CAD CAE軟件實(shí)踐課程設(shè)計(jì)

CAD/CAE軟件實(shí)踐課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 序 號(hào)： 17 姓 名： . 指導(dǎo)教師：.老師起止日期：2012年2 月 13 日 至 2 月 24 日CAD/CAE軟件實(shí)踐課程設(shè)計(jì)第一題（平面問(wèn)題）：如圖所示零件，所受均布力載荷為q,分析在該作用力下的零件的形變和應(yīng)力狀況，本題簡(jiǎn)化為二維平面問(wèn)題進(jìn)行靜力分析，零件材料為Q235。序號(hào)數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度單位mm，分布力單位N/cm）ABCDq172526012254200一、創(chuàng)建幾何模型1. 建立關(guān)鍵點(diǎn) Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoints in Active CS, 輸入節(jié)點(diǎn)1（0，0）、2（0，150）、3（126，150）、4（252，150）、5（252，90）、6（130，90），點(diǎn)OK。 2.連直線 Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLines Straight Line，用光標(biāo)點(diǎn)1、2點(diǎn)，2、3點(diǎn)，3、4、點(diǎn)，4、5點(diǎn)，5、6點(diǎn)連成直線，連完OK。 3.組合成平面圖形 Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitrary By lines, 彈出對(duì)話框。用光標(biāo)點(diǎn)各線段. 4.畫兩個(gè)圓 Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleSolid circle在對(duì)話框中輸入X=50，Y=100 Radius=29點(diǎn)OK，重復(fù)做第二個(gè)X=193,Y=125 Radius=15點(diǎn)ok。 5. 減去小圓Main MenuPreprocessorModelingOperateBoolean SubtractAreas,彈出對(duì)話框中后，用光標(biāo)先點(diǎn)平面，點(diǎn)“OK”，再點(diǎn)要減去的小圓，再點(diǎn)“OK” 生成下面圖形：2. 定義單元類型及其常數(shù)1. 定義單元類型 Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/Delete 彈出對(duì)話框中后，點(diǎn)“Add” 。雙彈出對(duì)話框，選“Solid”和“8 node 82”,點(diǎn)“OK”，退回到前一個(gè)對(duì)話框。2. 設(shè)置單元選項(xiàng) 點(diǎn)“Element Type”對(duì)話框中的“Options” K3處選：Plans strs w/thk (表示選平面應(yīng)力單元有厚度) K5處選：Nodal stree(表示需要額外輸出單元節(jié)點(diǎn)應(yīng)力) K6處選：No extra output.3. 定義幾何常數(shù)（即單元厚度） Main MenuProprocessorReal Constants Add/Edit/Delete 彈出對(duì)話框中后，點(diǎn)“Add” ,再點(diǎn)“OK”, 彈出對(duì)話框，輸入厚度值1。.定義材料屬性 Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 彈出對(duì)話框，雙擊StructuralLinerElasticIsotropic。輸入彈性模量和泊松比，2.1E5和0.25。點(diǎn)OK。3. 劃分網(wǎng)格. 定義網(wǎng)格(單元)尺寸 Main MenuProprocessorMeshingSize CntrlsManual SizeAreas All Areas, 彈出對(duì)話框，輸入單元邊長(zhǎng)為: 32. 劃分網(wǎng)格 Main MenuProprocessorMeshingMeshAreasFree,彈出對(duì)話框，點(diǎn)“Pick All”4. 加載和求解.定義分析類型 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis, 選擇Static2. 定義位移約束 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Line，用光標(biāo)選擇最左邊的直線，點(diǎn)“OK”.在彈出的對(duì)框中選“All DOF”，VALUE中輸入0 3. 加載荷 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines, 彈出對(duì)話框, 用光標(biāo)選中由點(diǎn)3和點(diǎn)4組成的直線，點(diǎn)“OK”，彈出對(duì)話框，在Load PRES value中輸入24，在Value中輸入0。4.求解 Main Menu Solution Solve Current LS五. 后處理1. 查看總體變形Main Menu General PostprocPlot Results Deformed shape選擇Def+undeformed。2. 查看位移分布圖 Main Menu General PostprocPlot Results Contour PlotNodal Solu, 在彈出對(duì)話框中選：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum3. 查看應(yīng)力分布圖 Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在彈出的對(duì)話框中選：Nodal Solution Stress von Mises stress或1st Principal stress第二題（簡(jiǎn)單三維問(wèn)題）：卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒心軸的材料為45鋼，軸的結(jié)構(gòu)和受力情況如下圖所示。請(qǐng)先用材料力學(xué)計(jì)算公式校核心軸的強(qiáng)度；然后利用有限元軟件對(duì)模型進(jìn)行有限元分析；并最后對(duì)兩者的結(jié)果進(jìn)行比較分析。序號(hào)數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度單位mm，力單位KN）ABCDEF17220930901009025Fy=0 ，F(xiàn)a+Fb-2*F=0 Ma=0 ，F(xiàn)a*1265-F*(930+115)-F*115=0 解得： Fa=23 Fb=27 求彎矩： Ma=0，Mb=0 求出該軸從左到右的三個(gè)階梯面的彎矩M1,M2,M3： M1=23*（220-110/2）=3795N.m M2=23*（220+110/2）-25*（110/2）=4950 N.m M3=27*（115+110/2）-25*（110/2）=3215 N.m 1=32*M1/（3.14*d1*d1*d1）=42.4Mpa 2=32*M2/(3.14*d2*d2*d2)=72.3Mpa 3=32*M3/(3.14*d3*d3*d3)=37.0Mpa 由于許用強(qiáng)度是100Mpa，所以符合強(qiáng)度要求。ANSYSS分析步驟一 建立幾何模型 1建立關(guān)鍵點(diǎn) Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypoints in Active CS, 輸入節(jié)點(diǎn)1（0，0），2（0，40），3（64，40），4（64，45），5（197，45），6（197，50），7（307，50），8（307，42.5），9（1127，45），10（1127，50），11（1237，50），12（1237，55），13（1242，55），14（1242，40），15（1352，40），16（1352，0），17（252，50），18（1182，50）。 2連直線 Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLines Straight Line，用光標(biāo)點(diǎn)1、2點(diǎn)，2、3點(diǎn)，3、4、點(diǎn)，4、5點(diǎn)，5、6點(diǎn)連成直線，連完OK。 3.組合成平面圖形 Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitrary By lines, 彈出對(duì)話框。用光標(biāo)點(diǎn)各線段，點(diǎn)OK。4繞直線轉(zhuǎn)一周 Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAbout Axis，彈出對(duì)話框中后，點(diǎn)面積，OK，再點(diǎn)對(duì)稱線，OK。5合并將上面已建好的實(shí)體，通過(guò)“布爾”運(yùn)算(相當(dāng)于邏輯運(yùn)算)合成一個(gè)總實(shí)體。Main MenuProprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes, 彈出對(duì)話框中選:Pick All二 定義單元類型及常數(shù) 1. 定義單元類型Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/Delete 彈出對(duì)話框中后，點(diǎn)“Add” 。雙彈出對(duì)話框，選“Solid”和“10 node 92”,點(diǎn)“OK”，退回到前一個(gè)對(duì)話框。2. 設(shè)置單元選項(xiàng) 點(diǎn)“Element Type”對(duì)話框中的“Options” K5處選：Nodal stree(表示需要額外輸出單元節(jié)點(diǎn)應(yīng)力) K6處選：No extra output. 3. 定義材料屬性 Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 彈出對(duì)話框，雙擊StructuralLinerElasticIsotropic。輸入彈性模量2.1E5和泊松比0.25三 劃分網(wǎng)格1. 定義網(wǎng)格(單元)尺寸 Main MenuProprocessorMeshingSize CntrlsManual SizeSmart Size Basic, 彈出對(duì)話框，選擇：22. 劃分網(wǎng)格Main MenuProprocessorMeshingMeshVolumesFree, 彈出對(duì)話框，點(diǎn)“Pick All” 四、 加載和求解. 定義分析類型 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis, 選擇Static 2. 定義位移約束 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Areas, 彈出下面的對(duì)話框, 選擇軸的兩個(gè)斷面，OK，在彈出的對(duì)話框中，選擇All DOF，在Value中輸入0 3. 加載荷Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/ Moment On Keypoints,彈出對(duì)話框后選擇所受載荷的點(diǎn)，點(diǎn)OK后彈出另外話框，選擇FY，文本框中輸入-25000，單擊OK。4. 求解: Main Menu Solution Solve Current LS五. 后處理1. 查看總體變形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape2. 查看位移分布圖Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solu, 在彈出的對(duì)話框中選：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum 3. 查看應(yīng)力分布圖Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在彈出的對(duì)話框中選：Nodal Solution Stress von Mises stress. 第三題（常見零件）：一、如圖所示支座零件，工作時(shí)兩法蘭分別承受F1和F2的作用力（螺栓連接，螺栓受剪力），方向如圖所示，零件材料為鑄鋼，圖中長(zhǎng)度單位為mm。建立三維實(shí)體模型，采用靜力分析該零件的變形和應(yīng)力狀況。 序號(hào)數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度單位mm，力單位N）ABCDEF1F21717415612157225003000一創(chuàng)建幾何模型： 1.用solidworks創(chuàng)建三維模型 2.將三維模型導(dǎo)入ANSYS中：FileImportIGS，彈出對(duì)話框，點(diǎn)OK，再點(diǎn)Browse，選擇文件，點(diǎn)OK。導(dǎo)入完成。二定義單元類型及其常數(shù) 1.定義單元類型 Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/Delete 彈出對(duì)話框中后，點(diǎn)“Add” 。雙彈出對(duì)話框，選“Solid”和“10 node 92”,點(diǎn)“OK”，退回到前一個(gè)對(duì)話框。2. 設(shè)置單元選項(xiàng) 點(diǎn)“Element Type”對(duì)話框中的“Options” K5處選：Nodal stree(表示需要額外輸出單元節(jié)點(diǎn)應(yīng)力) K6處選：No extra output. 3. 定義材料屬性 Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 彈出對(duì)話框，雙擊StructuralLinerElasticIsotropic。輸入彈性模量2.1E5和泊松比0.25三 劃分網(wǎng)格 Main MenuProprocessorMeshingMeshVolumesFree, 彈出對(duì)話框，點(diǎn)“Pick All”四、 加載和求解. 定義分析類型 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis, 選擇Static 2. 定義位移約束(對(duì)四個(gè)螺旋限制約束) Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Areas, 在彈出對(duì)話框中選擇Circle，選擇頂部四個(gè)螺旋孔，在對(duì)話框中選全約束，輸入值為0. 3. 加載荷Main Menu Solution Define Loads Apply Structural PressureOn Areas. 加載到法蘭盤四個(gè)孔的應(yīng)力都為等于2.37E6N/(M*M)，另一個(gè)法蘭盤的四個(gè)孔的應(yīng)力都為等于2.84E6N/(M*M)。 四.求解Main Menu Solution Solve Current LS五. 后處理1. 查看總體變形Main Menu General Postproc Plot Results Deformed shape2. 查看應(yīng)力分布圖Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solution, 在彈出的對(duì)話框中選：Nodal Solution Stress von Mises stress. 3. 查看位移分布圖Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal Solu, 在彈出的對(duì)話框中選：Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum四. 如圖所示軸，工作時(shí)所受扭矩為T，軸材料為45# 鋼，圖中長(zhǎng)度單位為mm。建立三維實(shí)體模型，采用靜力分析其變形和應(yīng)力狀況。（提示：兩鍵槽傳遞扭矩）序號(hào)數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度單位mm，扭矩單位N.m）ABCDET1746362824241400一創(chuàng)建幾何模型： 1.用solidworks創(chuàng)建三維模型 2.將三維模型導(dǎo)入ANSYS中：FileImportIGS，彈出對(duì)話框，點(diǎn)OK，再點(diǎn)Browse，選擇文件，點(diǎn)OK。導(dǎo)入完成二定義單元類型及其常數(shù) 1.定義單元類型 Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/Delete 彈出對(duì)話框中后，點(diǎn)“Add” 。雙彈出對(duì)話框，選“Solid”和“Brick 8 node 45”,點(diǎn)“OK”，退回到前一個(gè)對(duì)話框。2. 定義材料屬性 Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 彈出對(duì)話框，雙擊StructuralLinerElasticIsotropic。輸入彈性模量2.1E5和泊松比0.253.劃分網(wǎng)絡(luò)1從主菜單中選擇Main Menu：ProprocessorMeshingMesh tool 命令，打開Mesh Tool。2單擊line域Set按鈕，打開線選擇對(duì)話框，要求選擇定義單元?jiǎng)澐謹(jǐn)?shù)的線。選擇大軸孔圓周，單擊OK按鈕。3ANSYSS會(huì)提示線劃分控制的信息，在No. of element divisions 文本框中輸入10，單擊OK。4在對(duì)話框中選擇Mesh域中的Volumes，單擊MESH，打開體選擇對(duì)話框，單擊pick all。四、 加載和求解. 定義分析類型 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis, 選擇Static 2. 定義位移約束 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Areas,在彈出的對(duì)話框中輸入要固定的面，一端約束XYZ三個(gè)方向，另一端約束XY兩個(gè)方向。 3加載荷 在兩個(gè)鍵槽加兩個(gè)方向相反的面力，分別為116000N和93000N。操作如下： Main Menu Solution Define Loads Appl