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CAD课设
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
45
306
70
176
Ф60
260
一..定义单元类型
MainMenu/Preprocessor/ElementType/Add/Edit/Delete,弹出对话框后,点“Add”。
双弹出对话框,选“Solid”和“8node82”然后点“OK”,退回到前一个对话框。
二、定义单元材料属性
选MainMenu/preprocessor/MaterialProps/MaterialModels,弹DefineMaterialModelBehavior对话框,在右边的MaterialModelsAvailable框中选择Structural/Liner/Elastic/Isotropic选项双击Isotropic标识弹出LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框。
在弹性模量EX文本框中输入2e11,在泊松比PRXY文本框中输入0.3.这就定义了一种材料属性:
选择材料的类型为Q235
三、建立模型
(1).建立关键点
各点坐标如下表:
点数
X
Y
Z
1
0
0
0
2
153
0
0
3
306
0
0
4
306
-70
0
5
130
-70
0
6
0
-150
0
MainMenu/Preprocessor/modeling/Create/Keypoints/inActiveCS,弹出下示对话框,输入坐标值。
生成直线:
运行主菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StraightLine命令,依次点击关键点再点击OK完成。
(2).建立平面
MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Bylines按顺序选中各直线,OK。
(3)画两个小圆平面
MainMenu/Preprocessor/modeling/Create/Areas/Circle/SolidCircle在弹出的对话框中的WPX,WPY,Radius文本框中依次输入“50”,“-50”,“30”,点击Apply按钮,然后再依次输入“218”,“-35”,“15”,点击OK按钮。
如图,这就生成了两个圆平面。
(4)运用布尔运算形成两个孔
MainMenu/Preprocessor/modeling/Operate/Booleans/Subtract/Areas弹出对话框后先选择最大的平面,点击Apply,然后选择两个小圆平面,单击OK。
即形成圆孔。
如下图所示
(5)划分网格
定义网格尺寸
MainMenu/Preprocessor/Meshing/SizeCntrls/ManualSize/Areas/AllAreas,弹出对话框,输入单元边长:
3。
划分网格:
MainMenu/Preprocessor/Meshing/Mesh/Areas/Free,弹出对话框,点击“PickAll
四、加载和求解
1、定义分析类型
MainMenu/Solution/AnalysisType/NewAnalysis,选择Static。
2、定义约束
MainMenu/Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Displacement/OnLines左边竖直线,点击OK,弹出对话框选择AllDOF。
3、加载荷
MainMenu/Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Pressure/OnLine弹出对话框后选择所受载荷的线,点OK后弹出另外一对话框,在两个文本框中输入340,点击OK
4、求解
MainMenu/Solution/Solve/CurrentLS在弹出的对话框中选择OK按钮
五、后处理
1、查看总体变形
MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/Def+undefedge,弹出的对话框点击OK。
结果如下图:
2、查看位移分布图
MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu,在弹出的对话框中选择NodalSolution/DOFSolution/Displacementvectorsum,单击OK。
3、查看应力分布图
MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu,在弹出的对话框中选:
NodalSolution/Stress/vonMisesstress或1stPrincipalstress单击OK。
。
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
45
215
935
92
102
88
40
(1)
2
2
理论计算:
1模型简化:
4
4
3
3
在竖直方向:
FA+FB=2F
以A点为矩心:
215F+1150F=1265FB
联立方程可以得到:
FA=36.5KNFB=43.5KN
M(A)=0,M(B)=0,M
(1)=FA×225×10-3=8.19KN.M
M
(2)=FB×115×10-3=5.01KN.M
连接M(A)、M(B)、M
(1)、M
(2)作图:
由弯矩图可知危险截面可能发生在1-1截面,
M(4)=FA(225×10-3-110×10-3/2)=6.19KN.M
M(3)=FA(225×10-3+110×10-3/2)-40(110×10-3/2)=8KN.M
经计算1=79MP,3=128MP,4=84MP可知危险截面是3-3截面.
(2)前处理
以零件最左端中心点为坐标原点,建立空间直角坐标系。
<一>参数设置
单元类型:
MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delet命令,弹出ElementTypes对话框,单击Add按钮新建单元类型,弹出LibraryofElementTypes对话框,先选择单元大类为solid,接着选择10node92,单击OK按钮,完成单元类型选择。
材料属性:
运行主菜单MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令,系统显示材料属性对话框。
在材料属性对话框中依次选择StructureLinear>Elastic>Isotropic。
完成选择后,弹出材料属性输入对话框,分别输入弹性模量2.1e1,泊松比0.3,单击OK按钮完成材料属性输入。
<二>建模
节点号
1
2
3
4
5
6
7
8
17
X=0
(y,z)
(0,0)
(35,0)
(35,100)
(46,100)
(46,220)
(51,220)
(51,330)
(43.,330)
(51,1200)
节点号
10
11
12
13
14
15
16
9
18
X=0
(y,z)
(51,1145)
(51,1255)
(55,1255)
(55,1265)
(35,1265)
(35,1365)
(0,1365)
(43,1145)
(51,275)
(1)绘制关键点:
运行主菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>
Create>Keypoints>InActiveCS命令,在对话框中分别输入
(2)生成直线:
运行主菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StraightLine命令,依次点击关键点再点击OK完成。
(3)生成平面:
运行主菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ByLines命令,依次点击各条直线,再点击OK完成。
(4)旋转生成零件:
运行主菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>AboutAxis命令,选取整体再选2点,OK,在弹出的对话框中ARC项输入360,再单击OK按钮完成。
<三>划分网格
运行主菜单MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool命令,出现MeshTool菜单,选中SmartSize并将其水平值设为3,形状选Tex。
单击Mesh按钮划分网格,在出现的对话框中单击PickAll按钮,系统将自动完成网格划分,如下图
<四>加载
(1)显示面:
运行下拉菜单UtilityMenu>Plot>Areas,把图形显示为面。
(2)施加约束:
运行主菜单MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas命令,出现拾取菜单,选择零件左右两端圆柱面单击OK确定,出现约束定义对话框,选择AllDOF约束所有自由度,在DisplacementValue选项输入0,在单机OK在按钮,完成约束定义。
3)、加载荷
MainMenu/Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Force/Moment/OnKeypoints,弹出对话框后选择所受载荷的点,点OK后弹出另外话框,选择UX,文本框中输入40000,单击OK。
加载后图形如下
<五>求解计算及结果
运行主菜单MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS命令,出现菜单中单击OK按钮确定,计算机开始进行求解,求解后出现“Solutionisdone”,在单击Close按钮完成求解。
6、后处理
(1)、查看总体变形
MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/Deformedshape,弹出的对话框点击OK。
结果如下图:
(2)、查看位移分布图
MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu,在弹出的对话框中选择NodalSolution/DOFSolution/Displacementvectorsum,单击OK
(3)、查看应力分布图
MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu,在弹出的对话框中选:
NodalSolution/Stress/vonMisesstress
第三题(常见零件):
一、如图所示零件,工作时该零件由图示2个螺栓(沉孔位置)固定在其它支座平面上,沿A向Φ18凸台承受F1作用力,同时Φ16孔承受向下F2作用力,零件材料为铸钢,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
F1
F2
45
84
Ф17
8
40
900
1700
(1)前处理
步骤一创建几何实体模型
1.在PROE中保存iges文件
点选文件>保存副本>选择iges格式保存。
2.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brick“8node45”,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
1.定义网格(单元)尺寸
MainMenu>Proprocessor>Meshing>SizeCntrls>smartSize>basic,弹出对话框,输入单元边长为:
3
1.划分网格
MainMenu>Proprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free,弹出对话框,点“PickAll”
四.加载和求解
1.定义分析类型
MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择Static
2.定义位移约束
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
2.加载荷
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnAreas,选取沿A向Φ18凸台加载的.点OK。
弹出对话框后,输入值,点OK
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnAreas,对Φ16孔加载,点OK。
弹出对话框后,输入值,点OK
3.求解
MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS
(2)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
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,力单位N)
A
B
C
D
E
T
45
Ф130
Ф58
Ф75
64
30
14250
1、使用三维建模软件proe建模
模型如下图
1.在PROE中保存iges文件
点选文件>保存副本>选择iges格式保存。
2.用ANSYS打开iges文件。
2、定义单元类型
MainMenu/Preprocessor/ElementType/Add/Edit/Delete,弹出对话框后,点“Add”。
双弹出对话框,选“Solid”和“10node92”,点“OK”,退回到前一个对话框
3、定义单元材料属性
选MainMenu/preprocessor/MaterialProps/MaterialModels,弹出DefineMaterialModelBehavior对话框,在右边的MateriaModelsAvailable框中选Structural/Liner/Elastic/Isotropic选项双击Isotropic标识
弹出LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框。
在杨氏模量EX文本框中输入2e11,在泊松比PRXY文本框中输入0.3.这就定义了一种材料属性
5.划分网格
MainMenu>Preprocessor>MeshTool,弹出对话框,勾选SmartSize按钮,拖动其下的fine,Coarse滚动条到7的位置,单击Mesh按钮,弹出一个拾取框,单击PickAll按钮,生成有限元网
6、加载和求解
(1)、定义分析类型
MainMenu/Solution/AnalysisType/NewAnalysis,选择Static。
(2)、定义约束
MainMenu/Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Displacement/OnAreas,弹出对话框后选择六个螺栓的圆柱面的下接触面,点击OK,弹出对话框选择AllDOF。
(3)、加载荷
MainMenu/Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Pressure/OnAreas,弹出对话框后选择左端键槽的上半面,点OK后弹出另外一对话框,文本框中输入475,单击OK。
同样的方法在右端键槽下半面加力,输入值,475,(这些力值是通过施加的扭矩换算过来的)
(4)、求解
MainMenu/Solution/Solve/CurrentLS在弹出的对话框中选择OK按钮
6、后处理
(1)、查看总体变形
MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/Deformedshape,出的对话框点击OK。
结果如图:
2)、查看位移分布图
MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu,在弹出的对话框中选择NodalSolution/DOFSolution/Displacementvectorsum,单击OK
(3)、查看应力分布图
MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu,在弹出的对话框中选:
NodalSolution/Stress/vonMisesstress或1stPrincipalstress
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