任务1：连杆简化模型的有限元分析
1. 分析任务：
对图一所示的连杆的二维简化模型进行有限元分析，确定该设计是否满足结构的强度要求；若强度不够，修改设计直至最大应力减小至材料允许的范围内。在修改结构时，注意不可改变连杆小头衬套的内径和连杆大头的内径，也不可改变连杆各处的厚度和材料。
2. 分析所需数据：
a． 连杆采用两种材料，连杆本体用的是40Cr结构钢，左侧小头中的衬套用的是铜。
b． 连杆杆身和大头的厚度为1.5mm，小头的厚度为3.0mm。注意在杆身和小头的过渡处有R2.0的过渡圆角；
c． 连杆结构的其它尺寸如图二所示；
d． 施加在大、小头内壁上的边界条件用于模拟连杆与曲轴及活塞销的连接。假定载荷分布在小头夹角为90º的内壁上，且为锥状分布；约束施加在连杆大头夹角为90º的内壁上；
e． 40Cr材料的弹性模量：210GPa；泊松比：0.3；屈服极限为：850MPa，设计安全系数为6；铜的弹性模量：120GPa，泊松比：0.33；屈服极限为：250MPa；设计安全系数为4。
3. 完成该分析应掌握的ANSYS技术：
a． 单元类型的选择；单元的尺寸控制；
b． 不同厚度和材料的二维实体建模；
c． 工作平面的灵活应用；
d． 按载荷和约束的要求分割线和面；
e． 模型参数（材料，实常数，单元类型号等）
f． 粘结、合并等布尔运算操作
g． 局部坐标系，旋转节点坐标系；
h． 线性分布载荷的施加；
i． 单元网格误差估计；
j． Ansys 命令日志文件及其在修改设计中的应用；
k． 多窗口显示的功能
4. 分析报告内容的基本要求：
a. 对分析任务的描述；列出分析所需数据：
b. 利用多窗口显示的功能绘出连杆的实体模型和网格模型，在模型上能反映出连杆各部位材料、厚度的不同；
c. 绘图反映连杆的边界条件；
d. 绘出对连杆原设计进行有限元分析后得到的变形图和应力等值线图；
e. 图示SEPC和SERR并说明有限元分析的建模误差；
f. 详细说明对不符合设计要求的结构所作的设计修改；及最终符合设计要求的计算结果；
g. 在分析中遇到的关键问题（在实体建模、网格剖分、边界条件施加等各个步骤中出现的）及解决的办法；
h. 整理命令日志文件，并在每个语句后添加说明（说明该语句的功能，说明前要加！号）。 注意：添加的说明（可以用中文说明）应该反映在建模中的操作步骤而不是简单的ANSYS命令定义。
图一 连杆简化模型的几何形状
图二 连杆简化模型的尺寸
任务2：转向节臂简化模型的有限元分析
1. 分析任务：
对图三所示的转向节臂的三维简化模型进行有限元分析。确定单元类型和分网方式；根据转向节臂的工作情况，确定载荷和约束的施加方式；分析该结构的应力和变形并评价该设计是否满足结构的强度要求。
2. 分析所需数据：
a. 转向节臂简化模型的形状和尺寸如图三、四所示；
b. 转向节臂使用的材料为40Cr，弹性模量：210GPa，泊松比：0.3；屈服极限：850MPa，设计安全系数为8。
c. 在结构右侧是一个螺栓孔，通过螺栓与转向直拉杆（图中未表示）相连；左侧的圆柱凸台与转向节相连，使车轮转向。
d. 左侧的圆柱凸台传递的力矩有两种：
● 矢量方向为Z，大小为24Ｎｍ；
● 矢量方向为Ｙ，大小为14Ｎｍ；
3. 完成该分析应掌握的ANSYS技术：
a. 单元类型的选择；单元的尺寸控制；
b. 结构的三维实体建模；粘结、合并、分割等布尔运算操作；
c. 工作平面的灵活应用；
d. 按载荷和约束的要求分割线和面；
e. 模型参数（材料，实常数，单元类型号等）
f. 自由网格和扫掠网格；
g. 局部坐标系，旋转节点坐标系；
h. 线性分布载荷的施加；
i. 表面效应单元；
j. 载荷步及载荷工况；
k. 单元网格误差估计；
l. Ansys 命令日志文件；
m. 多窗口显示的功能。
4. 分析报告内容的基本要求：
a. 对分析任务的描述；列出分析所需数据：
b. 利用多窗口显示的功能绘出转向节臂的实体模型和网格模型；
c. 绘出能反映转向节臂边界条件的图形；
d. 利用多窗口显示的功能绘出对转向节臂进行有限元分析后得到的变形图和应力等值线图；分析设计是否满足强度要求；
e. 图示SEPC和SERR并说明有限元分析建模误差；
f. 对不同分网方式所得的结果进行比较；
g. 在分析中遇到的关键问题（在实体建模、网格剖分、边界条件施加等各个步骤中出现的）及解决的办法；
h. 整理命令日志文件。
图三 转向节臂简化模型的几何形状
图四 转向节臂简化模型的几何尺寸
任务3：钢板弹簧简化模型的有限元分析
1. 分析任务：
对图一所示的钢板弹簧的三维简化模型进行有限元分析。
● 分别采用两种不同的四面体单元SOLID45和SOLID92用自由网格方式进行网格剖分；计算两种情况下的钢板弹簧的三维简化模型的最大Mises应力和变形；
● 分别采用两种不同的六面体单元SOLID45和SOLID95用映射网格方式进行网格剖分；计算两种情况下的钢板弹簧的三维简化模型的最大Mises应力和变形；
● 采用二维单元计算简化模型的最大Mises应力和变形；
● 利用结构的对称性对上述模型中的一种进行计算；
2. 分析所需数据：
ａ.钢板弹簧简化模型的形状和尺寸如图五所示；板长为900mm，宽为250mm，厚为25mm；
ｂ.钢板弹簧采用的材料的弹性模量为211Gpa，泊松比为0.3；
ｃ.钢板弹簧左右两侧各受到一大小为4500N的集中力；
d. 在钢板弹簧中部沿宽度方向，受到铅垂方向的约束；
3. 完成该分析应掌握的ANSYS技术：
a. 单元类型的选择；单元的尺寸控制；
b. 结构的三维实体建模；拉拔（Extrude）操作；
c. 工作平面的灵活应用；
d. 模型参数（材料，实常数，单元类型号等）
e. 自由网格和扫掠网格；
f. 对称性的应用；
g. 约束刚体位移；
h. 单元网格误差估计；在集中力作用下结构的应力；
i. Ansys 命令日志文件；
j. 多窗口显示的功能。
4. 分析报告内容的基本要求：
a. 对分析任务的描述；列出分析所需数据：
b. 利用多窗口显示的功能绘出钢板弹簧的实体模型，四面体网格和六面体网格模型；
c. 绘出能反映钢板弹簧边界条件的图形；
d. 利用多窗口显示的功能绘出六面体网格模型的变形图和应力等值线图；
e. 列表比较应用不同的单元类型和形状的有限元模型的节点和单元数、总的约束反力、最大变形、SEPC和最大Mises应力＊。
f. 图示一种模型的SEPC和SERR并说明有限元分析建模误差；
g. 在分析中遇到的关键问题（在实体建模、网格剖分、边界条件施加等各个步骤中出现的）
及解决的办法；
h. 整理命令日志文件。
＊.由于在模型中施加的是集中力，在集中载荷施加处绘产生高应力和高的能量百分率误差（SEPC），Unselect载荷作用处的节点和单元，到各种模型的最大应力和SEPC。
5. 分析报告的格式要求：
a. 分析报告采用A4打印，正文用5号字体；
b. 课程设计说明书封面及内页参照学院规定的统一格式；
图五 钢板弹簧简化模型的几何形状
任务4：车架纵梁简化模型的有限元分析
1. 分析任务：
对图六所示的车架纵梁的简化模型进行有限元分析。分别采用梁Beam188、 壳Shell63和三维实体单元SOLID45单元计算在图示的载荷和约束下结构的强度、刚度；对用SOLID45单元的模型计算纵梁简化模型的前四阶约束模态。对用Beam188单元的模型利用载荷步和载荷工况分别计算各种载荷对纵梁简化模型应力和变形的影响。
2. 分析所需数据：
a. 车架纵梁简化模型的形状和尺寸如图六所示；
b. 车架纵梁采用的材料弹性模量为211GPa，泊松比为0.3，密度为：7.8g/cm3
c. 均布载荷作用在纵梁中部距离为1000mm范围内，大小为2N／mm；在距离左右两端支撑为500mm的位置上，还受到两个大小为1000N的集中力作用；考虑纵梁的自重；
d. 车架纵梁简化模型的约束方式如图六所示。
3. 完成该分析应掌握的ANSYS技术：
a. 单元类型（一维、二维、三维）；单元尺寸的控制；
b. 结构的实体建模；
c. 工作平面的灵活应用；
d. 按载荷施加的要求分割线和面；
e. 约束刚体位移；
f. 模型参数（材料，实常数，单元类型号等）
g. 重力的施加；
h. 载荷步及载荷工况；
i. 梁单元的后处理；
j. 约束模态分析；
k. 单元网格误差估计；
l. Ansys 命令日志文件；
m. 多窗口显示的功能。
4. 分析报告内容的基本要求：；
a. 对分析任务的描述；列出分析所需数据：
b. 利用多窗口显示的功能绘出车架纵梁简化模型的实体模型和网格模型；
c. 绘出能反映车架纵梁简化模型的边界条件的图形；
d. 利用多窗口显示的功能绘出对车架纵梁简化模型进行有限元分析后得到的变形图和应力等值线图；
e. 列表比较应用不同的单元类型的有限元模型的节点和单元数、总的约束反力、最大变形、SEPC和最大Mises应力＊。
f. 绘出梁单元模型单独在均布载荷2N／mm作用下的剪力和弯矩图；利用材料力学中的方法手工绘出相同边界条件下的剪力和弯矩图；
g. 利用多窗口显示的功能，绘出Shell63单元模型的前四阶约束模态；
h. 在分析中遇到的关键问题（在实体建模、网格剖分、边界条件施加等各个步骤中出现的）及解决的办法；
i. 整理命令日志文件。
＊汽车零部件详解. 由于在模型中施加了集中力，在载荷施加处会产生高应力和高的能量百分率误差（SEPC），Unselect集中载荷作用处的节点和单元，到各种模型的最大应力和SEPC。
图六 车架纵梁的简化模型
任务5：制动鼓简化模型的有限元分析
1. 分析任务：
对图七所示的制动鼓的简化模型进行有限元分析。采用二维轴对称单元建模，计算在图示的两种载荷单独作用下及在组合载荷作用下结构的应力、变形及前八阶自由模态。
2. 分析所需数据：
a. 制动鼓简化模型的形状和尺寸如图七、八所示；
b. 制动鼓所用材料为灰口铸铁，弹性模量为160GPa，泊松比为0.27，密度为6.81g/cm3；
c. 大小为6.9MPa的均布载荷作用在长为130mm的制动鼓内壁上；制动鼓绕其轴线以60rad/sec的角速度旋转；
d. 制动鼓通过螺栓与轮毂和车轮相连。螺栓中心的位置如图所示。
3. 完成该分析应掌握的ANSYS技术：
a. 二维轴对称单元的特点；单元尺寸的控制；
b. 结构的自下而上的实体建模；
c. 工作平面的灵活应用；
d. 约束的简化与施加；
e. 惯性力的施加；
f. 模型参数（材料，实常数，单元类型号等）
g. 载荷步及载荷工况；
h. 轴对称问题的模型扩展；
i. 自由模态分析；
j. 单元网格误差估计；
k. ANSYS 命令日志文件；
l. 多窗口显示的功能。
4. 分析报告内容的基本要求：
a. 对分析任务的描述；列出分析所需数据：
b. 利用多窗口显示的功能绘出制动鼓简化模型的实体模型和网格模型（平面及扩展模型的）；
c. 绘出能反映制动鼓简化模型的边界条件的图形；
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