CATIA有限元分析计算实例文档格式.docx
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图11-8
标注直径尺寸的圆草图图11-9
【约束定义】对话框
(4)离开【草图绘制器】工作台
点击【工作台】工具栏内的【退出工作台】按钮
,如图11-11所示。
退出【草图绘制器】工作台,进入【零部件设计】工作台。
图11-10
修改直径尺寸后的圆图11-11【工作台】工具栏
(5)拉伸创建圆筒
点击【基于草图的特征】工具栏内的【凸台】按钮
,如图11-12所示。
弹出【凸台定义】对话框,如图11-13所示。
在【第一限制】选项组内的【长度】数值栏内输入50mm,点击对话框内的【确定】按钮,生成一个圆筒体,如图11-14所示。
在左边的模型树上出现【填充器.1】元素。
图11-12
【基于草图的特征】工具栏图11-13
【凸台定义】对话框
(6)对零件赋予材料属性
在左边的模型树中点击选中零件名称【Part1】,如图11-15所示。
点击【应用材料】工具栏内的【应用材料】按钮
,如图11-16所示。
先弹出一个【打开】警告消息框,如图11-16所示,这是因为使用简化汉字界面,但没有相应的简化汉字材料库造成的,点击警告消息框内的【确定】按钮,关闭消息框。
弹出【库(只读)】对话框,如图11-18所示。
点击【Metal】
(金属)选项卡,在列表中选择【Steel】
(钢)材料。
点击对话框内的【确定】按钮,将钢材料赋予零件。
图11-14
拉伸创建的一个圆筒体图11-15
选中的零件名称【Part1】
图11-16
【应用材料】工具栏
图11-17
【打开】警告消息框
图11-18
【库(只读)】对话框
如果对软件内钢铁材料的属性不了解,可以查看定义的材料属性,也可以修改材料属性参数。
在左边的模型树上双击材料名称【Steel】,如图11-19所示。
弹出【属性】对话框,如图11-20所示。
图11-19
材料名称【Steel】
图11-20
【属性】对话框
(7)进入【AdvancedMeshingTools】
(高级网格划分工具)工作台
点击菜单中的【开始】→【分析与模拟】→【AdvancedMeshingTools】
(高级网格划分工具)选项,如图11-21所示。
点击后进入了【高级网格划分工具】工作台。
进入工作台后,生成一个新的分析文件,并且弹出一个【新分析算题】对话框,如图11-22所示。
点击后,在对话框内选择【StaticAnalysis】
(静态分析算题),然后点击【确定】按钮。
图11-21【开始】→【分析与模拟】→【AdvancedMeshingTools】
(高级网格划分工具)选项
点击【MeshingMethod】
(网格划分方法)工具栏内的【OctreeTetrahedronMesher】
(Octree四面体网格划分)按钮
,如图11-23所示。
需要在【MeshingMethod】
(网格划分方法)工具栏内点击中间按钮的下拉箭头才能够显示出【OctreeTetrahedronMesher】
。
图11-22
【新分析算题】对话框
图11-23【MeshingMethod】
(网格划分方法)工具栏
在图形区左键点击选择圆筒三维实体模型,如图11-24所示。
选择实体后弹出【OCTREETetrahedronMesher】
(Octree四面体网格划分器)对话框,如图11-25所示。
点击【Global】
(全局)选项卡,在【Size】
(尺寸)栏内输入5mm作为网格的尺寸;
点击选中【Absolutesag】
(绝对垂度)选项,在该数值栏内输入0.5mm;
在【Elementtype】
(单元类型)选项区内选中【Paraboic】二次单元。
点击对话框内的【确定】按钮,完成设置,关闭对话框。
图11-24
选择圆筒三维实体模型图11-25
【OCTREETetrahedronMesher】
(Octree四面体网格划分器)对话框
在左边的模型树上右击【OCTREETetrahedronMesher.1】元素,如图11-26所示。
在弹出的右键快捷菜单中选择【UpdateMesh】
(更新网格)选项,如图11-27所示。
程序开始划分网格,划分后的四面体网格如图11-28所示。
图11-26
右击【OCTREETetrahedronMesher.1】元素图11-27选择【UpdateMesh】
(更新网格)选项
(8)进入【GenerativeStructuralAnalysis】
(创成式结构分析)工作台
点击主菜单中的【开始(S)】→【分析与模拟】→【GenerativeStructuralAnalysis】
(创成式结构分析)选项,如图11-29所示,进入【创成式结构分析】工作台。
图11-28
划分后的四面体网格图11-29点击【开始(S)】→【分析与模拟】→【GenerativeStructuralAnalysis】
(创成式结构分析)选项
(9)指定3D属性
点击【ModelManager】
(模型管理器)工具栏内的【3DProperty】
(三维属性)按钮
,如图11-30所示。
点击后弹出【3DProperty】
(三维属性)对话框,如图11-31所示。
在左边的模型树上点击选择【OCTREETetrahedronMesher.1】元素,点击对话框内的【确定】按钮,关闭对话框,将3D属性指定到三维零件上。
图11-30【ModelManager】
(模型管理器)工具栏图11-31
3DProperty】
(三维属性)对话框
(10)设置固支边界条件
点击【Restraints】
(约束)工具栏内的【Clamp】
(固支)按钮
,如图11-32所示。
在图形区选择圆筒体的一个底面,如图11-33所示。
弹出【Clamp】
(固支)对话框,如图11-34所示。
点击对话框内的【确定】按钮,对圆筒体的一个底面增加了固支约束。
图11-32
【Restraints】
(约束)工具栏图11-33
图11-34
【Clamp】
(固支)对话框
(11)对圆筒施加扭矩
点击【Loads】
(载荷)工具栏内的【Moment】
(扭矩)按钮
,如图11-35所示。
弹出【Moment】
(扭矩)对话框,如图11-36所示。
在【MomentVector】
(扭矩分量)选项区内的【Z】数值栏内输入100Nxm,即设置扭矩z方向的分量为100Nxm。
在图形区点击选择圆筒的内表面,如图11-37所示,即设置内表面上的扭矩为100Nxm。
点击对话框内的【确定】按钮,关闭对话框。
图11-35
【Loads】
(载荷)工具栏图11-36
【Moment】
(扭矩)对话框
同理,用同样的方法设置圆筒的外表面,对外部施加相反方向的扭矩,即要把z方向的扭矩设置为-100Nxm。
设置完成后,显示的模型如图11-38所示。
图11-37
图11-38添加两个扭矩和固支约束后的模型
(12)计算模型
点击【Compute】
(计算)工具栏内的【Compute】
(计算)按钮
,如图11-39所示。
弹出【Compute】
(计算)对话框,如图11-40。
点击勾选【Preview】
(预览)选项,点击对话框内的【确定】按钮,开始计算分析。
点击后会弹出两个对话框,一个是【Computing】
(正在计算)进程显示框,如图11-41所示,显示计算进程;
另外一个是【Computation】
(计算)框,显示当前的计算步骤和已经使用的计算时间,如图11-42所示。
图11-39【Compute】
(计算)工具栏图11-40【Compute】
(计算)对话框
图11-41【Computing】
(正在计算)进程显示框图11-42
【Computation】
(计算)框
当计算进程把网格划分完毕,并计算完成刚度矩阵后,会弹出一个【ComputationResourceEstimation】
(计算资源估计)对话框,如图11-43所示,显示需要的CPU时间、需要的内存、需要的硬盘储存量,并且询问用户是否继续计算,如果点击【No】
(否)按钮,则退出计算,如果点击【Yes】
(是)按钮,则计算继续。
如果用户在图11-40【Compute】
(计算)对话框内未选中【Preview】
(预览)选项,则不会弹出【ComputationResourceEstimation】
(计算资源估计)对话框,直接运行计算。
对于比较复杂的结构,计算时间比较长时,建议用户选中该选项,这样可以大致了解算题所需要的时间和计算机资源,用户自己也估算,计算机配置是否能够满足要求。
点击对话框内【Yes】
(是)按钮,继续计算。
程序重新弹出【Computing】
(正在计算)进程对话框,此时,如果用户想终止计算,仍然可以点击该对话框内的【取消】按钮,取消计算过程。
图11-43
【ComputationResourceEstimation】
(计算资源估计)对话框
(13)显示模型计算结果
在左边的模型树中鼠标右击【StaticCaseSolution.1】,如图11-44所示。
在出现的菜单中选择【GenerateImage】
(生成图像)选项,如图11-45。
选择后弹出【ImageGeneration】
(图像生成)对话框,如图11-46所示。
在对话框内选择【Stressfulltensorcomponent】
(应力张量的分量)选项,选择后,出现应力张量图像,如图11-47所示。
图11-44
右击【StaticCaseSolution.1】图11-45选择【GenerateImage】
(生成图像)选项
图11-46
【GenerateImage】
(生成图像)选项图11-47
应力张量图
应力张量图中,含有网格、边界条件,同时未显示为彩色,下面对图像进行修改。
在图像区或者模型树上点击选中固支约束和扭矩载荷名称或者符号,然后在【视图(v)】工具栏内点击【隐藏/显示】按扭
,如图11-48所示。
将固支边界条件、扭矩载荷条件隐藏起来。
将图例移动到图形旁边。
在图例上点击左键,然后在图例上按下中间键不松开,即可移动图例。
移动到合适位置后,再点击左键。
图形区重新处于激活状态。
在【视图(v)】工具栏内点击【带材料着色】按扭
,如图11-49所示,显示材料。
最终修改后显示的应力张量图如图11-50所示。
图11-48【视图(v)】工具栏内图11-49【视图(v)】工具栏内点击【带材料着色】按扭
图11-50
修改后显示的应力张量图
下面将圆筒剖开,查看其内部应力分布情况。
点击【AnalysisTools】
(分析工具)工具栏内的【CutPlaneAnalysis】
(剖切平面分析)按钮
,如图11-51所示。
弹出【CutPlaneAnalysis】
(剖切平面分析)对话框,如图11-52所示,不选中对话框内的【Showcuttingplane】
(显示剖切面)选项,在图形区不显示出剖切面。
同时在图形区显示罗盘,用户可以操作罗盘,对应力分布图进行不同方向的剖切,如图11-53所示。
图11-51
【AnalysisTools】
(分析工具)工具栏图11-52
【CutPlaneAnalysis】
(剖切平面分析)对话框
图11-53
剖切的应力分布图
(14)修改网格的参数
从图中可以看出,圆筒内部的应力较高。
为了使计算结果更加准确,对圆筒内壁的有限元网格进行细化处理。
在左边的模型树上双击【OCTREETetrahedronMesher.1】元素,如图11-54所示。
双击后弹出【OCTREETetrahedronMesh】对话框,如图11-55所示。
点击【Local】
(局部)选项卡,在【Availablespecs】
(可用的特定参数)区内,点击选择【Localsize】
(局部尺寸)选项,然后点击【Add】
(添加)按钮,弹出【LocalMeshSize】
(局部网格尺寸)对话框,如图11-56所示。
在【Value】
(数值)栏内输入2mm,在图形区选择圆筒的内表面,然后点击对话框内的【确定】按钮,关闭对话框,返回到【OCTREETetrahedronMesh】对话框。
图11-54
双击的【OCTREETetrahedronMesher.1】元素
图11-55【OCTREETetrahedronMesh】对话框图11-56
【LocalMeshSize】
(局部网格尺寸)对话框
在【OCTREETetrahedronMesh】对话框内,在【Availablespecs】
(可用的特定参数)区内,点击选择【Localsag】
(局部垂度)选项,如图11-57所示。
然后点击【Add】
(添加)按钮,弹出【LocalMeshSag】
(局部网格垂度)对话框,如图11-58所示。
图11-57选择【Localsag】
(局部垂度)选项图11-58
【LocalMeshSag】
(局部网格垂度)对话框
在左边的模型树上右击【OCTREETetrahedronMesher.1】元素,在弹出的右键快捷菜单中选择【UpdateMesh】
(更新网格)选项。
程序开始划分网格,重新划分后的四面体网格如图11-59所示,可以看到,圆筒内壁的网格明显比其它部分细化。
图11-59
重新划分后的四面体网格
(计算)对话框,开始进行计算。
重新计算的应力张量结果如图11-60所示。
应力值有所提高。
图11-60
重新计算的应力张量结果
11.1-2划分结构化六面体网格计算分析
(1)进入【线框和曲面设计】工作台
单击【开始】→【机械设计】→【线框和曲面设计】选项,如图11-61所示,进入【线框和曲面设计】工作台。
图11-61
【开始】→【机械设计】→【线框和曲面设计】选项
单击后弹出【新建零部件】对话框,如图11-62所示。
在对话框内输入新的零件名称,在本例题中,使用零件名称为【Part1-2】。
点击对话框内的【确定】按钮,关闭对话框,进入【线框和曲面设计】工作台。
(2)定义点
点击【线框】工具栏内的【点】按钮
,如图11-63所示。
点击后弹出【点定义】对话框,如图11-64所示。
在【Y=】数值栏内输入50mm,即在(0,50,0)位置创建一个点。
点击对话框内的【确定】按钮,创建一个点。
图11-62【新建零部件】对话框图11-63
【线框】工具栏
用同样的方法创建第二个点(0,100,0),第三个点(0,0,0)。
(3)创建线段
点击【线框】工具栏内的【直线】按钮
,弹出【直线定义】对话框,如图11-65所示。
在图形区选择【点1】和【点2】,如图11-66所示。
点击对话框内的【确定】按钮,创建一条线段。
图11-64
【点定义】对话框图11-65
【直线定义】对话框
继续创建第二条线段,但方法与第一条线段出创建方法不同。
,弹出【直线定义】对话框,在图形区选择第三个点,然后再选择【xyplane】参考平面,如图11-67所示。
此时,【直线定义】对话框内【线型】下拉列表框自动更改为【点-方向】,如图11-68所示。
在【结束】数值栏内输入20mm,即线段的长度为20mm。
图11-66
选择【点1】和【点2】图11-67
选择第三个点【xyplane】参考平面
(4)旋转创建面
点击【曲面】工具栏内的【旋转】按钮
,如图11-69所示。
弹出【旋转曲面定义对话框】,如图11-70所示。
在图形区选择【直线.1】作为轮廓,选择【直线.2】作为旋转轴,如图11-71所示。
图11-68
【线型】下拉列表框自动更改为【点-方向】图11-69
【曲面】工具栏
图11-70
【旋转曲面定义对话框】图11-71
选择【直线.1】作为轮廓,选择【直线.2】作为旋转轴
(5)拉伸创建曲面
点击【曲面】工具栏内的【拉伸】按钮
,如图11-72所示。
弹出【拉伸曲面定义】对话框,如图11-73所示。
选择上一步旋转创建的曲面内圆作为轮廓,选择第二条线段【直线.2】作为方向,在【拉伸限制】区内的【限制1】【尺寸】数值栏内输入50mm,即拉伸的高度为50mm。
预览生成的拉伸曲面如图11-74所示。
图11-72
【曲面】工具栏内的【拉伸】按钮图11-73
【拉伸曲面定义】对话框
用同样的方法拉伸外侧的圆弧,最终形成的图形如图11-75所示。
(6)赋予钢铁材料
在左边的模型树中点击选中零件名称【Part1】。
先弹出一个【打开】警告消息框点击警告消息框内的【确定】按钮,关闭消息框。
弹出【库(只读)】对话框。
图11-74预览生成的拉伸曲面图11-75
最终形成的图形
(7)进入【ADCANCEDMESHINGTOOLS】
单击【开始】→【分析与模拟】→【ADCANCEDMESHINGTOOLS】
(高级网格划分工具)选项,如图11-76所示,进入【ADCANCEDMESHINGTOOLS】
(高级网格划分工具)工作台。
图11-76
【开始】→【分析与模拟】→【ADCANCEDMESHINGTOOLS】
(8)划分底面网格
(网格划分方法)工具栏内的【AdvancedSurfaceMesher】
(高级曲面划分器)按钮
,如图11-77所示。
点击后在图形区选中底面,如图11-78所示。
图11-77
【AdvancedSurfaceMesher】
(高级曲面划分器)按钮图11-78
选中的底面
注意!
只选择底面。
选中底面后,弹出【GlobalParameter】
(全局参数)对话框,如图11-79所示。
点击【Mesh】
(网格)选项卡,在【MeshType】
(网格类型)栏内点击四边形网格按钮
,在【Elementtype】
(单元类型)栏内勾选【Parabolic】
(二次网格)选项,在【MeshSize】
(网格尺寸)数值栏内输入5mm,勾选【Minimizetriangle】
(最小化三角形)选项。
全部设置完成后,点击对话框内的【确定】按钮,关闭对话框,完成平面网格划分设置。
平面轮廓的边缘显示为绿色,如图11-80所示。
图11-79
【GlobalParameter】
(全局参数)对话框图11-80
平面轮廓的边缘显示为绿色
点击【Execution】
(执行)工具栏内的【MeshThePart】
(对零件划分网格)按钮
,如图11-81所示。
程序开始对底面划分四边形网格,划分完成后,弹出【MeshThePart】
(对零件划分网格)对话框,如图11-82所示。
对话框显示网格的尺寸,节点数量,单元数量,以及划分网格的结果。
在本例题中,划分的四边形网格,网格尺寸为5mm,创建了3437个节点,创建了1083个单元,划分网格结果是正常完成。
对底面划分的四边形网格如图11-83所示。
图11-81【Execution】
(执行)工具栏图11-82
【MeshThePart】
(对零件划分网格)对话框
点击【Exit】
(退出)工具栏内的【Exit】
(退出)按钮
,如图11-84所示。
退出【SurfaceMESHINGTOOLS】
(曲面网格划分)工作台,进入【ADCANCEDMESHINGTOOLS】
图11-83
对底面划分的四边形网格图11-84
【Exit】
(退出)工具栏
(8)拉伸生成六面体网格
点击【MeshTransformation】
(网格变换)工具栏内的【ExtrudeMesherwithTranslation】
(平动拉伸网格)按钮
,如图11-85所示。
点击后弹出【ExtrudeMesherwit
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