1、編號(hào):機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)班級(jí)：指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)學(xué)生：tofo制作實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2010.12.06機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)題目：扳手零件的有限元建模與強(qiáng)度分析專(zhuān)業(yè) 機(jī)制班級(jí) 姓名tofo 學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2010.12.06 實(shí)驗(yàn)成績(jī)指導(dǎo)教師一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜び邢拊治龅幕驹砗突痉椒?；掌握有限元軟件ANSYS的基本操作；對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行正確評(píng)價(jià)。二、實(shí)驗(yàn)原理利用ANSYS進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備安裝windows 2000以上版本的微機(jī)；ANSYS 6.0以上版本軟件。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟熟悉ANSYS的界面和分析步驟；掌握ANSYS前處理方法，包括三維建模、單元設(shè)

2、置、網(wǎng)格劃分和約束設(shè)置；3）掌握ANSYS求解和后處理的一般方法；4）實(shí)際應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)扳手零件進(jìn)行有限元分析。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告一實(shí)體模宜如均5所示為-八廳孔螺們頭用技R任丁柄端的1斜何匕的血力ICON 然后加向卜的|M力20 N.：本例題的目的是算出在這兩種外部栽荷作用下-板手的成力分布. 洋細(xì)參數(shù)如下：截面鷹；lOirun,正六邊形也長(zhǎng)為土&皿私形狀：1E六ii形，桿長(zhǎng)；7,5 CTDu柄20彎曲半1也【51.彈性糠勤Wxio11向下的ifti力：20 N.斜向上的面力；100 Nr.分析步驟 改變工作名拾取菜單 Utility MenuFileChange Jobnameo 彈出圖 2

3、 所示的 對(duì)話框，在“/FILNAM”文本框中輸入banshou ，單擊“Ok”按 鈕。過(guò)濾界面“Structural”項(xiàng)，單擊 “Ok” 按鈕。圖3過(guò)濾界面對(duì)話框的對(duì)話框，單擊“Add”按鈕；彈出圖5所示拾取菜單Main MenuPreferences。彈出圖3所示的對(duì)話框，選中創(chuàng)建單元類(lèi)型拾取菜單 Main Menu Preprocessor 圖8-4單元類(lèi)型對(duì)話框Element TypeAdd/Edit/Deleteo 彈出圖 4 所示 的對(duì)話框，在左側(cè)列表中選“Structural Solid”，在右側(cè)列表中選“Quad 4node 42”，單擊“Apply”按鈕；再在右側(cè)列表中選“B

4、rick 8node 45”, 單擊“Ok”按鈕；單擊圖4所示的對(duì)話框的“Close”按鈕。定義材料特性拾取菜單 Main Menu一PreprocessorMaterial Props 一MaterialModelso彈出圖6所示的對(duì)話框，在右側(cè)列表中依次雙擊Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，彈出圖7 所示的對(duì)話框，在 “EX” 文本框中輸入2e11 （彈性模量），在“PRXY”文本框中輸入0.3 （泊 松比），單擊“Ok”按鈕，然后關(guān)閉圖6所示的對(duì)話框。拾取菜單 Main MenuPreprocessorModelingCreateAre

5、as PolygonHexagon。彈出圖8所示的拾取窗口，在“WP X”、“WP Y”和“Radius”文本框中分別輸入0、0和0.01，單擊“Ok”按鈕。改變視點(diǎn)拾取菜單 Utility Menu PlotCtrls PanZoom Rotate。在彈出的對(duì)話框中，依次單擊 “Iso”、“Fit” 按鈕。顯示關(guān)鍵點(diǎn)、線號(hào)拾取菜單 Utility Menu PlotCtrls Numbering。在彈出對(duì)話框中，將關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)和線H HcKaiEcmal F PickIJinpicltUP X=V=Global K -y WP KWP YPadiusIhetaBue.eiOKRes-etCart

6、elHe Ip號(hào)打開(kāi)，單擊“Ok”按鈕。圖8拾取窗口創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)拾取菜單 Main Menu 一 Preprocessor 一 Modeling 一 Create 一 KeypointsIn Active CS。彈出圖9所示的對(duì)話框，在“NPT”文本 框中輸入7,在“X,Y,Z”文本框中分別輸入0,0,0,單擊“Apply”按 鈕;在“NPT”文本框中輸入8,在“X,Y,Z”文本框中分別輸入0,0,0.05, 單擊“Apply”按鈕；在“NPT”文本框中輸入9，在“X,Y,Z”文本 框中分別輸入0,0.1,0.05，單擊“Ok”按鈕。圖9創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)的對(duì)話框創(chuàng)建直線拾取菜單 Main MenuPr

7、eprocessorModelingCreateLines LinesStraight Line。彈出拾取窗口，分別拾取關(guān)鍵點(diǎn)7和8、8和圖8-10圓角對(duì)話框9,創(chuàng)建兩條直線，單擊“Ok”按鈕。創(chuàng)建圓角拾取菜單 Main MenuPreprocessor一ModelingCreateLinesLineFillet。彈出拾取窗口，分別拾取直線7、8,單擊“Ok”按鈕，彈出圖10所示的對(duì)話框，在“RAD”文本框中輸入0.015,單擊“Ok”按鈕。創(chuàng)建直線拾取菜單 MainMenu PreprocessorModeling Create LinesLinesStraight Line。彈出拾取窗口，

8、分別拾取關(guān)鍵點(diǎn)1和4，單擊“Ok”按鈕。將六邊形面劃分成兩部分拾取菜單 Main Menu f Preprocessor f Modeling f Operate f Booleans Divide Area by Line。彈出拾取窗口，拾取六邊形面，單 擊“Ok”按鈕；再次彈出拾取窗口，拾取上一步在關(guān)鍵點(diǎn)1和4間 創(chuàng)建的直線，單擊“Ok”按鈕。劃分單元拾取菜單 Main Menuf Preprocessorf Meshingf MeshToolo 彈出 圖11所示的對(duì)話框，單擊“Size Controls”區(qū)域中“Lines”后“Set” 按鈕，彈出拾取窗口，拾取直線2、3、4,單擊“Ok

9、”按鈕，彈出 圖12所示的對(duì)話框，在“NDIV”文本框中輸入3,單擊“Apply”按 鈕；再次彈出拾取窗口，拾取直線7、9、8,單擊“Ok”按鈕，刪 除“NDIV”文本框中的3,在“SIZE”文本框中輸入0.01，單擊“Ok” 按鈕。在“Mesh”區(qū)域，選擇單元形狀為“ Quad”（四邊形），選擇劃 分單元的方法為“Mapped”（映射）。單擊“Mesh”按鈕，彈出拾取 窗口，拾取六邊形面的兩部分，單擊“Ok”按鈕。顯示直線拾取菜單 Utility MenufPlotf Lines。由面沿直線擠出體拾取菜單 Main Menu f Preprocessor f Modeling f Opera

10、te fExtrudef Areasf Along Lineso彈出拾取窗口，拾取六邊形面的兩部 分，單擊“Ok”按鈕；再次彈出拾取窗口，依次拾取直線7、9、8, 單擊“Ok”按鈕。清除面單元拾取菜單 Main MenuPreprocessorMeshingClearAreas。彈 出拾取窗口，拾取z=0的兩個(gè)平面，單擊“Ok”按鈕。面單元模擬著一個(gè)平面結(jié)構(gòu)，如果不清除掉的話，分析模型實(shí)際 是有兩個(gè)結(jié)構(gòu)。顯示單元拾取菜單 Utility MenuPlotElementso施加約束拾取菜單 Main Menu Solution Define Loads Apply StructuralDispl

11、acementOn Areaso 彈出拾取窗口，拾取 z=0 的兩個(gè) 平面，單擊“Ok”按鈕，彈出圖13所示的對(duì)話框，在列表中選擇“All DOF”，單擊 “Ok” 按鈕。施加載荷：(1)建立局部坐標(biāo)系：拾取菜單：Utility MenuWorkPlaneLocalCoordinate SystemsCreate Local CSAt Specified Loc+ PickUnpick TOC o 1-5 h z Comit. =0Melk imna =1Ifiniiiina =1DTP X =Y =G-lohal X =Y =TJP Coordinat. sCatin&LHelp._ _詵取

12、載荷100所在面最頂部8個(gè)節(jié)點(diǎn)。單擊OK按鈕。顯示對(duì)話框，在local x輸入60。然后點(diǎn)擊OK。拾取菜單：Main MenuPreprocessorModelingCreateNodesRotate Node CSTo Active CS。拾取菜單： Main Menu PreprocessorModeling Move/Modify Rotate Node CSTo Active CS。拾取菜單 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructural Force/MomentOn Keypointso彈出拾取窗口，拾取扳手長(zhǎng)臂端面的 六個(gè)頂點(diǎn)，單擊“Ok”

13、按鈕，彈出下圖所示的對(duì)話框，選擇“Lab” 為“FX”，在“VALUE”文本框中輸入100，單擊“Ok”按鈕。圖14在關(guān)鍵點(diǎn)施加力載荷對(duì)話框同理施加載荷100.求解拾取菜單 Main MenuSolutionSolveCurrent LS。單擊 “Solve Current Load Step” 對(duì)話框的Ok” 按鈕。出現(xiàn) “Solution is done!”提示時(shí)，求解結(jié)束，即可查看結(jié)果了。查看結(jié)果，顯示變形拾取菜單 Main Menu General Postproc Plot Results DeformedShapeo彈出圖15所示PLDI5FJ Fist Deforced Stia

14、jeI tWiE to DQ plottad的對(duì)話框，選中“Def+undef edge”（變形+未變形的模型邊界），單擊“Ok”按鈕。結(jié)果如圖16所示。Iltn I。be cc-Titrairtd囪 WFSMMiwi_K-C ccipcjiiii :-f 碧 Lewsa i-Cof i Lr-t&Z-Cciiii.t :f wLei XY Shtcrsirtss1Z ShitiifU*4SXZ SheerslrtssI a l Ft ltiE3 psi i Lr-fii.2nd. Tyiiacipil sttfdEE 3rd. Ft lc3 pil i Lf-i-ii.S 比拓 LlLlIl

15、jn Fists slrtss TOC o 1-5 h z _J_llVhdispl-iccd sJispt Trey UndL Lplicad. vh.tp* *叩口白f3i白d wh*iip白 口cdgScfil ftAu.L-3 Ckl rulatsd|ftddi ti Knal Ojtons(ir | “iii, |- i查看結(jié)果，用等高線顯示Von Mises應(yīng)力拾取菜單 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour Plot一Nodal Solu。彈出圖8-17所示的對(duì)話框，在列表中依次選擇“NodalSolutionStress Von

16、 Mises SEQV ”(Von Mises 應(yīng)力即第四強(qiáng)度理 論的當(dāng)量應(yīng)力，氣=、*. “2+G頊。3+G廣氣，式中氣、七和。3 為主應(yīng)力），單擊“Ok”按鈕。ANSYSIZ01O101D15MODAL SOLUTIONU AVG)TTKE=1SEQV W|MX fy_15QE+Da. Zg9Ei-DB-449EEB.59BE+Qa75GE+O7.225E-hOBJ3T4E-H36-523E+09.672E+O6結(jié)果如圖18所示，可以看出，Von Mises應(yīng)力的最大值為0.149X109Pa，即 149 MPa。偏移工作平面到關(guān)鍵點(diǎn)拾取菜單 Utility MenuWorkPlane O

17、ffset WP toNodes。彈出拾取窗口，拾取扳手圓角內(nèi)側(cè)中間的節(jié)點(diǎn)159，單擊“Ok”按鈕。保存結(jié)果拾取菜單 Utility MenuFileSave as Jobname.db。六、回答下列思考題1）什么是CAE技術(shù)？答：CAE是計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer-Aided Engineering）的英文簡(jiǎn)稱(chēng)， 隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)可以建立產(chǎn)品的數(shù)字樣機(jī)，并模擬產(chǎn)品及零件的 工況，對(duì)零件和產(chǎn)品進(jìn)行工程校驗(yàn)、有限元分析和計(jì)算機(jī)仿真。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 階段，企業(yè)應(yīng)用CAE能有效地對(duì)零件和產(chǎn)品進(jìn)行仿真檢測(cè)，確定產(chǎn)品和零 件的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并極大降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成 本。

18、在產(chǎn)品維護(hù)檢修階段能分析產(chǎn)品故障原因，分析質(zhì)量因素等。有限元 分析在CAE中運(yùn)用最廣，有限單元法的基本思想是將物體（即連續(xù)的求解 域）離散成有限個(gè)簡(jiǎn)單單元的組合，用這些單元的集合來(lái)模擬或逼近原來(lái)的 物體，從而將一個(gè)連續(xù)的無(wú)限自由度問(wèn)題簡(jiǎn)化為離散的有限自由度問(wèn)題。物 體被離散后，通過(guò)對(duì)其中各個(gè)單元進(jìn)行單元分析，最終得到對(duì)整個(gè)物體的分 析結(jié)構(gòu)。隨著單元數(shù)目的增加，解的近似程度將不斷增大和逼近真實(shí)情況。2）有限元單元的選取原則有哪些？答：?jiǎn)卧?lèi)型的選擇，和要解決的問(wèn)題密切相關(guān)。在選擇單元類(lèi)型前， 首先要對(duì)問(wèn)題本身有一個(gè)非常明確的認(rèn)識(shí)，然后，對(duì)于每一種類(lèi)型單元，每 個(gè)節(jié)點(diǎn)有多少個(gè)自由度，它包含哪些特性

19、，能夠在哪些條件下使用等來(lái)選擇 適當(dāng)?shù)膯卧?lèi)型。1、選擇桿單元（Link）還是梁?jiǎn)卧˙eam）。桿單元只能承受沿著桿件方向的拉力或者壓力，桿單元不能承受彎矩，這是 桿單元的特點(diǎn)。梁?jiǎn)卧瓤梢允芾?、壓，還可以受彎矩。2、對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)，是選擇實(shí)體單元還是選擇殼單元。對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)，最好選擇shell單元，shell單元可以減少計(jì)算量。但是選擇 實(shí)體單元也可以，只是計(jì)算量大了。而且，如果選擇實(shí)體單元，薄壁結(jié)構(gòu)承 受彎矩的時(shí)候，如果在厚度方向的單元層數(shù)太少，有時(shí)候計(jì)算結(jié)果誤差比較 大，反而不如shell單元計(jì)算準(zhǔn)確。3、實(shí)體單元的選擇。實(shí)體單元類(lèi)型也比較多，實(shí)體單元也是實(shí)際工程中使用最多的單元類(lèi)型。常

20、 用的單元類(lèi)型有 solid45、solid92、solid185、solid187 幾種。其中把 solid45、 solid185可歸為第一類(lèi)。它們都是六面體單元，都可以退化為四面體和棱柱 體，單元的主要功能基本相同，只是solid185還可以用于不可壓縮超彈性材 料。Solid92、solid187可以歸于第二類(lèi)，它們都是帶中間點(diǎn)的四面體單元， 單元的主要功能基本相同。實(shí)際選用單元類(lèi)型的時(shí)候，實(shí)體類(lèi)型到底選擇哪一類(lèi)呢？如果所分析的結(jié)構(gòu) 比較簡(jiǎn)單，可以很方便的劃分為六面體單元，或者絕大部分是六面體，只含 有少量四面體和棱柱體。此時(shí)。應(yīng)該選用第一類(lèi)型單元，也就是六面體單元； 如果所劃分的結(jié)構(gòu)

21、比較復(fù)雜，難以劃分六面體，應(yīng)該選用第二類(lèi)型單元，也 就是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元。六面體單元和帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元的計(jì)算精度都是很高的，他們的區(qū)別 在于：一個(gè)六面體單元只有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算規(guī)模小，但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)很難劃 分出好的六面體單元，帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元恰好相反，不管結(jié)構(gòu)多么復(fù) 雜，總能輕易地劃分出四面體，但是，由于每個(gè)單元有10個(gè)節(jié)點(diǎn)，總結(jié)點(diǎn) 數(shù)比較多，計(jì)算量會(huì)增大很多。對(duì)于實(shí)體單元，總結(jié)起來(lái)就一句話：復(fù)雜的結(jié)構(gòu)用帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體，優(yōu) 選solid187，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)用六面體單元，優(yōu)選solid185。3）網(wǎng)格劃分的原則有哪些？1、網(wǎng)格數(shù)量：網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算規(guī)模的大 小，網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度會(huì)有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)增加。因此 劃分網(wǎng)格數(shù)量時(shí)要從兩方面綜合考慮。2、網(wǎng)格疏密：網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同