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。在对话框内输入新的零件名称，在本例题中，使用默认的零件名称【Part1】。点击对话框内的【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】工具栏内的【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】工具栏内的【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】工具栏内的【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】数值栏内输入100mm，点击对话框内的【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】（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（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【Show