cad_cae軟件實踐課程設(shè)計(ansys軟件應(yīng)用)

1、<p>　　CAD/CAE軟件實踐</p><p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化</p><p>　　班 級： 機(jī)械10804</p><p>　　序 號： 03</p><p>　　姓 名： &

2、lt;/p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　起止日期：2012年 2 月 13 日 至 2 月 25 日</p><p>　　CAD/CAE軟件實踐課程設(shè)計</p><p>　　第一題（平面問題）：</p><p>　　如圖所示零件，所受均布力載荷為q,分析在該作用

3、力下的零件的形變和應(yīng)力狀況，本題簡化為二維平面問題進(jìn)行靜力分析，零件材料為Q235。</p><p>　　步驟一 創(chuàng)建幾何實體模型</p><p><b>　　1.建立關(guān)鍵點</b></p><p>　　依次點擊Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >i

4、n Active CS，輸入節(jié)點1(0,0) 2(0,150) 3(112,150) 4(224,150) 5（224,96) 6(130,96) 點擊OK即可。</p><p><b>　　2.連成直線</b></p><p>　　Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines

5、>Lines >Straight Line</p><p>　　用光標(biāo)點1、2點，2、3點，3、4點，4、5點，5、6點連成直結(jié)，連完點“OK”即可。</p><p><b>　　3.組成平面圖形</b></p><p>　　Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Are

6、as>Arbitrary >By lines</p><p>　　用光標(biāo)分別點擊各條邊，全部點擊完畢后點擊OK，出現(xiàn)如下圖形：</p><p><b>　　4.挖圓孔</b></p><p>　　先建立兩個圓 MainMenu>Proprocessor>Modeling>Create>Areas>Cir

7、cle>Solid Circles</p><p>　　輸入: WP X=50 輸入: WP X=177</p><p>　　WPY=100 WPY=123</p><p>　　RADIUS=29 RADIUS

8、=15</p><p>　　然后進(jìn)行布爾運(yùn)算，將兩個圓從圖形中除去</p><p>　　MainMenu>Proprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas</p><p>　　彈出對話框后，用光標(biāo)點基本（即總體），再點“OK”，再點要減去的部分，“OK”</p>

9、<p>　　得到新的基本圖形。如下圖</p><p>　　步驟二 進(jìn)行單元屬性定義</p><p><b>　　1定義單元類型。</b></p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete </p><p>　　彈出

10、對話框中后，點“Add” 。雙彈出對話框，選“Solid”和“8 node 82”,點“OK”，退回到前一個對話框。</p><p><b>　　2.設(shè)置單元選項</b></p><p>　　點“Element Type”對話框中的“Options”</p><p>　　K3 處選：Plans stress (表示選平面應(yīng)力單元沒有厚度)

11、</p><p>　　K5處選：Nodal stree(表示需要額外輸出單元節(jié)點應(yīng)力)</p><p>　　K6處選：No extra output. </p><p><b>　　3.定義材料屬性</b></p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Material Props>

12、Material Models. 彈出對話框，雙擊Structural>Liner>Elastic>Isotropic。輸入彈性模量“2e11”和泊松比“0.3” 點擊“OK”即可。</p><p>　　步驟三 對整個圖形進(jìn)行網(wǎng)格劃分及求解</p><p>　?。? 定義網(wǎng)格(單元)尺寸</p><p>　　MainMenu>Proproce

13、ssor>Meshing>SizeCntrls>Manual Size>Areas> All Areas, 彈出對話框，輸入單元邊長為: 3 </p><p><b>　　2. 劃分網(wǎng)格</b></p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free,

14、 彈出對話框，用光標(biāo)點基本，再點擊對話框里的“Pick ” 得到如下圖形。</p><p><b>　　步驟四 加載與求解</b></p><p><b>　　1.定義分析類型</b></p><p>　　Main Menu>Solution>Analysis TypeLoads>Mew Analysis

15、，選擇Static.</p><p><b>　　2.定義位移約束</b></p><p>　　Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Displacement > On Lines, 彈出對話框后，選擇最左邊的那條線，再點擊 “OK ” ,彈出對話框。選“All

16、 DOF” ,VALUE 欄中輸入0 。</p><p><b>　　3. 加載</b></p><p>　　Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Lines, 選擇需要加分布力的直線,在彈出的對話框中輸入所加分布力的大小24,點“O

17、K”。如下圖所示</p><p><b>　　4.求解</b></p><p>　　Main Menu >Solution> Solve >Current LS.</p><p><b>　　步驟五 后處理</b></p><p><b>　　1.查看總體變形</b

18、></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape</p><p>　　選擇Def+undeformed.</p><p><b>　　2.查看位移分布圖</b></p><p>　　Main Menu &g

19、t;General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu,</p><p>　　在彈出的對話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum .</p><p>　　3. 查看應(yīng)力分布圖</p><p>　　M

20、ain Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> Stress > 1st Principal stress .</p><p>　　關(guān)于位移與應(yīng)力的具體數(shù)據(jù)詳見電子文件夾。</p><p>　　第二題（簡單

21、三維問題）：</p><p>　　卷揚(yáng)機(jī)卷筒心軸的材料為45鋼，軸的結(jié)構(gòu)和受力情況如下圖所示。請先用材料力學(xué)計算公式校核心軸的強(qiáng)度；然后利用有限元軟件對模型進(jìn)行有限元分析；并最后對兩者的結(jié)果進(jìn)行比較分析。</p><p><b>　　理論計算</b></p><p><b>　　模型簡化:</b></p>&

22、lt;p>　　豎直方向：+ =2F</p><p>　　以A為距心：215F+1150F=1265</p><p>　　以B為距心：115F+1050F=1265</p><p>　　聯(lián)系方程組解得：=27.63KN =32.37KN</p><p>　　從而可得:在1-1截面處:M1=5.94 kN·m</p&

23、gt;<p>　　在2-2截面處:M2=4.42 kN·m</p><p>　　在3-3截面處:M3=5.68 kN·m</p><p>　　在4-4截面處:M4=3.72 kN·m</p><p>　　有上數(shù)據(jù)可見，彎矩最大在1處，但2、3處直徑變小，所以需校核1、2、3三處。</p><p>　

24、　由于許用強(qiáng)度是100Mpa，截面3的值最大，即截面3是危險截面。</p><p><b>　　有限元軟件分析</b></p><p>　　步驟一 創(chuàng)建幾何實體模型</p><p>　　在PROE中畫出三維零件圖，保存為iges文件</p><p>　　點選文件>保存副本>選擇iges格式保存。</p

25、><p>　　用ANSYS打開iges文件。</p><p>　　File>Import>IGES>選擇已保存好的文件。 </p><p>　　步驟二 進(jìn)行單元屬性定義</p><p><b>　　1.定義單元類型。</b></p><p>　　Main Menu>Propro

26、cessor>Element Type >Add/Edit/Delete </p><p>　　彈出對話框中后，點“Add” 。雙彈出對話框，選“Solid”和 “10 node 92”,點“OK”，退回到前一個對話框。 </p><p><b>　　2.設(shè)置單元選項</b></p><p>　　點“Element Type”對

27、話框中的“Options”</p><p>　　K5處選：Nodal stree(表示需要額外輸出單元節(jié)點應(yīng)力)</p><p>　　K6處選：No extra output.</p><p><b>　　3.定義材料屬性</b></p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Materi

28、al Props>Material Models. 彈出對話框，雙擊Structural>Liner>Elastic>Isotropic。輸入彈性模量“2.1e11”和泊松比“0.3” 點擊“OK”。</p><p><b>　　步驟三 劃分網(wǎng)格</b></p><p><b>　　1.定義網(wǎng)格尺寸</b></p&g

29、t;<p>　　Main Menu>Proprocessor>Meshing>Size Cntrls>SmartSize>Basic, 彈出對話框，選擇:2。</p><p><b>　　2.劃分網(wǎng)格</b></p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>

30、Volumes>Free, 彈出對話框，點“Pick All” 。得到如下圖形:</p><p>　　步驟四 加約束與載荷并求解</p><p><b>　　1.定義分析類型</b></p><p>　　Main Menu >Solution> Analysis Type >New Analysis 選擇Static。

31、</p><p><b>　　2.定義約束</b></p><p>　　Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural>Displacement > On Areas, 彈出對話框。選取一端的圓周面，點擊OK按鈕，彈出對話框。選取ALL DOF將其全約束，VALUE 欄中輸入

32、0，點擊OK按鈕；選取另一端的圓周面，點擊OK按鈕，彈出對話框。選取Fy，VALUE 欄中輸入0，點擊OK按鈕完成約束施加。</p><p>　　3．施加集中載荷（忽略重力的影響）</p><p>　　Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural> Force/Moment > Node,然后在

33、彈出對話框中選擇集中力的作用點點擊OK，在彈出對話框中選擇集中力的方向Fy并輸入力的大小-30000點擊OK按鈕。</p><p><b>　　得到如下圖形；</b></p><p><b>　　5.計算求解</b></p><p>　　按順序單擊主菜單上的Solution>Solve>Current LS，彈

34、出對話框，點擊OK按鈕開始計算。當(dāng)對話框顯示Solution is done!時，計算完成。</p><p><b>　　后處理</b></p><p><b>　　1．查看總體變形</b></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Def

35、ormed shape</p><p>　　選擇Def+undeformed。</p><p><b>　　2.查看位移分布圖</b></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu,</p><

36、;p>　　在彈出的對話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum .</p><p><b>　　3．查看應(yīng)力分布圖</b></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot&

37、gt;Nodal Solution, </p><p>　　在彈出的對話框中選：Nodal Solution> Stress >von Mises stress </p><p><b>　　3）計算結(jié)果分析</b></p><p>　　從卷揚(yáng)機(jī)芯軸應(yīng)力云圖可以看出，芯軸的最大應(yīng)力分布在左端臺肩處，最大應(yīng)力為，（與理論計算結(jié)果對比分

38、析）芯軸材料為45鋼，材料的屈服強(qiáng)度為335MPa，最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度，即卷揚(yáng)機(jī)芯軸能夠滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　第三題（常見零件）：</p><p>　　一、如圖所示零件，工作時該零件由圖示2個螺栓（沉孔位置）固定在其它支座平面上，沿A向Φ18凸臺承受F1作用力，同時Φ16孔承受向下F2作用力，零件材料為鑄鋼，圖中長度單位為mm。建立三維實體模型，采用靜力分析該零件的

39、變形和應(yīng)力狀況。</p><p>　　步驟一 創(chuàng)建幾何實體模型</p><p>　　1.在PROE中保存iges文件</p><p>　　點選文件>保存副本>選擇iges格式保存。</p><p>　　2.用ANSYS打開已保存好的iges文件。</p><p>　　3.適當(dāng)選取一平面復(fù)制到要加載荷的軸線

40、上</p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Modeling>Copy>Areas，選取要復(fù)制的平面，點擊OK，在彈出對話框Copy Areas中輸入位移量，點擊Ok即可。所得圖形如下：</p><p>　　步驟二 進(jìn)行單元屬性定義</p><p><b>　　1.定義單元類型。</b><

41、/p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete </p><p>　　彈出對話框中后，點“Add” 。雙彈出對話框，選“Solid”和 “10 node 92”,點“OK”，退回到前一個對話框。 </p><p><b>　　2.設(shè)置單元選項</b>&

42、lt;/p><p>　　點“Element Type”對話框中的“Options”</p><p>　　K5處選：Nodal stree(表示需要額外輸出單元節(jié)點應(yīng)力)</p><p>　　K6處選：No extra output.</p><p><b>　　3.定義材料屬性</b></p><p>

43、;　　Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 彈出對話框，雙擊Structural>Liner>Elastic>Isotropic。輸入彈性模量“2e11”和泊松比“0.3” 點擊“OK”。</p><p><b>　　步驟三 劃分網(wǎng)格</b></p><p>&

44、lt;b>　　1.定義網(wǎng)格尺寸</b></p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Meshing>Size Cntrls>SmartSize>Basic, 彈出對話框，選擇:2。</p><p><b>　　2.劃分網(wǎng)格</b></p><p>　　Main Menu>

45、;Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 彈出對話框，點“Pick All” 。得到如下圖形:</p><p>　　步驟四 對整個圖形進(jìn)行加載和求解</p><p>　　1. 定義位移約束(對兩個螺栓限制約束)</p><p>　　Main Menu >Solution> Define Lo

46、ads >Apply >Structural>Displacement > On Areas, 用光標(biāo)選中兩個螺栓孔面，點擊OK.。在彈出的對話框中選全約束, 輸入值為:0。</p><p><b>　　2. 加載荷</b></p><p>　　凸臺面受力:p1= F1/A=5.02Mpa;p2=F2/S=2.0 Mpa.</p>

47、<p>　　a.Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Areas ,選取要加載的凸臺面. 點OK，彈出對話框后,選擇作用力的方向并輸入值，點OK 。</p><p>　　b. Main Menu >Solution> Define Loads >Ap

48、ply >Structural > Pressure > On Areas ,選取要加載的孔面. 點OK，彈出對話框后,選擇作用力的方向并輸入值，點OK 。</p><p><b>　　3. 求解</b></p><p>　　Main Menu >Solution> Solve >Current LS</p><

49、p><b>　?。?）后處理</b></p><p><b>　　1.查看總體變形</b></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape</p><p>　　選擇Def+undeformed.</p&g

50、t;<p><b>　　2.查看應(yīng)力分布圖</b></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> Stress >von Mises stress </p>

51、<p><b>　　3.查看位移分布圖</b></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu,</p><p>　　在彈出的對話框中選：Nodal Solution> DOF Solution > Displac

52、ement vector sum .</p><p>　　二、如圖所示軸，工作時所受扭矩為T，軸材料為45# 鋼，圖中長度單位為mm。建立三維實體模型，采用靜力分析其變形和應(yīng)力狀況。（提示：兩鍵槽傳遞扭矩）</p><p><b>　　(1)前處理</b></p><p>　　步驟一 創(chuàng)建幾何實體模型</p><p>

53、　　1.在PROE中保存iges文件</p><p>　　點選文件>保存副本>選擇iges格式保存。</p><p>　　2.用ANSYS打開iges文件。</p><p>　　步驟二 進(jìn)行單元屬性定義</p><p><b>　　1定義單元類型。</b></p><p>　　Main

54、 Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete </p><p>　　彈出對話框中后，點“Add” 。雙彈出對話框，選“Solid”和brick“8 node 45”,點“OK”，退回到前一個對話框。 </p><p><b>　　2.設(shè)置單元選項</b></p><p>

55、　　點“Element Type”對話框中的“Options”</p><p>　　K5處選：Nodal stree(表示需要額外輸出單元節(jié)點應(yīng)力)</p><p><b>　　3.定義材料屬性</b></p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Model

56、s. 彈出對話框，雙擊Structural>Liner>Elastic>Isotropic。輸入彈性模量“2.1e11”和泊松比“0.3” 點擊OK。</p><p>　　步驟三 對整個圖形進(jìn)行網(wǎng)格劃分</p><p>　　1.定義網(wǎng)格(單元)尺寸</p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Meshing>

57、;Size Cntrls>smart Size>basic, 彈出對話框，輸入單元邊長為: 5 </p><p><b>　　2..劃分網(wǎng)格</b></p><p>　　Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 彈出對話框，點“Pick All” </p>

58、<p>　　步驟四 對整個圖形進(jìn)行加載和求解</p><p><b>　　1. 定義位移約束</b></p><p>　　Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural> Displacement > On Areas ,選取較大面鍵槽的兩邊進(jìn)行約束。</p

59、><p><b>　　2. 加均布載荷</b></p><p>　　P=M/(L·A)=1.667MPa</p><p>　　Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Areas ,選取要加載的鍵槽的一邊，輸

60、入換算所得壓強(qiáng)值， 點OK。</p><p><b>　?。?）后處理</b></p><p><b>　　1.查看總體變形</b></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape</p><p&

61、gt;　　選擇Def+undeformed.</p><p><b>　　2.查看應(yīng)力分布圖</b></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在彈出的對話框中選：Nodal Solution> Stress &g

62、t;von Mises stress </p><p><b>　　3.查看位移分布圖</b></p><p>　　Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solu,</p><p>　　在彈出的對話框中選：Nodal Solution

63、> DOF Solution > Displacement vector sum .</p><p><b>　　五、課程設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　在兩周的CAD/CAM課程設(shè)計中，我學(xué)到了很多，感受頗多，受益匪淺。</p><p>　　對ANSYS的了解始于張強(qiáng)老師的選修課有限元分析，由于當(dāng)初的重視不夠，現(xiàn)在幾乎是零起

64、步，所有很多問題的出現(xiàn)也在所難免。這也正是考驗我們，培養(yǎng)我們自我學(xué)習(xí)與解決問題的時候。所以，我要查資料 找例題，想盡辦法，弄懂問題，理清關(guān)鍵，一步一步將問題解決得明明白白。</p><p>　　此次課程設(shè)計對我們來說算得上是一次大的挑戰(zhàn)，是對我們自我學(xué)習(xí)與解決問題綜合能力的一次檢驗。在完成課設(shè)作業(yè)的同時，我們需要查閱大量的資料了解軟件操作的基本步驟方法，上網(wǎng)尋找相關(guān)實例，力求盡量多的掌握ANSYS的運(yùn)用操作，將實

65、際問題解決得圓滿。由于此軟件屬全英文版本，因而我們的英文水平在此亦顯得十分重要。</p><p>　　在完成課設(shè)的整個過程中，我們遇到了太多的問題，不管你是多么仔細(xì)認(rèn)真，然而一步錯就將前功盡棄，這是軟件本身的不足，更是對我們嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的檢驗。于是，我們一遍又一遍，帶著十二分的小心，但仍然存在這樣或那樣的問題?？墒牵埥汤蠋煵⒉皇且患址奖愕氖?，這時我們往往需要自己尋找問題的所在，或是和同學(xué)一起交流討論?？赡苡?/p>

66、于準(zhǔn)備得比較充分，我完成此次課設(shè)作業(yè)還算順利。其中遇到的最大問題就是曲面上載荷的施加，于是我經(jīng)過一番努力，重新制圖并換算等價載荷，最終總算順利解決了之類的全部難題。</p><p>　　重新回看這兩周的CAD/CAM課程設(shè)計，我認(rèn)識到了自己的一些不足，同時也看到了一些好的東西。我不僅學(xué)到了ANSYS的一些操作技巧，也學(xué)到了一種解決問題的方法，更領(lǐng)悟到了一些內(nèi)在的東西。作為一位機(jī)械工作者，我們需要具備一種好的品質(zhì)，