长江大学软件实践课程设计.docx
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长江大学软件实践课程设计
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:
机械10701
序号:
姓名:
指导教师:
起止日期:
2011年2月21日至3月6日
CAD/CAE软件实践课程设计
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
33
284
288
70
52
154
158
Ф54
58
200
240
一、前处理
步骤一创建几何实体模型
1.创建图形。
a.依次点击MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>inActiveCS
输入节点1(0,0)2(0,150)3(144,150)4(288,150)5(288,986(130,98)点OK
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>StraightLine
用光标点1,2点,2,3点,3,4点,4,5点,5,6点连成直结,点Apply;连完点“OK”
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Bylines
用光标分别点击各条边,全部点击完毕后点击OK,出现如下图形:
b.建立两个圆MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircles
输入:
WPX=50输入:
WPX=209
WPY=100WPY=124
RADIUS=29RADIUS=15
c.用光标用布尔运算,将两个圆从图形中除去
MainMenu>Proprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas
弹出对话框后,用光标点基本(即总体),再点“OK”,再点要减去的部分,“OK”
得到基本图形
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:
Plansstress(表示选平面应力单元没有厚度)
K5处选:
Nodalstress(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>Linear>Elastic>Isotropic。
输入弹性模量和泊松比点击ok。
3.定义实常数
由于是平面问题,故不需要定义是常数。
步骤三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:
3
2.划分网格
MainMenu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free,弹出对话框,用光标点基本,再点击对话框里的“Pick”得到如下图形
步骤四对右边矩形单元定义载荷。
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>StructualDisplacement>Onlines弹出对话框。
用光标点击直线,“OK”,弹出对话框。
选“AllDOF”,VALUE栏中输入0。
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnLines,
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240,点ok。
如下图所示
五.求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
1.查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape
选择Def+undeformed,
二.后处理
1.查看位移分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu,
在弹出的对话框中选:
NodalSolution>DOFSolution>Displacementvectorsum
2.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
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
33
220
930
86
98
90
30
(一)理论计算
模型简化:
2
2
3
3
竖直方向:
+
=2F
以A为距心:
220F+1150F=1265
联系方程组解得:
=27.51KN
=32.49KN
从而可得:
在1-1截面处:
M1=6.05KN
在2-2截面处:
M2=4.54KN
在3-3截面处:
M3=5.92KN
在4-4截面处:
M4=3.87KN
有上数据可见,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。
(2)ANSYS分析
一.建模
1、定义单元类型
点击MainMenu>Preprocessor>ElemengtType>Add/Edit/Delete,弹出窗口后,单击
按钮,弹出如下图所示对话框
在实体单元中选择8node45单元。
2、定义材料属性
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels弹出对话框,依次点击
MaterialModelNumber1>Structural>Linear>Elastic>Isotropic如下图所示
然后弹出如下图所以对话框,
输入弹性模量的值为2.1e5,泊松比为0.3。
3、建立有限元模型
1)按顺序单击主菜单上的
>
>
>
>
>
,弹出对话框,在半径选项框中输入值36,在深度选项框中输入值50。
点击OK按钮,生成如下图所示圆柱体。
2)点击工具栏上的Workplane,在下拉菜单中选择OffsetWPbyIncrements,在弹出对话框中输入值(0,0,50),将工作平面沿Z方向偏移50个单位。
3)重复第一步步骤,在半径选项中输入值55,在深度选项框中输入值10。
生成如下图所示实体。
4)重复第二步,将工作平面沿Z方向平移10个单位。
5)用相同做法依次得到以下图形
5)按照以上方法将整个模型建立完成,实体模型如下图所示。
6)按照以上方法将整个模型建立完成,实体模型如下图所示。
7)按顺序单击主菜单上的Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Volunes,弹出对话框,点击PickAll按钮,将实体模型加成一个整体。
4、划分网格
按顺序单击主菜单上的Preprocessor>Meshing>MeshTool,弹出网格划分工具对话框,勾选SmartSize,采用自由划分模式,划分精度采用默认值,选择四面体单元模型,点击Mesh按钮,弹出对话框。
点击PickAll按钮,开始划分网格,网格划分结果如下图所示。
5、施加约束和载荷
由于只考虑重力和集中力F,故可以将轴的两端采用全约束而不影响其分析结果,具体施加约束和载荷过程如下。
1)施加约束
按顺序单击主菜单上的Solutiong>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas,弹出对话框。
分别选取两端的圆周面,点击OK按钮,弹出对话框。
选取ALLDOF将其全约束,点击OK按钮,完成约束施加。
2)施加重力
按顺序单击主菜单上的Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global,弹出如下对话框
在ACELXGlobalCartesianX-comp后的输入框中输入重力加速度值-9800,点击OK完成重力施加。
3)施加集中力载荷
按顺序单击主菜单上的Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnKeypoints,弹出对话框。
选择23和47两个关键点,即题图中集中力F施加位置,点击OK按钮,弹出如下图所示对话框。
在集中力施加方向下拉选项中选择FX,在VALUEForce/momentvalue后的输入框中输入集中力的大小
。
点击OK按钮完成载荷的施加。
施加约束和载荷后的效果如下图所示。
6、计算求解
按顺序单击主菜单上的Solution>Solve>CurrentLS,弹出对话框,点击OK按钮开始计算。
当对话框显示Solutionisdone!
时,计算完成。
7、计算结果和分析
1)查看应力云图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu
在弹出的对话框中顺序点击NodalSolution>Stress>vonMisesstress,点击OK按钮,得到等效应力云图如下图所示。
局部放大效果如下:
2)查看变形云图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu
在弹出的对话框中顺序点击NodalSolution>DOFSolution>Displacementvectorsum,点击OK按钮,得到轴的变形云图如下图所示。
3)计算结果分析
从卷扬机芯轴应力云图可以看出,芯轴的最大应力分布在左端台肩处,最大应力为
,(与理论计算结果对比分析)芯轴材料为45钢,材料的屈服强度为335MPa,最大应力远小于材料的屈服强度,即卷扬机芯轴能够满足强度要求。
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
33
55
R26
42
17
0
9000
一.前处理
步骤一创建几何实体模型
1.用ANSYS打开iges文件。
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)
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
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,
3.求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
二.后处理
1.查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape
2.查看应力分布图
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolution,在弹出的对话框中选:
NodalSolution>Stress>vonMisesstress
3.查看位移分布图
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
33
Ф15
Ф20
Ф25
26
157
250
1三维图
2材料属性
3.划分网格
MainMenu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free,弹出对话框,点“PickAll”
4对整个图形进行加载和求解
二.后处理
1.查看总体变形
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Deformedshape
2看位移分布
3力分布
五、课程设计小结
为期两个星期的ANSYS课程设计结束了,它锻炼了我查阅资料,自己根据资料学习ANSYS软件的能力。
在课程设计过程中,我按照指导老师的要求逐步完成了规定的任务。
中途遇到不能解决的问题,都在老师的两次课堂讲解和同学的帮助下,得到了顺利解决。
通过这次课程设计,我学到了很多东西,也看到了自己的不足。
这次课程设计主要是锻炼学生自己学习软件的能力,由于平时缺乏主动的学习,在非规定学习的软件方面,和老师交流较少,一开始大家都无所适从,不知如何下手。
但在老师的辛勤指导下,我开始对ANSYS有了初步的了解,之后我努力学习,积极向同学请教,最终顺利完成了任务。
想在想想,其实课程设计的每一天都是很辛苦的,机械专业的课程设计并不简单,你想COPY或者随便截几张图来敷衍了事是完全不可能的。
因为你的每一个步骤,每一个图都是根据自己的数据一步步分析得来的。
虽然困难很多,但我尽了自己最大的努力去克服,然而还是难免有疏忽和遗漏的地方。
完美总是可望而不可求的,不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。
抱着这个心理我一步步走了过来,最终完成了我的任务。
在这次事件的过程中,我也学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业问题时显示出来的优秀品质,更深刻的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化,我相信这会成为我毕业前最有意义的一次课程设计,对我以后的工作将会有很大的帮助。
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- 长江大学 软件 实践 课程设计