CATIA有限元分析报告计算实例 完整版.docx
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CATIA有限元分析报告计算实例完整版
CATIA有限元分析计算实例
CATIA有限元分析计算实例
11.1例题1受扭矩作用的圆筒
11.1-1划分四面体网格的计算
(1)进入【零部件设计】工作台
启动CATIA软件。
单击【开始】→【机械设计】→【零部件设计】选项,如图11-1所示,进入【零部件设计】工作台。
图11-1 单击【开始】→【机械设计】→【零部件设计】选项
单击后弹出【新建零部件】对话框,如图11-2所示。
在对话框输入新的零件名称,在本例题中,使用默认的零件名称【Part1】。
点击对话框的【确定】按钮,关闭对话框,进入【零部件设计】工作台。
(2)进入【草图绘制器】工作台
在左边的模型树中单击选中【xy平面】,如图11-3所示。
单击【草图编辑器】工具栏的【草图】按钮,如图11-4所示。
这时进入【草图绘制器】工作台。
图11-2 【新建零部件】对话框
图11-3 单击选中【xy平面】
(3)绘制两个同心圆草图
点击【轮廓】工具栏的【圆】按钮,如图11-5所示。
在原点点击一点,作为圆草图的圆心位置,然后移动鼠标,绘制一个圆。
用同样分方法再绘制一个同心圆,如图11-6所示。
图11-4 【草图编辑器】工具栏
图11-5 【轮廓】工具栏
下面标注圆的尺寸。
点击【约束】工具栏的【约束】按钮,如图11-7所示。
点击选择圆,就标注出圆的直径尺寸。
用同样分方法标注另外一个圆的直径,如图11-8所示。
图11-6 两个同心圆草图
图11-7 【约束】工具栏
双击一个尺寸线,弹出【约束定义】对话框,如图11-9所示。
在【直径】数值栏输入100mm,点击对话框的【确定】按钮,关闭对话框,同时圆的直径尺寸被修改为100mm。
用同样的方法修改第二个圆的直径尺寸为50mm。
修改尺寸后的圆如图11-10所示。
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】选项组的【长度】数值栏输入50mm,点击对话框的【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)工具栏点击中间按钮的下拉箭头才能够显示出【OctreeTetrahedronMesher】(Octree四面体网格划分)按钮。
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,在该数值栏输入0.5mm;在【Elementtype】(单元类型)选项区选中【Paraboic】二次单元。
点击对话框的【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)选项区的【Z】数值栏输入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表面,如图11-37所示,即设置表面上的扭矩为100Nxm。
点击对话框的【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【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的【取消】按钮,取消计算过程。
图11-43 【ComputationResourceEstimation】(计算资源估计)对话框
(10)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。
在对话框选择【Stressfulltensorcomponent】(应力量的分量)选项,选择后,出现应力量图像,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 应力量图
应力量图中,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量图如图11-50所示。
图11-48 【视图(v)】工具栏
图11-49 【视图(v)】工具栏点击【带材料着色】按扭
图11-50 修改后显示的应力量图
下面将圆筒剖开,查看其部应力分布情况。
点击【AnalysisTools】(分析工具)工具栏的【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
(13)修改网格的参数
从图中可以看出,圆筒部的应力较高。
为了使计算结果更加准确,对圆筒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,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)栏输入2mm,在图形区选择圆筒的表面,然后点击对话框的【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,在【Availablespecs】(可用的特定参数)区,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。
在【Value】(数值)栏输入2mm,在图形区选择圆筒的表面,然后点击对话框的【确定】按钮,关闭对话框,返回到【OCTREETetrahedronMesh】对话框。
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
点击【Compute】(计算)工具栏的【Compute】(计算)按钮。
弹出【Compute】(计算)对话框,开始进行计算。
重新计算的应力量结果如图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
启动CATIA软件。
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=】数值栏输入50mm,即在(0,50,0)位置创建一个点。
点击对话框的【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。
点击【线框】工具栏的【直线】按钮,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【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】区的【限制1】【尺寸】数值栏输入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】。
点击【应用材料】工具栏的【应用材料】按钮。
先弹出一个【打开】警告消息框点击警告消息框的【确定】按钮,关闭消息框。
弹出【库(只读)】对话框。
点击【Metal】(金属)选项卡,在列表中选择【Steel】(钢)材料。
点击对话框的【确定】按钮,将钢材料赋予零件。
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】(高级网格划分工具)工作台
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】(高级网格划分工具)选项
(8)划分底面网格
点击【MeshingMethod】(网格划分方法)工具栏的【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)栏点击四边形网格按钮,在【Elementtype】(单元类型)栏勾选【Parabolic】(二次网格)选项,在【MeshSize】(网格尺寸)数值栏输入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
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