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说明书
长春师范大学
课程设计说明书
课程设计名称：
《软件应用设计》课程设计
专业：
车辆工程
学号：
1324440134
学生姓名：
宋富强
指导教师：
修瑞仙
目录
1设计目的1
2设计意义2
3设计要求3
4设计过程4
4.1HyperMesh中几何清理4
4.2网格划分4
4.3单元质量检查4
4.4属性赋予4
4.5施加工况5
4.5.1施加边界条件5
4.5.2施加载荷5
4.6ANSYS进行分析计算6
4.6.1静强度计算6
4..62评价分析8
5心得体会....................................................................................................................9
参考文献.........................................................................................................................9
1设计目的
本课程设计旨在让学生了解有限元分析的基本理论，进一步巩固学生所学的专业知识，掌握如何利用HyperMesh软件建立结构的有限元模型，掌握如何利用Ansys软件来分析工程结构是否满足工程实际的要求，以培养学生独立思考、解决问题的能力。
2设计的意义
通过本次课程设计，巩固与扩充了学生理论课程的知识体系，将书本上的零散理论知识系统地应用于整个结构的分析过程，解决了工程实际问题，检验学生运用有限元方法对结构进行分析的水平，培养了学生综合运用知识、实际动手的能力，为学生今后的学习、工作打下一定的基础。
3设计要求
HyperMesh与Ansys
在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面，HyperMesh具有很好的速度，适应性和可定制性，并且模型规模没有软件限制其强大的几何处理能力使得HyperMesh可以快速读取结构非常复杂，规模较大的模型数据，从而提高了CAE分析工程师的工作效率，使得很多问题变得迎刃而解。
Ansys的技术涵盖多个学科领域。
不论是需要结构分析、流体、热力、电磁学、显式分析、系统仿真还是数据管理，Ansys的产品均能为各个行业的企业取得成功助一臂之力。
Ansys在所提供的工程仿真工具的广度和数量上堪称绝无仅有。
以真正耦合的方式使用Ansys技术，开发工程师即可获得符合现实条件的解决方案。
以集通软卧车集便箱吊梁为研究对象，根据铁路客车开发部提供的集通软卧车集便箱吊梁资料，运用EN12663标准，利用Ansys软件分4个工况对其进行静强度计算，来评定结构的安全性。
因此，在分析集通软卧车集便箱吊梁的静强度时，要严格按照任务书中的要求进行：
1．分析前，认真分析原始资料，及时查阅相关书籍；
2．利用HyperMesh软件建立有限元模型（将模型尽量划分成四边形单元；螺栓采用beam188模拟；螺栓的连接单元为rb2）；
3．根据工况要求施加边界条件及载荷；
4．利用ANSYS软件来计算集便箱吊梁的静强度；
5．课程设计必须按时完成，并提交下列文件：
设计任务书、设计说明书
4设计过程
4.1几何清理
4.1.1导入几何模型
将几何模型导入到HyperMesh中。
删除不需要分析的面或体。
几何模型如图4-1所示。
图4-1几何清理后的模型
4.1.2抽取中性面并焊接
在HyperMesh中的Geom—midsurface—automidsurface。
获得中性面。
并判断各面是否焊接完成。
如下图4-2所示。
图4-2中心面的抽取
4.13对中心面进行焊接处理。
Quickedit-选点，line选线。
删除原先的点和线。
SUFACELinelist建新面。
最后SUFACEEditTime切分完如图4-3所示。
图4-3中性面的焊接
4.2网格划分及单元质量检查
4.2.1二维网格划分
利用快捷键F12可以自动划分网格，在划分网格时，应尽量将网格划分为四边形，以方便之后的处理、分析及计算。
图4-4二维网格划分
4.2.2一维网格划分
将底板与上面的梁结构进行刚性连接，在hypermesh中通过F4找到圆心，然后建名为beam的组进行螺栓的连接，再建名为rb2的组，进行螺母的建立。
如图4-5所示。
图4-5一维网格划分
4.3单元质量检查
几何划分之后还需对网格质量进行检查，主要对以下几项参数校验，参如表4-1所示
表4-1质量参数表
Jacobian
Duplicates
Length
>0.3
0
>1
4.4属性赋予
对板类组件，螺栓进行属性赋予，在进行属性赋予之前，对板类组件要先进行测量板厚进行分组命名，对于螺栓要测量其半径。
板类组件属性赋予需要赋板厚、材料（铝）和单元类型（shell181），螺栓需要赋予单元类型（beam188）、半径和材料属性（钢）。
属性赋予结果如图4-6所示。
图4-6材料属性赋予
4.5施加工况
4.5.1施加载荷
在施加载荷之前要先进行约束，包括外力和重力，在这个模型中没有外力，所以我们只考虑重力的作用。
根据EN12663-1：
2010标准对该脚蹬结构施加横向（Z向）加速度，垂向（Y向）加速度和纵向（X向）加速度，并根据不同组合设计了4种不同的载荷工况，根据标准TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》对该集便箱吊梁模块施加横向（Z向）加速度，垂向（Y向）加速度和纵向（X向）加速度，根据铁路客车开发部提供的有关集便箱位置的资料，计算得到垂向加速度值C=1.618。
根据不同组合设计了四种不同的载荷工况，如下表4-2所示。
工况
方向
纵向（X轴）
横向（Y轴）
垂向（Z轴）
工况一
3g
1g
1.618g
工况二
-3g
1g
1.618g
工况三
3g
-1g
1.618g
工况四
-3g
-1g
1.618g
表4-2四种不同载荷工况列表
将其赋予好载荷的模型生成cdb文件并导出。
在本次计算中，按照集便箱吊梁模块的实际吊装位置，在底架边梁断面上施加三向（X、Y、Z向）约束，如图4-7所示。
图4-7添加约束图片
4.6ANSYS中对结构进行计算
4.6.1静强度计算及结果
静力分析用来计算结构在稳态载荷作用下引起的位移、应力、应变力。
静力分析所施加的载荷有：
外部施加的作用力、力矩和压力；稳态的惯性力；强迫位移。
根据设计要求，分析出以下工况的变形情况：
图4-8工况一应力云图
图4-9工况二应力云图
。
图4-10工况二应力云图
0
图4-11工况应力云图
4.62评价分析
在所有静载荷工况下，整体结构不得发生永久变形。
参考标准EN12663，材料的验收标准如表4-3所示。
表4-3静强度验收标准
序号
材质或牌号
结构名称
屈服极限（MPa）
许用应力（MPa）
1
Q235B
集便箱吊梁、底架边梁
235
161
2
09CuPCrN-B
底架横梁及波纹地板
295
184
通过静强度分析，得出最大应力如表4-4：
表4-4各工况下的最大应力
工况
工况一
工况二
工况三
工况四
最大应力（Mpa）
208.135
268.508
205.792
267.812
根据材料的许用应力：
Q235B和09CuPCrN-B的许用应力为235MPa和295MPa，经计算，各工况下最大应力都小于许用应力235MPa和295MPa，都在安全范围内，满足工程实际要求.
5心得体会
毫无疑问，刚开始接触ANSYS时，如果对有限元，单元，节点，形函数等《有限元单元法及程序设计》中的基本概念没有清楚的了解话，那么学ANSYS很长一段时间都会感觉还没入门，只是在僵硬的模仿，即使已经了解了，在学ANSYS之前，也非常有必要先反复看几遍书，加深对有限元单元法及其基本概念的理解。
作为机械专业的学生，虽然力学理论知识学了很多，但对许多基本概念的理解许多人基本上是只停留于一个符号的认识上，理论认识不够，更没有太多的感性认识，比如一开始学ANSYS时可能很多人都不知道钢材应输入一个多大的弹性模量是合适的。
而在进行有限元数值计算时，需要对相关参数的数值有很清楚的了解，比如材料常数，直接关系到结果的正确性，一定要准确。
学习ANSYS的过程实际上是一个不断解决问题的过程，问题遇到的越多，解决的越多，实际运用ANNSYS的能力才会越高。
对于初学者，必将会遇到许许多多的问题，对遇到的问题最好能记下来，认真思考，逐个解决，积累经验。
只有这样才会印象深刻，避免以后犯类似的错误，即使遇到也能很快解决。
在这两周课设中，从不懂，到请教同学。
一遍又一遍的错误，慢慢了解，慢慢学习。
在此，我特别感谢修瑞仙老师对我的帮助和我同班同学的热情帮忙。
没有他们，这个课设也不可能成功完成。
总的来说，通过这次课程设计，我才了解到一点皮毛，不过这两周的课程设计在以后的学习和工作中对我的影响是很大的。
参考文献
[1]贺李平，龙凯，肖介平.ANSYS13.0与HyperMesh11.0联合仿真有限元分析[M].
北京：
机械工业出版社，2013
[2]王钰栋.HyperMesh&HyperView应用技巧与高级实例[M].北京:
机械工业出版
社，2013
[3]BSEN12663-1:
2010Railwayapplications-Structuralrequirementsofrailway
vehiclebodies
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