一定的心得体会，所以在以后的学习中，自己全身心的投入，这样的学习才会有效率，才会有效果。
总之，我觉得自己在本次课程设计过程中最大的收获就是明白了：
自己还有很多东西要学，还有很多东西需要慢慢领悟…….
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