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CAE的应用这部份是对有关的CAE进一步深入学习作为目的而作的。
“1.结构模型和单元选择”，是对有关有限元分析的模型化处理进行整理和补充。
“2.材料力学和有限元法”，论述了关于材料力学和有限元法之间的关系。
“3.较专门的分析”，叙述了有关各种分析。
1. 单元选择的方针在第2部分中所举的铁塔和电车的例子中已经说明了什么样的情况使用什么样的单元好。
根据实际CAE分析程序手册，有许多种类的单元，最初也许不能判断使用哪个为好。
但是不知道全部单元的使用方法就不能使用CAE，也不是这回事。
如果使用作为基本单元的梁单元、板单元，实体单元这三种单元的话，大部份场合就能应付了。
以下，给合入门编第2部分的内容，简要将单元选择的标准列于下表中：＜单元以及所适用结构的关连图＞△和▲是入门编的第2部分1.根据CAE的分析目的和各种结构模型的〖视点变更〗模型化考虑的方法这一部分。
△求缺口处，板厚变化处等细节部分的应力场合以及评价应力集中场合的模型化处理。
▲：没有必要详细求解应力的部分用近似分析模型来简化的场合。
节约自由度场合。
绝大多数结构能够用梁单元、板单元、实体单元分析。
2. 梁单元和框架结构框架结构是梁、柱、筋相交组合成的结构，一般用梁单元这样一维线性单元来作模型化处理。
梁单元大抵可分为2种类，杆单元（不传递转动力矩的仅有轴向刚度的单元）和梁单元（具有传递转动力矩的具有弯曲刚度的单元）。
一般把不传递转动的构件称为杆，传递转动的构件称为框架，梁单元是这些模型化的一维单元的总称。
构架两端用铰结合的构件，不传递转动力矩。
作为单元具有轴刚度和扭转刚度。
因为框架（也称frame结构）两端是刚性结合，所以向其他构件传递转动力矩。
作为单元具有扭曲刚度和轴刚度。
即使是象塔那样框架结构，要想得到构件局部（例如连接处或者螺栓周围）的详细的应力分布，有必要用板单元或实体单元进行模型化。
2.1 杆单元单元形状由起始端和终止端2个节点形成的1维单元。
机械设计基础机械设计中的CAE分析方法机械设计是工程领域中非常重要的一项任务，它涉及到各种机械设备的设计和制造。
而在现代机械设计中，CAE（计算机辅助工程）分析方法的应用越来越广泛，为设计师提供了强大的工具和技术支持。
本文将介绍机械设计中常用的CAE分析方法，以及它们在设计过程中的应用。
一、有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）有限元分析是机械设计中最常用的CAE分析方法之一。
它通过将实际的结构分割成有限数量的小元素，然后利用数值计算方法求解每个小元素的应力、变形等物理量。
这样可以在较小的计算范围内，准确预测结构的力学性能。
在机械设计中，有限元分析广泛应用于刚度、强度、稳定性、疲劳寿命等方面的评估。
设计师可以通过有限元分析来验证设计方案的可行性，确定合适的材料和尺寸，并最终优化设计方案。
二、计算流体力学分析（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）计算流体力学分析是机械设计中另一个重要的CAE分析方法。
它用数值方法解决流体力学方程，对液态、气态流体的流动、传热、传质等进行模拟和计算。
在机械设计中，计算流体力学分析常用于气动性能、液压性能、热传导等方面的研究。
通过CFD分析，设计师可以预测流体在机械设备中的流动状态和传热效果，为设计方案的改进提供重要的参考。
三、多体动力学分析（Multibody Dynamics Analysis，简称MDA）多体动力学分析是机械设计中用于研究刚体与刚体之间相对运动的CAE分析方法。
它将机械系统视为由多个刚体组成的多体系统，通过求解动力学方程，计算系统中刚体的位移、速度、加速度等运动参数。
在机械设计中，多体动力学分析广泛应用于机构设计、机械振动、运动机理等方面的研究。
通过MDA分析，设计师可以了解机械系统的运动规律和力学性能，优化机构设计，提高系统的工作效率和稳定性。
四、耦合分析（Coupled Analysis）耦合分析是机械设计中将多个CAE分析方法整合起来进行综合分析的方法。
机械设计基础习题参考答案机械设计基础课程组编武汉科技大学机械自动化学院第2章 平面机构的自由度和速度分析2-1画运动简图。
134522-2 图2-38所示为一简易冲床的初拟设计方案。
设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。
试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。
43512 运动产生干涉解答：原机构自由度F=3⨯3- 2 ⨯4-1 = 0，不合理 ， 改为以下几种结构均可：2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。
b)a)A EMDFELKJIFBCCDBA解答：a) n=7; P l =9; P h =2，F=3⨯7-2 ⨯9-2 =1 L 处存在局部自由度，D 处存在虚约束b) n=5; P l =6; P h =2，F=3⨯5-2 ⨯6-2 =1 E 、B 处存在局部自由度，F 、C 处存在虚约束 2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。
BDCA(a)CDBA(b) 解答：a) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4-2 ⨯5-1=1 A 处存在复合铰链b) n=6; P l =7; P h =3，F=3⨯6-2 ⨯7-3=1 B 、C 、D 处存在复合铰链2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。
并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。
ABCDE解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1C 处存在复合铰链。
b) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1BDECAc) n=3; P l =3; P h =2，F=3⨯3 -2 ⨯3-2 = 1 D 处存在局部自由度。
d) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4 -2 ⨯5-1 = 1A BCDEFGG'HA BDCEFGHIJe) n=6; P l=8; P h=1，F=3⨯6 -2 ⨯8-1 = 1 B处存在局部自由度，G、G'处存在虚约束。
《机械设计基础》课程习题集系部：适用专业：制定人：审核人：系（部）《机械设计基础》课程习题集第一章机械设计概论一、填空题。
1、机械零件最常见的失效形式有_______,_______,_______,_______,。
2、机械没计的“三化”指__________,__________,__________。
3、强度是指零件在载荷作用下抵抗__________的能力，强度可分为__________和__________。
4、刚度是指受载后抵抗__________的能力。
5、机械零件丧失预定功能或者预定功能指标降低到许用值以下的现象，为__________。
二、选择题。
1、机械设计这门学科，主要研究（）的工作原理、结构和设计计算方法。
A、各类机械零件和部件B、通用机械零件和部件C、专用机械零件和部件D、标准化的机械零件和部件2、设计一台机器包括以下几项工作:a、零件设计;b、总体设计;c、技术设计，它们进行的顺序大休上是( )。
A、acbB、bacC、bcaD、cba3、下列零件的失效形式中，不属于强度问题。
A、螺栓断裂B、齿轮的齿面发生疲劳点蚀C、蜗杆轴产生过大的弯曲变形D、滚动轴承套圈的滚道上被压出深深的凹坑4、在设计机械零件时，对摩擦严重的一些零件，要考虑其散热性，主要是由于（）。
A、在高温下将产生蠕变现象，出现较大塑性变形B、材料的机械性能下降，可能造成零件因强度不够而失效C、下产生较大的热变形，影响正常工作D、升高后，破坏了正常润滑条件，从而使零件发生胶合5、我国国家标准的代号是（）。
A、GCB、KYC、GBD、ZB三、是非题。
1、机器的各部分之间具有确定的相对运动，在工作时能够完成有用的机械功或实现能般的转换。
2、机构的各部分之间具有确定的相对运动，所以机器与机构只是说法不同而己。
3、由于强度不够引起的破坏是零件失效中最常见的形式。
4、表面失效主要有疲劳点浊、磨损和腐蚀等，表面失效后通常会增加零件的摩擦，使尺寸发生变化，最终导致零件的报废。
机械设计基础中的CAE原理与应用在机械设计领域中，计算机辅助工程（CAE）是一种应用广泛的方法，它通过计算机模拟和分析技术，对机械系统的设计进行预测、分析和优化。
CAE技术的出现，为机械设计师提供了一种高效、准确的工具，能够在设计阶段就对产品的性能、可靠性进行评估，帮助设计师在短时间内找到最佳方案。
本文将探讨机械设计基础中的CAE原理与应用。
一、CAE的基本原理CAE是计算机辅助工程的缩写，它的基本原理是利用数值计算方法和仿真技术对机械系统进行建模、分析和优化。
CAE主要包括结构力学分析、流体力学分析和热传导分析等方面。
在机械系统设计中，CAE可以帮助设计师预测产品的受力情况、变形情况以及温度分布等，并通过分析这些数据来评估产品的工作性能。
二、CAE在机械设计中的应用1. 结构力学分析结构力学分析是CAE技术中应用最广泛的领域之一。
通过结构力学分析，设计师可以对机械零部件的受力情况进行准确的评估。
例如，在设计机械零部件时，可以通过CAE技术分析零件的应力分布情况，以确保零件的强度和刚度满足设计要求。
此外，结构力学分析还可以帮助设计师优化零件的设计，减少材料的使用量，降低成本。
2. 流体力学分析流体力学分析是CAE技术另一个重要的应用领域。
在机械设计中，流体力学分析可以帮助设计师分析液体或气体在机械系统中的流动情况。
例如，在设计管道系统时，可以通过CAE技术模拟流体在管道中的流动速度、压力分布等，以确保管道的设计符合流体力学要求。
此外，流体力学分析还可以帮助设计师改善流体系统的性能，提高能量利用效率。
3. 热传导分析热传导分析是CAE技术在机械设计中的另一个应用领域。
在机械系统中，热传导分析可以帮助设计师评估机械零件的温度分布情况。
例如，在设计发动机冷却系统时，可以通过CAE技术模拟冷却液在发动机中的流动情况，以评估零件的温度分布情况。
通过热传导分析，设计师可以找到可能存在的热点，并采取相应措施降低零件的温度。
机械设计基础了解机械设计中的CAE技术机械设计作为一门复杂而重要的学科，其涉及的技术不仅需要基本的设计能力，还需要了解并运用到一系列的辅助工具中。
计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering，简称CAE）技术在机械设计过程中起着重要的作用。
本文将介绍机械设计中的CAE技术及其在实际工程中的应用。
一、CAE技术概述CAE技术是利用计算机辅助工程软件来模拟和分析产品性能的一种方法。
它通过建立适当的数学模型，并利用数值分析的方法，对产品的结构、材料、工艺等进行模拟和分析，从而预测产品的性能并进行优化设计。
CAE技术在机械设计中的应用非常广泛，包括结构分析、热传导分析、流体力学分析等。
二、CAE技术在结构分析中的应用在机械设计中，结构的强度和刚度是非常重要的考虑因素。
CAE技术可以通过有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）来模拟和分析结构的应力、变形等性能。
首先，通过在计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）软件中建立结构的几何模型，然后将模型导入FEA软件中进行网格划分和材料属性定义。
最后，利用数值分析方法求解方程组，得到结构在不同工况下的应力和变形分布情况。
这些分析结果可以帮助设计师快速评估结构的安全性，并进行相应的优化设计。
三、CAE技术在热传导分析中的应用热传导分析是机械设计中另一个重要的方面。
在某些机械设备中，由于工作条件的不同，会产生大量的热量。
如果不合理处理这些热量，可能导致机械设备的过热，进而影响其正常运行。
CAE技术可以通过热传导分析来模拟和分析热场的分布情况，从而帮助设计师优化散热方案。
在热传导分析中，需要建立热传导方程和边界条件，并利用数值方法求解得到温度场的分布情况。
这些分析结果可以指导设计师选择合适的材料和散热方式，以提高机械设备的热传导性能。
四、CAE技术在流体力学分析中的应用流体力学分析在机械设计中也占据重要的地位。
机械设计基础第二版(陈晓南_杨培林)题解课后答案完整版从自由度，凸轮，齿轮，v带，到轴，轴承第三章部分题解3-5 图 3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。
设计者的意图是通过齿轮 1 带动凸轮 2 旋转后，经过摆杆 3 带动导杆 4 来实现冲头上下冲压的动作。
试分析此方案有无结构组成原理上的错误。
若有，应如何修改？解画出该方案的机动示意图如习题 3-5 解图(a)，其自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´3- 2´4-1= 0其中：滚子为局部自由度计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结图 3-37 习题 3-5 图构组成原理上有错误。
解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题 3-5 解图(b)所示。
其自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´4- 2´5-1=1②将一个低副改为高副，如习题 3-5 解图(c)所示。
其自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´3- 2´3- 2 =1习题 3-5 解图(a) 习题 3-5 解图(b) 习题 3-5 解图(c)3-6 画出图 3-38 所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。
(a)机构模型 (d) 机构模型图 3-38 习题 3-6 图解(a) 习题 3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题 3-6(a)解图(a)或习题 3-6(a)解图(b)的两种形式。
计算该机构自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´3- 2´4-0 =1习题 3-6(a)解图(a) 习题 3-6(a)解图(b)解(d) 习题 3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题 3-6(d)解图(a)、习题 3-6(d)解图(b)、习题 3-6(d)解图(c) 等多种形式。
- 1 -计算该机构自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´3- 2´4-0 =1习题3-6(d)解图(a) 习题 3-6(d)解图(b) 习题 3-6(d)解图(c)3-7 计算图 3-39 所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。
基于CAE技术的机械结构强度与刚度分析导语：随着科技的不断进步，计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering，简称CAE）技术在机械设计中的应用越来越广泛。
其中，机械结构强度与刚度分析是一项重要的任务，对于确保机械结构的安全性和性能至关重要。
本文将介绍基于CAE技术的机械结构强度与刚度分析的原理、方法和应用。
一、CAE技术在机械结构强度与刚度分析中的作用CAE技术是利用计算机技术和数值计算方法，对工程问题进行分析和解决的一种方法。
在机械结构设计中，CAE技术可以通过建立计算模型，对机械结构在不同载荷下的强度和刚度进行分析，从而预测其工作状态和性能。
二、机械结构强度分析的原理和方法1. 原理机械结构的强度分析是根据结构的受力情况和材料的力学性能，采用力学原理和有限元法等计算方法，来确定结构在不同载荷下的应力分布和变形情况，从而判断结构的强度是否满足设计要求。
2. 方法（1）建立有限元模型：首先，需要根据机械结构的实际几何形状，使用CAD软件绘制出结构的三维模型。
然后，根据结构的特点和要求，划分合适的网格单元，建立有限元模型。
（2）材料参数设置：对于不同的结构材料，需要给定相应的材料参数，如弹性模量、泊松比、屈服强度等。
（3）加载和边界条件设置：根据实际使用条件和载荷情况，设置结构的加载方式和边界约束条件。
（4）求解方程：利用有限元法等数值计算方法，通过迭代求解结构受力方程，得到结构的应力和变形分布。
（5）结果分析与评估：根据计算结果，对结构的强度进行评估和分析，判断设计的可行性和合理性。
三、机械结构刚度分析的原理和方法1. 原理机械结构的刚度分析是通过计算结构在受力状态下的刚度系数，来评估结构的刚度性能。
刚度系数通常包括挠度、扭转角、平移位移等，用来描述结构在外力作用下的变形情况。
2. 方法（1）建立刚度模型：根据结构的几何形状和材料性能，建立相应的刚度模型。
刚度模型可以使用解析方法、数值方法或者实验测试等方式得到。
