机械设计制造及其自动化专业毕业论文—CAD.CAE软件课程设计24435.doc

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11007班 序 号： 姓 名： 指导教师： 起止日期：2014年 月 日 至 月 日对ansys基本步骤的复习：一、建立几何图形：1.建立关键点依次点击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS，输入节点2.连成直线Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >Straight Line，选择连线3.组成平面图形Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >By lines4.建立小圆孔Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circles5.进行布尔运算，Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas二、定义单元类型及其常数1定义单元类型。Main Menu>Preprocessor>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 82”,点“OK”，退回到前一个对话框。2.设置单元选项点“Element Type”对话框中的“Options”K3 处选：Plans stress (表示选平面应力单元没有厚度)K5处选：Nodal stree(表示需要额外输出单元节点应力)K6处选：No extra output. 3.定义材料几何常量（即单元厚度）Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete弹出对话框中后，点“Add”,接着输入厚度即可4.定义材料属性Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models. 弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。输入弹性模量“200000”和泊松比“0.3” 三、网格划分. 定义网格(单元)尺寸Main Menu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>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>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free, 弹出对话框，用光标点基本，再点击对话框里的“Pick ”四 加载与求解1.定义分析类型Main Menu>Solution>Analysis TypeLoads>Mew Analysis，选择Static.2.定义位移约束Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Displacement > On Lines, 弹出对话框后，选择最左边的那条线，再点击 “OK ” ,弹出对话框。选“All DOF” ,VALUE 栏中输入0 。3. 加载Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Lines, 4.求解Main Menu >Solution> Solve >Current LS.五、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 > 1st Principal stress .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）ABCDq312806615066320一、建立基本图形：先建点-连线-生成面-建小圆-布尔运算二、.二、.定义单元类型-设置单元选项-定义单元厚度-定义材料属性1定义单元类型。Main Menu>Preprocessor>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 82”,点“OK”，退回到前一个对话框。2.设置单元选项点“Element Type”对话框中的“Options”K3 处选：Plans stress (表示选平面应力单元没有厚度)K5处选：Nodal stree(表示需要额外输出单元节点应力)K6处选：No extra output. 3.定义材料几何常量（即单元厚度）Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete弹出对话框中后，点“Add”,接着输入厚度即可三、定义网格尺寸-划分网格. 定义网格(单元)尺寸Main Menu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>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>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free, 弹出对话框，用光标点基本，再点击对话框里的“Pick ”四、定义分析类型-定义位移约束-加载荷-求解1.定义分析类型Main Menu>Solution>Analysis TypeLoads>Mew Analysis，选择Static2.定义位移约束Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Displacement > On Lines, 弹出对话框后，选择最左边的那条线，再点击 “OK ” ,弹出对话框。选“All DOF” ,VALUE 栏中输入0 。3. 加载Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Lines, 4.求解Main Menu >Solution> Solve >Current LS.五、查看总体变形-查看位移分布图-查看位移分布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 > 1st Principal stress .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）ABCDEF31220930911028820(一)理论计算1 11FF443322BAF2F1竖直方向：F1+F2=2F以B为距心：1045F+115F-1265 F1 =0以A为距心：-220F-1150F+1265 F2=0解得： F1=36.68 kN F2= 43.32 kN从而可得:在1-1截面处:M1=6.05 kN·m 在2-2截面处:M2=8.07 kN·m在3-3截面处:M3=7.89kN·m 在4-4截面处:M4=4.98 kN·m有上数据可见，弯矩最大在2处，但1、3处直径变小，校核1、2、3、4三处。1=32×M1/×d43 = 58.07Mpa2=32×M2/×d43 = 77.46Mpa3=32×M3/×d43 = 75.73Mpa4=32×M4/×d43 =47.80Mpa 截面3的值最大，即截面2是危险截面。(二)三维设计(三) 导入将三维图保存为.x-t格式，导入ansys步骤：1.将当前模型，另存为 *.x_t格式，即保存类型选择Parasolid(*.x_t),注意，文件名必须是英文或数字。输出 对话框钟，选择 所有实体。 2.把ANSYS工作目录设置成刚才保存*.x_t文件的文件夹。同样，这个目录里也不能出现任何中文。 3.运行ANSYS，FileImportPARA.左侧框中就会看到刚才生成的*.x_t文件，选中，OK，导入完成。 4.现在看到的模型是 线框，PlotCtrlsStyleSolid Model Facets下拉框中 选择 Normal FacetingOK, 鼠标右键 选择 Replot重生，即可看到 实体了。(三)定义单元类型及其常数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 “10 node 92”,点“OK”，退回到前一个对话框。 2.设置单元选项点“Element Type”对话框中的“Options”K5处选：Nodal stree(表示需要额外输出单元节点应力)K6处选：No extra output.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“200000”和泊松比“0.3” 点“OK”。 (四)划分网格1.定义网格尺寸Main Menu>Proprocessor>Meshing>Size Cntrls>SmartSize>Basic, 弹出对话框，选择:2。2.划分网格Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 弹出对话框，点“Pick All” 。得到如下图形:(五)加载和求解1.定义分析类型Main Menu >Solution> Analysis Type >New Analysis 选择Static。 2.定义约束待添加的隐藏文字内容1Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural>Displacement > On Areas, 弹出对话框。选取一端的圆周面，点击OK按钮，弹出对话框。选取ALL DOF将其全约束，VALUE 栏中输入0，点击OK按钮；选取另一端的圆周面，点击OK按钮，弹出对话框。选取Fy，VALUE 栏中输入0，点击OK按钮完成约束施加。3施加集中载荷（忽略重力的影响）Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural> Force/Moment > Node,然后在弹出对话框中选择集中力的作用点点击OK，在弹出对话框中选择集中力的方向Fy并输入力的大小20000点击OK按钮。5.计算求解按顺序单击主菜单上的Solution>Solve>Current LS，弹出对话框，点击OK按钮开始计算。当对话框显示Solution is done!时，计算完成。六、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 3.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 .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，两34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）ABCDEF3152R27431748500二、导入将三维图保存为.x-t格式，导入ansys步骤：1.将当前模型，另存为 *.x_t格式，即保存类型选择Parasolid(*.x_t),注意，文件名必须是英文或数字。输出 对话框钟，选择 所有实体。 2.把ANSYS工作目录设置成刚才保存*.x_t文件的文件夹。同样，这个目录里也不能出现任何中文。 3.运行ANSYS，FileImportPARA.左侧框中就会看到刚才生成的*.x_t文件，选中，OK，导入完成。 4.现在看到的模型是 线框，PlotCtrlsStyleSolid Model Facets下拉框中 选择 Normal FacetingOK, 鼠标右键 选择 Replot重生，即可看到 实体了。三、定义单元类型及其常数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 “10 node 92”,点“OK”，退回到前一个对话框。 2.设置单元选项点“Element Type”对话框中的“Options”，K5处选：Nodal stree(表示需要额外输出单元节点应力)，K6处选：No extra output.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“200000”和泊松比“0.3” 点击“OK”。四、划分网格1.定义网格尺寸Main Menu>Proprocessor>Meshing>Size Cntrls>SmartSize>Basic, 弹出对话框，选择:2。2.划分网格Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 弹出对话框，点“Pick All” 。得到如下图形:五、加载和求解1. 定义位移约束(对四个螺栓限制约束)Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural>Displacement > On Areas, 用光标选中四个螺栓孔面，点击OK.。在弹出的对话框中选全约束, 输入值为:0。2. 加载荷凸台面受力:p1= F1/A=7500/（0.034*0.0275）=8.02Mpa=p2a.Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Areas ,选取要加载的凸台面. 点OK，弹出对话框后,选择作用力的方向并输入值，点OK 。b. Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Areas ,选取要加载的孔面. 点OK，弹出对话框后,选择作用力的方向并输入值，点OK 。3. 求解Main Menu >Solution> Solve >Current LS六、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 3.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 .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）ABCDET311345280583313500步骤一 导入将三维图保存为.x-t格式，导入ansys步骤：将当前模型，另存为 *.x_t格式，即保存类型选择Parasolid(*.x_t),注意，文件名必须是英文或数字。输出 对话框钟，选择 所有实体。 2.把ANSYS工作目录设置成刚才保存*.x_t文件的文件夹。同样，这个目录里也不能出现任何中文。 3.运行ANSYS，FileImportPARA.左侧框中就会看到刚才生成的*.x_t文件，选中，OK，导入完成。 4.现在看到的模型是 线框，PlotCtrlsStyleSolid Model Facets下拉框中 选择 Normal FacetingOK, 鼠标右键 选择 Replot重生，即可看到 实体了。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 45”,点“OK”，退回到前一个对话框。 2.设置单元选项点“Element Type”对话框中的“Options”K5处选：Nodal stree(表示需要额外输出单元节点应力)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“2.1e11”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>Size Cntrls>smart Size>basic, 弹出对话框，输入单元边长为: 5 2.划分网格Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free, 弹出对话框，点“Pick All” 步骤四 对整个图形进行加载和求解1. 定义位移约束Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural> Displacement > On Areas ,选取较大面键槽的两边进行约束。2. 加均布载荷P=M/(L·A)=1.667MPaMain Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Areas ,选取要加载的键槽的一边，输入换算所得压强值， 点OK。（2）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 3.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 .五、课程设计小结在三周的CAD/CAM课程设计中，我学到了很多，感受颇多，受益匪浅。对ANSYS的了解始于易先中老师的选修课有限元分析，由于当初的重视不够，现在几乎是零起步，所有很多问题的出现也在所难免。这也正是考验我们，培养我们自我学习与解决问题的时候。所以，我要查资料找例题，想尽办法，弄懂问题，理清关键，一步一步将问题解决得明明白白。此次课程设计对我们来说算得上是一次大的挑战，是对我们自我学习与解决问题综合能力的一次检验。在完成课设作业的同时，我们需要查阅大量的资料了解软件操作的基本步骤方法，上网寻找相关实例，力求尽量多的掌握ANSYS的运用操作，将实际问题解决得圆满。由于此软件属全英文版本，因而我们的英文水平在此亦显得十分重要。在完成课设的整个过程中，我们遇到了太多的问题，不管你是多么仔细认真，然而一步错就将前功尽弃，这是软件本身的不足，更是对我们严谨科学态度的检验。于是，我们一遍又一遍，带着十二分的小心，但仍然存在这样或那样的问题。可是，请教老师并不是一件十分方便的事，这时我们往往需要自己寻找问题的所在，或是和同学一起交流讨论。可能由于准备得比较充分，我完成此次课设作业还算顺利。其中遇到的最大问题就是曲面上载荷的施加，于是我经过一番努力，重新制图并换算等价载荷，最终总算顺利解决了之类的全部难题。重新回看这三周的CAD/CAM课程设计，我认识到了自己的一些不足，同时也看到了一些好的东西。我不仅学到了ANSYS的一些操作技巧，也学到了一种解决问题的方法，更领悟到了一些内在的东西。作为一位机械工作者，我们需要具备一种好的品质，培养严谨负责的工作态度，置身于集体协调互助将难题解决得圆满！