CATIA工程分析-彩图全文稿

—1—CATIA有限元分析模块实例教程作者：哈尔滨工业大学黄博[e-mail]全书由交通出版社07年初出版，欢迎订购。《CATIAv5机械（汽车）产品CAD/CAE/CAM全精通教程》—2—目录第五章工程分析...........................................................................................................................15.1GPS入门实例..................................................................................................................15.2前处理（Preprocessing）...........................................................................................65.2.1网格划分（meshingparts）.................................................................................65.2.2虚拟零件（VirtualPart）....................................................................................75.2.3定义约束（Restraints）.....................................................................................105.2.4定义载荷（Loads）...........................................................................................135.2.5类型组（Group）...............................................................................................155.3求解和后处理（Computation&PostProcessing）.....................................................165.3.1求解.....................................................................................................................165.3.2后处理.................................................................................................................185.4CATIA的分析类型......................................................................................................215.4.1BucklingAnalysis（屈曲分析）.......................................................................215.4.2FrequencyAnalysis（频率分析）.....................................................................235.4.3CombinedCase（组合分析案例）...................................................................235.4.4DynamicResponseCase（动态响应分析）.....................................................265.4.5StaticConstrainedAnalysis（静约束模态）.....................................................285.5装配件有限元分析GAS简介......................................................................................295.5.1创建连接关系.....................................................................................................295.5.2创建连接特性.....................................................................................................295.5.3装配件分析实例.................................................................................................325.6汽车零件分析实例..........................................................................................................395.6.1静态分析实例（连杆）.....................................................................................395.6.2模态分析实例（曲轴）.....................................................................................465.7本章小结..........................................................................................................................51—1—第五章工程分析新颖的创意和细致的结构设计是良好工程设计的前提，深入的工程分析则能提前预测工程设计的性能和瑕疵所在，所以工程设计中的一项重要工作是计算零部件和装配件的强度、刚度及其动态特性，从而得出所设计的产品是否满足工程需求，常用的分析方法是有限元法（FiniteElementMethod）。工程上的许多问题都可以归结为求解微分方程的问题，但很多微分方程的精确求解都比较困难。有限元法的基本思想就是将被分析对象分割成有限个小的单元，假定力只在有限单元的节点之间传递，从而把微分方程简化为对应的联立方程组，实现工程问题的近似求解。现在，有限元法不仅用于结构分析，而且在热分析、流体分析、电磁分析等方面也得到越来越多的应用。CATIAV5软件是一个CAD/CAE/CAM集成软件，它提供了功能强大且使用方便的工程分析模块—Analysis&Simulation。利用该模块，只需定义类似工程实际问题的载荷和约束，就可以快速地实现基本的有限元分析。常用的功能包括单个零件的有限元分析GPS（创成式零件结构分析GenerativePartStructuralAnalysis）和装配件有限元分析GAS(GenerativeAssemblyStructuralAnalysis)。本章将先通过一个简单实例介绍CATIA有限元分析过程，然后较为详细地配合实例阐述用CATIA软件进行有限元分析时的前处理、求解计算、后处理等相关方面的知识。5.1GPS入门实例1进入GPS模块打开附盘内零部件GPSexample1.catpart或自行创建一25mm方形截面类似零件，然后点击如图5-1所示开始菜单→分析与仿真→GenerativeStructuralAnalysis进入分析模块，系统将弹出如图5-2所示的两个对话框，左侧对话框用于选定将要进行的分析类型，此例选定STATICANALYSIS，然后确定；右侧警告对话框表示没有指定零件材料（如已指定材料，则无此警告框），确定即可。图5-1通过开始菜单获取分析模块—2—图5-2分析类型选定&无材料警告对话框2指定材料(material)点击工具栏图标来指定零件材料（默认状态工具栏可能有双箭头图标存在，这表示有些图标摆不开而被遮蔽，可以通过鼠标左键按住工具条并拖动重新摆放来避免），系统可能弹出图5-3所示对话框，提示没有中文材料库，确定即可；弹出图5-4所示对话框，先左键点击AnalysisManager模型树内part1,再点击材料库对话框内Metal（金属材料）卡片下的aluminium(铝)，确定完成材料指定。图5-3无中文材料库报错对话框图5-4材料指定对话框—3—3网格划分（nodesandelements）CATIA软件的网格划分是自动进行的，只要转到有限元模块，程序就已自动确定划分方案，只有复杂的模型才需要手动对局部网格进行划分。当然，用户可双击模型树中的来调整单元划分参数，则弹出图5-5所示四面体网格密度定义对话框，输入图中所示数值，完成网格参数修正。（参数含义在§5.2中详细阐述）图5-5网格划分密度定义对话框4定义约束(Restraints)样例零件用底座四个螺栓孔安装固定，可以用四个底座孔的完全固定来模拟分析。点击图标，弹出图5-6a所示CLAMP（夹紧）定义对话框，选择图5-6b所示的四个底座孔的内表面，确定完成约束定义。图5-6aclamp定义框图5-6b选择四个底孔内表面5定义载荷(Loads)点击图标，施加均布载荷于零件的末端表面，弹出图5-7所示的distributedforce定义对话框，选择末端表面，则对话框的supports栏内变为1face，定义载荷数字大小为：X方向-500N，Y方向-250N，确定完成载荷定义。—4—图5-7均布力载荷（distributedforce）定义6求解计算（Compute）完成上述工作后，可着手进行计算，点击compute图标，系统弹出如图5-8a所示计算对话框，确定之后，系统弹出5-8b所示计算所需资源估算对话框，点击YES继续计算，由于单元节点数不多，计算很快完成。图5-8a计算对话框图5-8b计算所需资源估算对话框7结果显示（visualizetheresults）CATIA提供了丰富的图形化结果显示功能，用户可方便地调整至所偏好的方式。此入门实例处仅以默认方式查看网格划分情况及应力应变图。鼠标右键点击左侧模型树中的，在弹出的右键菜单中点击，则在模型树NodesandElements中多出子项，网格划分效果呈现在CATIA窗口中如图5-9所示（注意：如果看不到网格效果，则应鼠标点击图5-9所示视图工具条中的定制视图参数图标，按照图中列出的选项调整弹出的定制视图方式对话框内容，确定即可。（注：CATIA虽然自动确定网格划分方案，但仍然需要计算之后才能显示网格的划分效果。），鼠标在零件上划过，CATIA将显示相应的单元格数值；另外在的右键菜单中点击，可看到网格划分为2144个单元。—5—图5-9单元划分效果初览点击图标，可得出如图5-10所示的位移图形，结果表明在施加的载荷作用下，末端昀大位移约为0.69mm。点击图标，可得出如图5-11所示的vo