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1、大型工程軟件課程設(shè)計說明書
目錄
1.緒論 2
1.1研究背景 2
1.2研究內(nèi)容 2
1.3所用軟件的介紹 2
2曲軸的CATIA三維建模 3
2.1.創(chuàng)建第一平衡重 3
2.2創(chuàng)建第一曲拐及第二平衡重 4
2.3創(chuàng)建第二軸頸及第三平衡重 6
2.4創(chuàng)建第二曲拐及第四平衡重 8
2.5通過鏡像創(chuàng)建四缸發(fā)動機的全部曲拐及平衡重 10
2.6創(chuàng)建曲軸前端特征 11
2.7創(chuàng)建曲軸后端特征 19
2.8 完成曲軸的完整模型,并保存 22
3.曲軸的ANSYS有限元分析 23
3.1 CA
2、TIA文件導(dǎo)入ANSYS并顯示實體 23
3.2網(wǎng)格劃分及添加約束 23
3.3進(jìn)行模態(tài)分析前處理 24
3.4開始進(jìn)行模態(tài)分析..............................................25
3.5進(jìn)行擴(kuò)展模態(tài)分析..............................................26
3.6結(jié)果分析......................................................35
4.結(jié)論.....................................................
3、......... 35
參考文獻(xiàn)............................................................36
1.緒論
1.1研究背景
1.2研究內(nèi)容
某曲軸的有限元分析或模態(tài)分析,用catia軟件進(jìn)行三維實體建模,然后生成的實體導(dǎo)入有限元分析軟件Ansys中進(jìn)行曲軸的強度分析和模態(tài)分析。
1.3所用軟件的介紹
(1)CATIA軟件:
CATIA是法國達(dá)索飛機公司開發(fā)的高檔CAD/CAM軟件。目前在中國由IBM公司代理銷售。CATIA軟件以其強大的曲面設(shè)計功能而在飛機、汽車、輪
4、船等設(shè)計領(lǐng)域享有很高的聲譽。CATIA的曲面造型功能體現(xiàn)在它提供了極豐富的造型工具來支持用戶的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲線曲面功能,次數(shù)能達(dá)到15,能滿足特殊行業(yè)對曲面光滑性的苛刻要求。而我們現(xiàn)在所用到的CATIA的功能是三維實體建模!
(2)Ansys軟件:
ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā),它能與多數(shù)CAD軟件接口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換,如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD等, 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級C
5、AD工具之一。軟件主要包括三個部分:前處理模塊,分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具,用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型;分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析,可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用,具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力;后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示(可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部)等圖形方式顯示出來,也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。
2曲軸的C
6、ATIA三維建模
打開CATIA軟件,新建一零件圖,即“part”模式。進(jìn)行零件建模程序。
2.1 創(chuàng)建第1平衡重
(1)選取XY平面為草圖參考平面,然后單擊工具欄中的“草圖”圖標(biāo),進(jìn)入草圖繪制模式。
(2)用工具欄上的“圓”命令,以原點為圓心,繪制直徑為“42”的圓。
圖 2-1
(3)退出“草圖”將該面拉伸成厚為“21”柱體。單擊生成的柱體的一圓截面,進(jìn)入“草圖”模式,繪制平衡重的草圖形狀。
圖2-2
(4)退出草圖,完成對新建明面形狀的拉伸。生成平衡重的三維模型。厚度為19
7、 圖2-3
2.2創(chuàng)建第一曲拐及第二平衡重
(1)單擊新生成的實體的另一表面,并進(jìn)入“草圖”模式,繪制曲拐的草圖。
圖2-4
(2)退出“草圖”編輯,拉伸曲拐實體。
圖2-5
(3)單擊曲拐的另一端面,進(jìn)入“草圖”編輯。繪制第二平衡重。
圖2-6
(4)退出 草圖,用“凸臺”命令拉伸生成實體。厚為19
圖2-7
2.3創(chuàng)建第二軸頸及第三平衡重
(1)單擊新實體的另一端面,進(jìn)入“草圖”命令。繪制第二段軸頸。
圖2-8
8、
(2)退出草圖,拉伸實體。厚為21
圖2-9
(3)單擊新生成軸頸的另一端面,進(jìn)入草圖編輯。繪制新的實體的草圖。
圖2-10
(4)退出草圖,拉伸生成新實體。
圖2-11
2.4創(chuàng)建第二曲拐及第四平衡重
(1)單擊第三平衡重的另一端面,進(jìn)入草圖繪制。繪制第二曲拐的草圖后,退出草圖,進(jìn)行拉伸,生成曲拐實體后,單擊其另一端面進(jìn)入草圖繪制,繪制第四平衡重的草圖,然后,退出,拉伸出實體。
圖2-12
圖2-13
2.5通過鏡像創(chuàng)建四缸發(fā)動機曲軸的全部曲拐,平衡重
9、
(1)對以上步驟所生成的實體進(jìn)行鏡像,鏡像的對稱面選為第一軸頸的第一端面。
圖2-14
圖2-15
2.6創(chuàng)建曲軸前端特征
(1) 單擊新生成的完整曲軸的一端,繼續(xù)創(chuàng)建軸頸。在軸頸的另一端面后,創(chuàng)建新的實體。
圖2-16
圖2-17
(2)對新生成的實體進(jìn)行細(xì)節(jié)處理。選擇YZ平面,進(jìn)入草圖繪制,利用“投影三維元素”,“弧”,“直線”等命令繪制草圖。
圖2-18
(3)退出草圖模式,利用工具欄上的“旋轉(zhuǎn)槽”命令,選擇合適的修剪方向,生成所要的實體。
圖2-19
(4)選擇YZ平面,進(jìn)入草圖繪制模式,利用“投影
10、三維元素”,“直線”命令,繪制螺紋的草圖
圖2-20
(5)退出草圖,利用“旋轉(zhuǎn)槽”命令,選擇合適的方向,完成螺紋的創(chuàng)建。
圖2-21
(6)在新生成的實體的表面進(jìn)行掏階梯孔的操作。
圖2-22
圖2-23
圖2-24
圖2-25
(7)在端面上創(chuàng)建圓周排列的六個小孔,相間角度為60。先由端面繪制草圖。后退出草圖,完成一個小孔的實體化。用“凹槽”命令。
圖2-26
圖2-27
(8)用“圓形陣列”命令,將小孔陣列為六個。
圖2-28
圖2-29
2.7創(chuàng)建曲軸后端特征
(1)在曲軸的后端
11、端面,進(jìn)入“繪制草圖”繪制軸頸的草圖,后拉伸為實體。
圖2-30
(2)在曲軸后端,創(chuàng)建帶有鍵槽的一小段軸。
圖2-31
圖2-32
(3)利用“平面”命令,創(chuàng)建新的平面。
圖2-33
(4)在新的平面上繪制草圖
圖2-34
(5)退出草圖,用“凹槽”命令,選擇正確的方向,生成實體凹槽。
圖2-35
(6)在最后的端面,生成一孔。繪制草圖,并由“凹槽”命令生成實體。
圖2-36
圖2-37
2.8完成曲軸的完整模型,并保存。
圖2-38
3曲軸的ANSYS有限元分析
3.1 CAT
12、IA文件導(dǎo)入ANSYS并顯示實體
(1)將CATIA文件保存為“model”格式。
(2)由于版本之間的差異,在運行ANSYS之前,須將系統(tǒng)的時間改為2010年。點擊File>>Import>>CATIA,選擇保存的“model”文件,打開。
(3)依次選擇PlotCtrls>>Style>>SolidModelFacets>>Fine
(4)依次選擇Plot>>Volumes,生成實體。
圖3-1
3.2 網(wǎng)格劃分及添加約束
(1)定義材料的屬性。定義網(wǎng)格類型為Solid Tetnode187
(2)定義彈性模量 E=2.06e11 ,泊松比 =0.3,密度ρ
13、=7.9e3。
(3)選擇自由網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格間距為“smartsize,10.”對實體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
(4)選擇曲軸的兩端軸面,加載全約束。
3.3 進(jìn)行模態(tài)分析前處理
(1)模態(tài)分析前處理。Solution>>Analysis Type>>New Analysis>>Model
圖3-2
(2)在Analysis Option 中,選擇算法,選擇“Block Lanzcons”,選擇10階矩陣運算。
圖3-3
(3)在算法選項中選擇截止頻率為“100000”
圖3-4
3.4 開始進(jìn)行模態(tài)分析
(1)依次選擇“Soluti
14、on>>solve>>Current LS。跳過步驟中警告,觀察運行代碼,并等待運算結(jié)束。
圖3-5
(2)待出現(xiàn)“Solution done”提示,點擊“Close”。依次點擊“General Postproc>>Results Summary”出現(xiàn)計算的結(jié)果,即曲軸的固有頻率。
圖3-6
3,5 進(jìn)行擴(kuò)展模態(tài)分析
(1) 依次選擇“Solution>>Load step opts>>ExpansionPass>>Single Expand>>Expand Model”進(jìn)行設(shè)置。
圖3-7
(2) 選擇每步操作都進(jìn)行到每個子空間(Substep)
圖3
15、-8
圖3-9
(3) 再次進(jìn)行運算,步驟同第一次運算。
圖3-10
圖3-11
(4)查看各種振型,依次選擇“General Postproc>>Read Result>>First Set”>>Plot Result>>Contour Plot>>Nodal Solu。十種振型列在下面,每查看一種振型,要選擇“Next Set”
圖3-12
圖3-13
圖3-14
圖3-15
圖3-16
圖3-17
圖3-18
圖3-19
圖3-20
圖3-21
圖3
16、-22
圖3-23
3.6 結(jié)果分析
由各振型圖,可知,最大的形變?yōu)?.292e-4,各頻率見列表。
圖3-24
4結(jié)論
(1)基于CATIA 進(jìn)行三維建模, 相比較在ANSYS 中建立三維模型而言,可以大大縮短建模時間,提高工作效率。
(2)在ANSYS 中進(jìn)行模態(tài)分析,可以比較詳細(xì)地了解系統(tǒng)固有頻率,對生產(chǎn)設(shè)計時考慮系統(tǒng)的頻率有一定的參考意義。
。
參考文獻(xiàn)
【1】 劉相新 孟憲頤 《ANSYS基礎(chǔ)與應(yīng)用教程》 科學(xué)出版社
【2】 王霄 劉會霞 《CATIA V5R17高級設(shè)計實例教程》 冶金工業(yè)出版社
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