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
姓名：易卫明
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）：
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
27 272 58 142 Ф58240 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
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”。
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
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。
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
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,
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。
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：RA F + RB F =2F
以B 为距心：115F+1045F=1265RA F 以为A 距心：220F+1150F=1265RB F
联系方程组解得：RA F =22.92KN RB F =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。
Mpa
d M Mpa d M Mpa
d M 09.413
3247
.4923279.561323
333
2
2311=??==??==??=πσπσπσ
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
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。
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”
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，限制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
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
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
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。
序号数据（长度单位mm，压强单位MPa）
A B C D E P
27 R88 Ф160 12 18 Ф198 5.0
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
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。
（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
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
27Ф134Ф56Ф7762 34 13500
（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