Ansys课程设计.doc

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）ABCDq212606813062280一、 前处理 步骤一 创建几何实体模型1. 创建图形。a.依次点击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS输入节点1(0,0) 2(0,150) 3(130,150) 4(260,150) 5（260,82 6(130,82)点OKMain Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >Straight Line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”Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >By lines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>Solid Circles输入: WP X=50 输入: WP X=195 WPY=100 WPY=116 RADIUS=31 RADIUS=15c.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。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 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 strs (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。. 定义网格(单元)尺寸MainMenu>Proprocessor>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>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 .1 定义位移约束Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural> Displacement > On Areas 2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2800,点ok。如下图所示五.求解Main Menu >Solution> Solve >Current LS1. 查看总体变形Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape选择Def+undeformed,二.后处理1.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 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或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）ABCDEF21215935891049020（一） 理论计算模型简化:2233A11B44 竖直方向：+ =2F以A为距心：215F+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=4.54 KN在3-3截面处:M3=5.92 KN 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Main Menu>Preprocessor>Elemengt Type>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8node 45单元。2、定义材料属性Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models 弹出对话框，依次点击Material Model Number 1>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Offset WP by Increments，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Pick All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Smart Size，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Pick All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>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas，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ALL DOF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>Define Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global，弹出如下对话框在ACELX Global Cartesian X-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>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Keypoints，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VALUE Force/moment value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>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。7、计算结果和分析1）查看应力云图Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu在弹出的对话框中顺序点击Nodal Solution>Stress>von Mises stress，点击OK按钮，得到等效应力云图如下图所示。2）查看变形云图Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu在弹出的对话框中顺序点击Nodal Solution>DOF Solution>Displacement vector sum，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）： 序号数据（长度单位mm，压强单位MPa）ABCDEP21R9016510161904.5一.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。待添加的隐藏文字内容2Main 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10node 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)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。输入弹性模量和泊松比 点击ok。步骤三 对整个图形进行网格划分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(对四个螺栓限制约束)Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural>Displacement > On Areas, 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,对其它五个孔加全约束.。2. 加载荷Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Areas ,3. 求解Main Menu >Solution> Solve >Current LS二.后处理1. 查看总体变形Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape2. 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）ABCDET2117222729160400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。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” 定义到这一步，由于solidworks2102不与兼容，才用proe制图。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 ,选取键槽的一边进行约束。2. 加均布载荷Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Pressure > On Areas ,选取要加载的健槽的一边，输入压强值， 点OK。轴承加径向约束Workplane > change active cs to > global cylindrical y点选Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Node>rotate ode cs>to active cs >pick all求解 Main Menu >Solution> Solve >Current LS(2) 后处理1查看变形分布图Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape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 8.应力结果：3.查看位移分布图五、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。