cadcae课程设计答案.docx
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cadcae课程设计答案
CAD/CAE软件实践
课程设计
专业：
机械设计制造及自动化
班级：
机械10803
序号：
4号
姓名：
范晔
指导教师：
王鹏老师
起止日期：
2012年2月13日至2月24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
4
226
56
96
Ф60
260
（1）前处理
步骤一创建几何实体模型
1.生成关键点。
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>inActiveCS
输入节点1（0,0）点Apply
依次输入2（0.113,0）3（0.226,0）4（0.226，-0.056）
5（0.13，-0.056）6（0，-0.15）
输完点OK
2.连线
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>inActiveCS
用光标点1，2点，连成直结；再依次点击（2,3），（3，4），（4，5），（5，6）连完点“OK”
3.生成一个面。
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Bylines点击6条线段，结果如图：
4，生成两个圆
建立左边的大圆MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircles.
输入:
WPX=0.05WPY=-0.05RADIUS=0.03点Apply
建立右边的小圆
MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircles.
输入:
WPX=0.178WPY=-0.028RADIUS=0.015点OK
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”，再点左边的大圆，同样方法减去右边的小圆，再点“OK”，结果如图
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。
2.设置单元选项
点“ElementType”对话框中的“Options”
K3处选：
Plansstrs（表示选平面应力单元没有厚度）
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0.25，OK
3.定义实常数
MainMenu>Preprocessor>Realconstants>Add/edit/delete在弹出的对话框中选Add再选Type1d，点OK
步骤三对右边矩形单元定义载荷。
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnLines,
选择需要加分布力的直线,如下图所示
在弹出的对话框中输入所加分布力的大小260000,点ok。
结果如图：
步骤四对整个图形进行加载
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>StructualDisplacement>Onlines弹出对话框。
用光标点击线段（1,6），“OK”,弹出对话框。
选“AllDOF”,VALUE栏中输入0。
结果如图：
步骤六对整个图形进行网格划分及求解。
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:
0.003
2.划分网格
MainMenu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free,弹出对话框，点“PickAll”结果如图：
3求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
（2）后处理
1.查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape
选择Def+undeformed
则会出现变形前后的图形
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或1stPrincipalstress
4.查看应力和形变数据
应力情况MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution,在弹出的对话框中选：
NodalSolution>Stress>vonMisesstress显示下列数据
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
4
205
945
91
104
86
35
材料力学公式分析过程：
模型简化:
由静力平衡方程求出支座反力
竖直方向：
+
=2F
以A为距心：
205F+1150F=1265
联系方程组解得：
=32.5KN
=37.35KN
从而可得:
在1-1截面处:
M1=6.6625KN.M
在2-2截面处:
M2=4.875KN.M
在3-3截面处:
M3=6.4975KN.M
在4-4截面处:
M4=4.3125KN.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。
由于许用强度是100Mpa，截面3不符合强度要求，即截面3是危险截面。
Ansys软件分析：
（1）前处理
步骤一创建几何实体模型
1.创建关键点
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>inActiveCS
输入节点1（0,0）点Apply
再依次输入2（0,0.04），3（0.05,0.04），4（0.05,0.0455），5（0.15,0.0455），6（0.15,0052），7（0.205,0.052），8（0.260,0.052），9（0.260,0.043），10（1.095,0.043），11（1.095,0.052），12（1.15,0.052），13（1.205,0.052），14（1.205,0.055），15（1.215,0.055），16（1.215,0.040），17（1.265,0.04），18（1.265,0）
2.连线
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>inActiveCS输入1,2点Apply,依次连接18个点。
3.建面
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Bylines
结果如图：
4.旋转
MainMenu>Proprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>AboutAxis,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。
MainMenu>Proprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete
弹出对话框中后，点“Add”。
双弹出对话框，选“Solid”和brick“8node45”,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）
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2.09E11和泊松比0.269点击ok。
步骤三加集中力
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>Onkeypoints,选择关键点7，输入Y方向的力-35000N，同样的方法，选择关键点12，输入Y方向的力-35000N
步骤四.对整个图形进行网格划分
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“5”
2.划分网格
MainMenu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free,弹出对话框，点“PickAll”
步骤五对整个图形进行加载和求解
1．MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>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
2.求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
（3）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>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或1stPrincipalstress
4.查看应力和形变数据
应力情况
MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution,在弹出的对话框中选：
NodalSolution>Stress>vonMisesstress显示下列数据
第三题（常见零件）：
一、如图所示零件，工作时该零件由图示4个螺栓（沉孔位置）固定，两Φ34孔中装有一轴，轴产生向上作用力为F，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。
序号
数据（长度单位mm，力单位N）
A
B
C
D
E
F
4
57
R29
45
18
12
8000
（1）前处理
步骤一创建几何实体模型
1.在Solidworks中保存.x-t文件
2.用ANSYS打开x-t文件。
Plotctrls>style>solidmodelfacets>normalfaceting
再点右键选REPORT，得到
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brick“8node45”,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）
3.定义材料属性
MainMenu>Proprocessor>MaterialProps>MaterialModels.弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。
输入弹性模量和泊松比点击ok。
步骤三对整个图形进行网格划分
１.定义网格（单元）尺寸
MainMenu>Proprocessor>Meshing>SizeCntrls>smartSize>basic,弹出对话框，输入单元边长为:
3
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（对四个螺栓限制约束）
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas,
在弹出对话框中选Circle，以小孔中心为圆心画圆,，将圆周边刚好划入,OK.。
在弹出的对话框中选全约束,输入值为:
0。
用同样的方法,对其它三个孔加全约束.。
2.加载荷
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnAreas,选取要加载的.点OK。
弹出对话框后,输入值8000，点OK
3.求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
（2）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
4.查看应力和形变数据应力情况
MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution,在弹出的对话框中选：
NodalSolution>Stress>vonMisesstress显示下列数据
四、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
4
Ф44
Ф34
Ф28
Ф24
24
1600
一前处理
建立几何模型
1将solidworks中建好的模型保存为“x-t”格式，再导入ansys中：
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brick“8node45”,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：
4加载和求解
定义分析类型：
MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择Static
坐标转化：
Workplane>changeactivecsto>globalcylindricaly
再点选Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Node>rotateodecs>toactivecs>pickall
定义位移约束：
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Onareas,选中左边的键槽一个约束的面及内圆弧面，弹出下面的对话框中,分别选择UX,UZ,并输入数值0，点OK。
另外，对右边外圆表面进行径向约束也即UX输入数值0.
加载荷：
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>pressure>Onareas，弹出对话框，选择对应的面，点“OK”，输入2000，点OK.
求解：
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
三后处理
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
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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