CADCAE软件实践课程设计.docx
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CADCAE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：
序号：
姓名：
指导教师：
起止日期：
年2月13日至2月26日
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
6
230
60
100
Ф64
300
一.建立几何模型
分析:
该零件可认为是由各边围成的平面减去两个圆所组成
1.建立关键点
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>inActiveCS,弹出下示对话框,输入坐标值
序号
1
2
3
4
5
6
X坐标
0
0.23
0.23
0.13
0
0.115
Y坐标
0
0
-0.06
-0.06
-0.15
0
2.连直线
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>StraightLine,用光标依次连接个点
3.组合成平面图形
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Bylines,用光标点各线段.
4.画两个小圆
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircle,弹出对话框。
输入圆心和半径
X坐标
0.05
0.18
Y坐标
-0.05
-0.03
半径
0.032
0.015
5.减去小圆
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Boolean>Subtract>Areas,
弹出对话框中后，用光标先点平面，点“OK”，
再点要减去的小圆，再点“OK
二.定义单元类型及其常数
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：
Plansstrsw/thk（表示选平面应力单元并有厚度）
K5处选：
Nodalstree（表示需要额外输出单元节点应力）
K6处选：
Noextraoutput.
3.定义几何常数（即单元厚度）
MainMenu>Proprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete弹出对话框中后，点“Add”,再点“OK”,弹出对话框，输入厚度值0.02。
４.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，2E11和0.3。
3.划分网格
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
MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择Static
2.定义位移约束
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnLine，用光标选择由点1和点5组成的直线，点“OK”.在弹出的对框中选“AllDOF”，VALUE中输入0
3.加载荷
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnLines,弹出对话框,用光标选中由点2和点6组成的直线，点“OK”，弹出对话框，在LoadPRESvalue中输入-30000，在Value中输入0。
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>NodalSolu
在弹出对话框中选：
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
4.查看应力值数据
MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution,在弹出的对话框中选：
NodalSolution>Stress>vonMisesstress
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
6
200
950
86
100
86
20
理论计算：
Fa+Fb-2*F=0
Fa*1.265-F*（0.95+0.115）-F*0.115=0
解得：
Fa=18656.13N，Fb=21343.87N
求弯矩得：
Ma=0，Mb=0
求出该轴从左到右的三个阶梯面的弯矩M1，M2，M3
M1=18656.13*（0.2-0.11/2）=2705.13885N.m
M2=18656.13*（0.2+0.11/2）-20000*110/2=3657.31315N.m
M3=21343.87*（0.115+0.11/2）-20000*（110/2）=2528.4579N.m
取较小直径计算各截面处的强度
σ1=32*M1/（π*
）=43.32*10^6Pa
σ2=32*M2/（π*
）=58.57*10^6Pa
σ3=32*M3/（π*
）=40.49*10^6Pa
由于许用强度是100Mpa，所以符合强度要求。
一.建立几何模型
建立圆柱体
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>ByDimensions
弹出如图所示对话框
取RAD10.0250.0430.050.0430.050.0550.025
RAD20000000
Z100.050.170.281.121.231.24
Z20.050.170.281.121.231.241.34
二.定义单元类型及其常数
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）
K6处选：
Noextraoutput
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2E11和泊松比0.3。
三.划分网格
１.定义网格尺寸——本处采用灵活方式（SmartSize）
MainMenu>Proprocessor>Meshing>SizeCntrls>SmartSize>Basic，弹出对话框，选择:
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/Displacement/OnAreas,弹出对话框后选择左端圆面，点击OK，弹出对话框选择AllDOF。
在同样操作选择右端轴间面，选UY,UX约束
3、加载荷
MainMenu/Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Force/Moment/OnKeypoints,弹出对话框后选择所受载荷的点，点OK后弹出另外话框，选择FY，文本框中输入-20000，单击OK。
4.求解
MainMenu/Solution/Solve/CurrentLS，在弹出的对话框中选择OK按钮。
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>NodalSolu,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。
第三题（常见零件）：
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
6
168
154
15
15
74
2700
3150
一.建立几何模型
1.用SolidWorks创建三维模型
2打开ANSYS，在File下选择import—PARA.. 找到存的Parasolid（*.x_t）格式的模型，将其导入在顶上菜单栏选择PoltCtrls—Style—SolidModelFacets，设置如下：
然后在在顶上菜单栏选择Polt—Volumes,之后就可以划分网格了。
二.定义单元类型及其常数
1.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。
其他不变，点close。
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210000和泊松比0.3。
三.划分网格
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:
4
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
MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择Static。
2.定义位移约束
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas，在弹出的对话框中输入要固定的面，将底板4个孔约束X,Y,Z三个方向。
3.加载荷
在两侧法兰盘的4个孔上分别加载0.7308135MPa和0.852615767MPa的应力。
操作如下：
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnAreas，在弹出的对话框中填入要加力的面的数字，点击Applay，在弹出的对话框VALUELoadPRESValue中输入要加的力。
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>NodalSolu,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。
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）
序号
数据（长度单位mm，扭矩单位N.m）
A
B
C
D
E
T
6
Ф48
Ф39
Ф32
Ф26
26
2000
一.建立几何模型
1.用SolidWorks创建三维模型
2打开ANSYS，在File下选择import—PARA.. 找到存的Parasolid（*.x_t）格式的模型，将其导入在顶上菜单栏选择PoltCtrls—Style—SolidModelFacets，设置如下：
然后在在顶上菜单栏选择Polt—Volumes,之后就可以划分网格了
二.定义单元类型及其常数
1.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。
其他不变，点close。
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210000和泊松比0.3。
三.划分网格
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:
4
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
MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择Static。
2.定义位移约束
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas，在弹出的对话框中输入要固定的面，一端约束X,Y,Z三个方向，另一端约束Z,Y两个方向。
3.加载荷
在两个键槽加两个方向相反的面力，分别为1429MPa和913MPa。
操作如下：
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnAreas，在弹出的对话框中填入要加力的面的数字，点击Applay，在弹出的对话框VALUELoadPRESValue中输入要加的力。
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>NodalSolu,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。
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