长江大学CADCAE软件实践课程设计课设答案

CAD/CAE软件实践

课程设计

专 业： 自机械设计制造及其动化 班 级： 机械11007班 序 号： 27 * 名： *** 指导教师： 郭登明 汪健华

起止日期：2015年1月1日 至月17日

第一题（平面问题）：

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 27 数据（长度单位mm，分布力单位N/cm） A 272 B 58 C 142 D q 240 Ф58 前处理

步骤一 创建几何实体模型 1.生成关键点。

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS

2

输入节点1(0,0) 点Apply

依次输入2(130,92） 3(272,92） 4（272，150） 5（136,150） 6（0,150） 输完点OK

2.连线

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >Straight Line 用光标点1，2点，连成直结；再依次点击（2, 3），（3，4），（4，5）（5,1）（6,1）连完点“OK”

3.生成一个面。

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >By lines 点击6条线段。

4，生成两个圆 建立左边的大圆

MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circles. 输入: WPX=50 WPY=100 RADIUS=30点Apply 建立右边的小圆

MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circles. 输入: WP X=201 WPY=122 1 RADIUS=15点OK

5在总体中减去2个圆 Main Menu>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”，再点左边的大圆和右边的小圆，再点“OK” 。

3

步骤二 进行单元属性定义

1定义单元类型。

Main Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，点“Add” 。双弹出对话框，选“Solid”和“8 node 185”,点“OK”，退回到前一个对话框。

2.定义实常数

Main Menu>Preprocessor>Real constants>Add/edit/delete在弹出的对话框中选Add再选Type1d，“THK”值输入“5”，点OK

3.定义材料属性

Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。输入弹性模量21000和泊松比0.3，点OK

步骤三 对整个图形进行网格划分。 １. 定义网格(单元)尺寸

Main Menu>Proprocessor>Meshing>Size Cntrls>Manual Size>Areas> All Areas, 弹出对话框，输入单元边长为: 3

4

2. 划分网格

Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free, 弹出对话框，点“Pick All” 结果如图：

步骤四 对整个图形施加约束

Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structual Displacement>On lines弹出对话框。用光标点击最左边的线段，“OK ” ,弹出对话框。选“All DOF” ,VALUE 栏中输入0 。

步骤五 对右边矩形单元定义载荷。

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24（N/mm）,点ok。

5

步骤六 求解

Main Menu >Solution> Solve >Current LS

1.后处理 查看总体变形

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape 选择Def+undeformed 则会出现变形前后的图形

6

2查看位移分布图

Main Menu >GeneralPostproc >PlotResults >Contour Plot>Nodal Solu,在弹出的对话框中选：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum

3. 查看应力分布图

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution,

7

在弹出的对话框中选：Nodal Solution> Stress >von Mises stress或1st Principal stress

结果分析：由应力云图可知，最危险处的应力等于860MP，故此零件危险

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。

8

序号 27 数据（长度单位mm，力单位KN） A B C D 220 930 92 96 E 92 F 25

材料力学公式分析过程：

模型简化:

2 A 1 1 3 3 4 4 B

2 由静力平衡方程求出支座反力 竖直方向：FRA+ FRB=2F

以B为距心：115F+1045F=1265FRA 以为A距心：220F+1150F=1265FRB

联系方程组解得：FRA=22.92KN FRB=27.08KN

从而可得:

在1-1截面处: M1=22.92×0.22=5.04KN.M 在2-2截面处:M2=3.78KN.M 在3-3截面处:M3=4.93KN.M

在4-4截面处:M4=3.11KN.M

由上数据可见，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。

132M156.79Mpad13232M2332M33d249.47Mpa41.09Mpa

截面1受到的弯曲应力最大,因此截面1是危险截面。

Ansys 软件分析： (1)前处理

9

d33

步骤一 创建几何实体模型 1.创建关键点

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS 输入节点1 (0,0) 点Apply 再依次输入2（0,38），3（35,38），4（35,46），5（165,46），6（165,48），7（220,48），8（275,48），9（275,46），10（1095,46），11（1095,48），12（1150,48）， 13（1205,48），14（1205,51），15（1225,51），16（1225,38），17（1265,38），18（1265,0） 2.连线

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >Straight Line选中1,2点Apply,依次连接18个点。 3.建面

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >By lines 选中所有线段，点击OK 结果如图：

4.旋转 Main Menu>Proprocessor> Modeling>Operate>Extrude>Areas >About Axis, 弹出对话框中后，点面积,OK，再点对称线（1,18）,OK在弹出的对话框中输入ARC“360”点ok

步骤二 进行单元属性定义 1定义单元类型。

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Main Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete

弹出对话框中后，点“Add” 。双弹出对话框，选“Solid”和brick“8 node 185”,点“OK”，退回到前一个对话框。

2.定义材料属性

Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。输入弹性模量210000和泊松比0.3

点击OK。

步骤三.对整个图形进行网格划分 １. 定义网格(单元)尺寸

Main Menu>Proprocessor>Meshing>sizecntrls>smartsize>basic在弹出的对话框中选择LVL“5” 2. 划分网格 Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 弹出对话框，点“Pick All”

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步骤四 对整个图形施加约束 1．Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural>Displacement > On Areas,

选最左边圆周面面，OK，在对话框中选择ALL DOF，VALUE输入0点OK 同样方法选择右边圆周面面，UY和UZ，VALUE输入0

步骤五 加集中力

Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Force/Moment> On keypoints,选择关键点7，输入Y方向的力-25000N，同样的方法，选择关键点12，输入Y方向的力-25000N

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步骤六 求解

Main Menu >Solution> Solve >Current LS 后处理

1．查看总体变形

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape 选择Def+undeformed

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2．查看位移分布图

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum

3. 查看应力分布图

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution> Stress >von Mises stress或1st Principal stress

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第三题（常见零件）：

一、如图所示盖零件，工作时由6个螺栓锁紧，承受内压为P，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。

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序号 数据（长度单位mm，压强单位MPa） A B C D R88 Ф160 12 18 E Ф198 P 5.0 27

前处理

步骤一：导入图生成三维图

（1）用solidworks按上面尺寸画出三维图，将文件名保存为3.1.x_t。 （2）选择file>import>para弹出如下对话框，选择该文件后单击ok

16

第

步骤二：定义单元类型

（1）选择主菜单preprocessor>element type>add/edit/delete 命令，弹出单元类型对话框。

（2）在对话框中单击add按钮，弹出library of element types 对话框。 （3）在左边选择solid,右边选择10node 185，在单元参考号中输入1，单击ok，再单击library of element types 对话框close。 步骤三：定义材料属性

（1）选择主菜单preprocessor>material props>material models 命令，弹出定义材料属性对话框。

（2）在对话框中选择structural>linear>elastic>isotropic 命令，弹出定义各向同性线性材料的对话框。

（3）在杨氏模量中输入210000，在泊松比中输入0.3，单击ok，关闭对话框。 步骤四：划分网格

选择主菜单preprocessor>meshing>mesh tool 弹出对话框，勾选smart size将精度调到5级，单击mesh,选volumes，选free，弹出对话框，选取整个体，单击ok。

步骤五：施加位移约束和载荷

1）选择主菜单solution>define load>apply>structural>displacement>on areas命令，弹出相应对话框，选在螺栓孔内表面表面，单击ok，在弹出对话框中选all DOF，在displacement value中输入0，再单击ok。

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（2）选择主菜单solution>define load>apply>structural>pressure>on areas命令，弹出相应对话框，选零件的内表面，单击ok，在弹出对话框中在load value中输入5，再单击ok。

步骤六：求解模型

选择主菜单solution>solve >current ls,弹出对话框后单击ok，弹出对话框后单击yes，开始求解。

步骤七：后处理 查看位移分布图

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum

查看应力分布图

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution> Stress >von Mises stress或1st Principal stress

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二、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）

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序号 27 数据（长度单位mm，扭矩单位N.m） A B C D 62 E 34 T Ф134 Ф56 Ф77 13500 第一步：导入图生成三维图 （1）用solidworks按上面尺寸画出三维图，将文件名保存为litao4.x_t。

（2选择file>import>para弹出如下对话框，选择该文件后单击

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第二步：定义单元类型

（1）选择主菜单preprocessor>element type>add/edit/delete 命令，弹出单元类型对话框（下图左）。

（2）在对话框中单击add按钮，弹出library of element types 对话框。 （3）在左边选择solid,右边选择8node 185 (下图右），在单元参考号中输入1，单击ok，再单击library of element types 对话框close。

三步：定义材料属性

（1）选择主菜单preprocessor>material props>material models 命令，弹出定义材料属性对话框（下图左）。

（2）在对话框中选择structural>linear>elastic>isotropic 命令，弹出定义各向同性线性材料的对话框（下图右）。

（3）在杨氏模量中输入210000，在泊松比中输入0.3，单击ok，关闭对话框。

第四步：划分网格

选择主菜单preprocessor>meshing>mesh tool 弹出对话框，勾选smart size将精度调到5级，单击mesh,弹出mesh volumes对话框，选取整个体，单击ok。

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步骤四 对整个图形进行加载和求解 1. 定义位移约束

Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural> Displacement > On Areas ,选取较大面键槽的两边进行约束。

2. 加均布载荷

P=4000T/(hld)=2200MPa

Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Areas ,选取要加载的键槽的一边，输入换算所得压强值， 点OK。

（2）后处理 1.查看总体变形

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape 选择Def+undeformed.

2查看位移分布图

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu,

在弹出的对话框中选：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum

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3.查看位移分布图

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu,

在弹出的对话框中选：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum .

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5. 结果分析

a.查看位移云图可知，轴由于受到扭矩作用，在轴的末端变形量最大；

课程设计小结 为期两周的CAD/CAE课设结束了，虽然以前也学过有限元分析这门课程，但这次Ansys软件实习是一次系统的，完整的接触Ansys对力学问题受力位移分析的全过程。

通过这次的课程设计，我对Ansys软件的利用有了切身的体会。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。

从开始画点到可以进行三维实体建模，对网格划分、施加载荷和求解、后处理也有了一些了解。在做题的过程中遇到了不少问题，基本上通过查书籍、在网上找资料、请教别的同学就可以解决了。过程是最重要的。这次软件实习提升了自己学习新知识，解决新问题的能力。也认识到所学理论一定要联系实际，这样我们才能认识到自己的不足。

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