CATIA有限元分析计算实例

1、CATIA 有限元分析计算实例有限元分析计算实例 11.111.1 例题例题 1 1 受扭矩作用的圆筒受扭矩作用的圆筒 11.111.11 1 划分四面体网格的计算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 111 所示，进入【零部件设计】工作台。 图 111 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

2、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 112 【新建零部件】对话框 图 113 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 114 【草图编辑器】工具栏 图 115【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

3、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 116 两个同心圆草图 图 117 【约束】工具栏 双击一个尺寸线，弹出【约束定义】对话框，如图 119 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 118 标注直径尺寸的圆草图 图 119 【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

4、【零部件设计】工作台。 图 1110 修改直径尺寸后的圆 图 1111【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 1112 【基于草图的特征】工具栏 图 1113 【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】

5、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 1114 拉伸创建的一个圆筒体 图 1115 选中的零件名称【Part1】 图 1116 【应用材料】工具栏 图 1117 【打开】警告消息框 图 1118 【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，

6、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 1119 材料名称【Steel】 图 1120 【属性】对话框 （7）进入【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）工作台 点击菜单中的【开始】【分析与模拟】【Advanced Meshing Tools】（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 1122 所示。点击后，在对话框内选择【Static Anal

7、ysis】（静态分析算题），然后点击【确定】按钮。 图 1121【开始】【分析与模拟】【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项 点击【Meshing Method】(网格划分方法)工具栏内的【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分）按钮，如图 1123 所示。需要在【Meshing Method】(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【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分）按钮。 图 1122 【新分析算题】对话框 图 11-23【Meshing Met

8、hod】(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 1124 所示。选择实体后弹出【OCTREE Tetrahedron Mesher】（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【Absolute sag】（绝对垂度）选项，在该数值栏内输入 0.5mm；在【Element type】（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 1124 选择圆筒三维实体模型 图 1125 【OCTR

9、EE Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分器）对话框 在左边的模型树上右击【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素，如图 11-26 所示。在弹出的右键快捷菜单中选择【Update Mesh】（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【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素 图 11-27 选择【Update Mesh】（更新网格）选项 （8）进入【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）工作台 点

10、击主菜单中的【开始（S）】 【分析与模拟】【Generative Structural Analysis】（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】 【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项 （9）指定 3D 属性 点击【Model Manager】（模型管理器）工具栏内的【3D Property】（三维属性）按钮，如图 1130 所示。点击后弹出【3D Property】 （三维属性）对话框，如图 11-31 所示。在

11、左边的模型树上点击选择【OCTREE Tetrahedron Mesher.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【Model Manager】(模型管理器)工具栏 图 11-31 3D Property】(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 1132 所示。在图形区选择圆筒体的一个底面，如图 1133 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 【

12、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 1135 所示。弹出【Moment】（扭矩）对话框，如图 1136 所示。在【Moment Vector】（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 1137 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 1135 【Loads】（载荷）工具栏 图 1136 【Mome

13、nt】（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 1138 所示。 图 1137 图 1138 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 1139 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 1141 所示，显示计算进程；另外一

14、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 1142 所示。 图 1139【Compute】（计算）工具栏图 1140【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【Computation Resource Estimation】（计算资源估计）对话框，如图 1143 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

15、，如果点击【Yes】（是）按钮，则计算继续。如果用户在图 1140【Compute】（计算）对话框内未选中【Preview】（预览）选项，则不会弹出【Computation Resource Estimation】（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 1143 【C

16、omputation Resource Estimation】（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 【Static Case Solution.1】 ， 如图 1144 所示。 在出现的菜单中选择 【Generate Image】（生成图像）选项，如图 11-45。选择后弹出【Image Generation】（图像生成）对话框，如图 1146 所示。在对话框内选择【Stress full tensor component】（应力张量的分量）选项，选择后，出现应力张量图像，如图 1147 所示。 图 11-44 右击【Static Case Solutio

17、n.1】 图 11-45 选择【Generate Image】(生成图像)选项 图 1146 【Generate Image】（生成图像）选项 图 1147 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 1148 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】

18、按扭，如图 1149 所示，显示材料。最终修改后显示的应力张量图如图 1150 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 1150 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 【Analysis Tools】 （分析工具） 工具栏内的 【Cut Plane Analysis】（剖切平面分析）按钮，如图 1151 所示。弹出【Cut Plane Analysis】（剖切平面分析）对话框，如图 1152所示，不选中对话框内的【Show cutting plane】（显示剖切面）选项，在图形区不显示出剖

19、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 1153 所示。 图 11-51 【Analysis Tools】（分析工具）工具栏 图 11-52 【Cut Plane Analysis】（剖切平面分析）对话框 图 1153 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 【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】 元素， 如图 11-54 所示。 双击后弹出 【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框，如图 115

20、5 所示。点击【Local】（局部）选项卡，在【Available specs】（可用的特定参数）区内，点击选择【Local size】（局部尺寸）选项，然后点击【Add】（添加）按钮，弹出【Local Mesh Size】（局部网格尺寸）对话框，如图 1156 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【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框。 图 1154 双击的【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素 图 1155【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话

21、框 图 1156 【Local Mesh Size】（局部网格尺寸）对话框 在【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框内，在【Available specs】（可用的特定参数）区内，点击选择【Local sag】（局部垂度）选项，如图 1157 所示。然后点击【Add】（添加）按钮，弹出【Local Mesh Sag】（局部网格垂度）对话框，如图 1158 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【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框。 图 1157 选择【Local sag】

22、(局部垂度)选项 图 11-58 【Local Mesh Sag】(局部网格垂度)对话框 在左边的模型树上右击【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素，在弹出的右键快捷菜单中选择【Update Mesh】（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 1159 重新划分后的四面体网格 点击【Compute】（计算）工具栏内的【Compute】（计算）按钮。弹出【Compute】（计算）对话框，开始进行计算。重新计算的应力张量结果如图 1160 所示。应力值有所提高。 图 1160 重新计算

23、的应力张量结果 11.111.12 2 划分结构化六面体网格计算分析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 1161 所示，进入【线框和曲面设计】工作台。 图 1161 【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【Part12】。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 1163 所示。点击后弹出【

24、点定义】对话框，如图 1164 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 1162【新建零部件】对话框 图 1163 【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 1165 所示。在图形区选择【点 1】和【点 2】，如图 1166 所示。点击对话框内的【确定】按钮，创建一条线段。 图 1164 【点定义】对话框 图 1165 【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

25、。点击【线框】工具栏内的【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【xy plane】参考平面，如图 1167 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 1168 所示。在【结束】数值栏内输入 20mm，即线段的长度为 20mm。 图 1166 选择【点 1】和【点 2】 图 1167 选择第三个点【xy plane】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 1169 所示。弹出【旋转曲面定义对话框】，如图 1170 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 1171 所

26、示。 图 1168 【线型】下拉列表框自动更改为【点方向】 图 1169 【曲面】工具栏 图 1170 【旋转曲面定义对话框】 图 1171 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 1172 所示。弹出【拉伸曲面定义】对话框，如图 1173 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 1174 所示。 图 1172 【曲面】工具栏内的【拉伸】按钮 图 1173 【拉伸曲面

27、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 1175 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】工具栏内的【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内的【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。点击对话框内的【确定】按钮，将钢材料赋予零件。 图 1174 预览生成的拉伸曲面 图 1175 最终形成的图形 （7）进入【ADCANCED MESHING TOOLS】（高级网格划分工具）工作台 单击【开始】【分析与模拟】【ADCANC

28、ED MESHING TOOLS】（高级网格划分工具）选项，如图 1176 所示，进入【ADCANCED MESHING TOOLS】（高级网格划分工具）工作台。 图 1176 【开始】【分析与模拟】【ADCANCED MESHING TOOLS】（高级网格划分工具）选项 （8）划分底面网格 点击【Meshing Method】 （网格划分方法）工具栏内的【Advanced Surface Mesher】 （高级曲面划分器）按钮，如图 1177 所示。点击后在图形区选中底面，如图 1178 所示。 图 1177 【Advanced Surface Mesher】（高级曲面划分器）按钮 图 11

29、78 选中的底面 注意！只选择底面。 选中底面后，弹出【Global Parameter】（全局参数）对话框，如图 1179 所示。点击【Mesh】（网格）选项卡，在【Mesh Type】（网格类型）栏内点击四边形网格按钮，在【Element type】（单元类型）栏内勾选【Parabolic】（二次网格）选项，在【Mesh Size】（网格尺寸）数值栏内输入 5mm，勾选【Minimize triangle】（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 1180 所示。 图 1179 【Global Par

30、ameter】（全局参数）对话框 图 1180 平面轮廓的边缘显示为绿色 点击【Execution】（执行）工具栏内的【Mesh The Part】（对零件划分网格）按钮，如图 1181 所示。 程序开始对底面划分四边形网格，划分完成后，弹出【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框，如图 1182 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1183 所示。 图 1181【Execution】（执行）工具栏

31、 图 1182 【Mesh The Part】（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 1184 所示。退出【Surface MESHING TOOLS】（曲面网格划分）工作台，进入【ADCANCED MESHING TOOLS】（高级网格划分工具）工作台。 图 1183 对底面划分的四边形网格 图 1184 【Exit】（退出）工具栏 （8）拉伸生成六面体网格 点击【Mesh Transformation】（网格变换）工具栏内的【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）按钮，如图 1185 所示。点

32、击后弹出【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）对话框，如图所示。1186 在图形区选择上一步划分的四边形网格，点击选择第二条线段作为拉伸六面体网格的轴，在【Start】（开始）数值栏内输入 0mm，在【End】（结束）数值栏内输入 50mm，在【Distribution】（分布）选项区内，在【Type】（类型）下拉列表框内选择【Uniform】（均匀）选项，在【Layers number】（层数）数值栏内输入 23。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，完成拉伸六面体网格的设置。 在左边的模型树上右击【Extrusion Mesh With Tra

33、nslation.1】元素，如图 1187 所示。在弹出的右键快捷菜单中选择【Update Mesh】（更新网格）选项，如图 1188 所示。程序开始更新六面体网格，拉伸创建的六面体网格如图 1189 所示。 图 11-85 【Mesh Transformation】（网格变换）工具栏 图 11-86 【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）对话框 图 11-87 右击的【Extrusion Mesh With Translation.1】元素 图 11-88 选择【Update Mesh】（更新网格）选项 （9）使平面网格处于非激活状态 在左边的模型

34、树上右击【Advanced Surface Mesh.1】元素，如图 1190 所示。在弹出的右键快捷菜单中选择【Active/Deactive】 （激活/非激活）选项，如图 1191 所示。执行本操作后，平面网格处于非激活状态。换句话说，就是在有限元计算分析过程中，并不计算平面网格。如果用户没有执行本步骤的操作，在后面的有限元计算中，会提示，有些单元未赋单元属性，计算无法进行。 图 1189 拉伸创建的六面体网格 图 1190 右击的【Advanced Surface Mesh.1】元素 图 1191 选择的【Active/Deactive】（激活/非激活）选项 （10）进入【Generat

35、ive Structural Analysis】（创成式结构分析）工作台 单击【开始（S）】【分析与模拟】【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项，如图1192 所示，进入【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）工作台。 图 1192 【开始（S）】【分析与模拟】【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项 （11）对六面体网格指定 3D 属性 点击【Model Manager】（模型管理器）工具栏内的【3D Property】（3D 属性）按钮，如图 1193 所

36、示。弹出【3D Property】（3D 属性）对话框，如图 1194 所示。在图形区点击选择六面体网格，或者在左边的模型树上点击选择六面体网格的名称。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，将六面体网格指定 3D 属性。 图 1193【Model Manager】（模型管理器）工具栏 图 1194 【3D Property】（3D 属性）对话框 （12）创建曲面组 对于拉伸或者其它变换创建的六面体网格， 由于不象通过对实体直接划分网格一样， 实体直接划分四面体网格时，实体的面和四面体的外轮廓等都有一一对应关系，而六面体是通过对平面网格进行操作才完成的，没有一一对应的几何形状，为了方便施加载荷

37、和边界条件，需要定义面组，使六面体网格与几何图形之间保持对应关系。 为了方便选择曲面，可以将六面体网格隐藏起来，并把在【线框和曲面设计】工作台内创建的曲面都显示出来，具体操作方法是使用【显示/隐藏】按钮，在此处不再进行详细介绍。隐藏六面体网格之后的几何图形显示如图 1195 所示。 点击【Groups】（组）工具栏内的【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）按钮，如图 1196 所示。 图 1195 隐藏六面体网格之后的几何图形显示 图 1196 【Groups】（组）工具栏 点击后弹出 【Surface Group】（曲面组） 对话框， 如图

38、1197 所示。 在图形区选择几何图形的底面， 在 【Tolerance】（公差）数值栏内输入 0.1mm，点击对话框内的【确定】按钮，完成面组设置。 用同样的方法定义定义圆筒内外两个圆弧面的面组。 （13）创建固支边界条件 点击【Restraints】（约束）工具栏内的【Clamp】（固支）按钮，如图 1198 所示。弹出【Clamp】（固支）对话框，如图 11-99 所示。在左边的模型树上选择第一个面组【Surface Group by Neighborhood.1】，如图 11100所示。点击对话框内的【确定】按钮，对第一个面组施加了固支约束。 图 1197 【Surface Group

39、】（曲面组）对话框 图 1198 【Restraints】（约束）工具栏 图 1199 【Clamp】（固支）对话框 图 11100 选择的第一个面组【Surface Group by Neighborhood.1】 （14）对内表面的面组施加扭矩 点击【Loads】（载荷）工具栏内的【Moment】（扭矩）按钮。弹出【Moment】（扭矩）对话框，如图 11101 所示。 在 【Moment Vector】 （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。在左边的模型树上点击选择第二个面组【Surface Group by Neig

40、hborhood.1】，如图 11102 所示，即设置内表面的所对应的面组上的扭矩为 100Nxm。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。 图 11101 【Moment】（扭矩）对话框 图 11102 选择的第二个面组【Surface Group by Neighborhood.1】 同样的方法定义外表面所对应的第三个面组上的扭矩，注意第三个面组上扭矩值为负。 （15）计算模型 点击【Compute】（计算）工具栏内的【Compute】（计算）按钮。弹出【Compute】（计算）对话框。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

41、会弹出两个对话框， 一个是 【Computing】（正在计算）进程显示框，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。 （16）显示模型计算结果 在左边的模型树中鼠标右击 【Static Case Solution.1】 ， 如图11103所示。 在出现的菜单中选择 【Generate Image】（生成图像）选项，如图 11-104 所示。选择后弹出【Image Generation】（图像生成）对话框，如图 11105 所示。在对话框内选择【Stress full tensor component】（应力张量的分量）选项，选择后，出

42、现应力张量图像，如图 11106 所示。 图 11103 右击【Static Case Solution.1】 图 11104 【Generate Image】（生成图像）选项 图 11105 【Image Generation】（图像生成）对话框 图 11106 应力张量图像 读者朋友可以自己对内孔表面进行网格细化处理。 11.2 11.2 例题例题 2 2 承受内压的法兰承受内压的法兰 11.211.2- -1 1 划分四面体网格的计算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，进入【零部件设计】工作台。 （2）

43、绘制圆草图 点击【轮廓】工具栏内的【圆】按钮，如图 11-107 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。 下面标注圆的尺寸。点击【约束】工具栏内的【约束】按钮。点击选择圆，就标注出圆的直径尺寸。双击一个尺寸线，弹出【约束定义】对话框。在【直径】数值栏内输入 160mm，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 160mm。修改尺寸后的圆如图 11-108 所示。 图 11107 【轮廓】工具栏 图 11108 圆的直径尺寸修改为 160mm （3）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。退出【草图绘制器】工作

44、台，进入【零部件设计】工作台。 （4）拉伸创建圆柱体 点击【基于草图的特征】工具栏内的【凸台】按钮。弹出【凸台定义】对话框，如图 11-109 所示。在【第一限制】选项组内的【长度】数值栏内输入 20mm，点击对话框内的【确定】按钮，生成一个圆筒体。在左边的模型树上出现【填充器.1】元素。 （5）创建第二个圆草图 在图形区点击选中圆筒体的上底面，如图 11110 所示。单击【草图编辑器】工具栏内的【草图】按钮，进入【草图绘制器】工作台。 图 11109 【凸台定义】对话框 图 11110 选中圆筒体的上底面 点击【轮廓】工具栏内的【圆】按钮。在原点点击一点，作为圆草图的圆心位置，然后移动鼠标，

45、绘制一个圆。用和第二步同样的方法，标注并调整圆草图的直径为 80mm，如图 11111 所示。 点击【工作台】工具栏内的【退出工作台】按钮。退出【草图绘制器】工作台，进入【零部件设计】工作台。 （6）拉伸创建第二个圆柱体 点击【基于草图的特征】工具栏内的【凸台】按钮。弹出【凸台定义】对话框，如图 11-112 所示。在【第一限制】选项组内的【长度】数值栏内输入 150mm，点击对话框内的【确定】按钮，生成第二个圆柱体。在左边的模型树上出现【填充器.2】元素。 图 11111 绘制的第二个圆草图 图 11112 【凸台定义】对话框 （7）对实体开通孔 在图形区点击选中第二个圆柱体的上表面，点击【

46、基于草图的特征】工具栏内的【孔】按钮，弹出【孔定义】对话框，如图 11113 所示。在类型下拉列表框内选择【直到下一个】选项，在【直径】数值栏内输入 50mm，点击对话框内的【确定】按钮，对圆柱体开通孔，如图 11114 所示。 图 11113 【孔定义】对话框 图 11114 对圆柱体开的通孔 （8）对第一个圆柱体开螺栓孔 在图形区点击选中第一个圆柱体的上表面， 如图 11115 所示。 点击 【基于草图的特征】 工具栏内的 【孔】 按钮，弹出【孔定义】对话框，如图 11116 所示。在类型下拉列表框内选择【直到下一个】选项，在【直径】数值栏内输入 12mm，点击对话框内的【确定】按钮，对圆

47、柱体开通孔。 图 11115 选中第一个圆柱体的上表面 图 11116 【孔定义】对话框 （9）调整螺栓孔中心线的位置 在左边的模型树上展开第二个开孔的草图【草图.4】，双击【草图.4】，如图 11117 所示。双击后进入【草图编辑器】工作台。 点击【约束】工具栏内的【约束】按钮，标注并调整螺栓孔中心位置与 H 轴和 V 轴的距离，与 V 轴的距离为 60mm，与 H 轴的距离为 0，如图 11118 所示。点击【工作台】工具栏内的【退出工作台】按钮。退出【草图绘制器】工作台，进入【零部件设计】工作台。 图 11117 双击的【草图.4】 图 11118 标注并调整螺栓孔中心位置与 H 轴和

48、V 轴的距离 （10）圆周排列螺栓孔 在图形区点击选中螺栓孔，然后点击【变换特征】工具栏内的【圆弧阵列】按钮，弹出【圆周图样定义】对话框，如图 11119 所示。在【参数】下拉列表框内选择【完整径向】选项，在【实例】数值栏内输入 6，在图形区点击选择一个圆弧面作为圆弧排列的参考面。全部设置完成后，点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。在第一个圆柱上圆周排列 6 个螺栓孔，如图 11120 所示。 图 11119 圆周图样定义】对话框 图 11120 在第一个圆柱上圆周排列 6 个螺栓孔 （11）对零件实体倒圆角 点击【修饰特征】工具栏内的【倒圆角】按钮，点击后弹出【倒圆角定义】对话框，如图

49、11121 所示。在【半径】数值栏内输入 5mm，在【拓展】下拉列表框内选择【相切】。在图形区点击选择两个圆柱体的交线，如图 11122 所示。选择后，点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。 图 11121 【倒圆角定义】对话框 图 11122 选择两个圆柱体的交线 （12）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】。点击【应用材料】工具栏内的【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内的【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。点击对话框内的【确定】按钮，将钢材料赋予

50、零件。 保存零件。 （13）进入【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）工作台 点击菜单中的【开始】【分析与模拟】【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项，如图 11-123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。点击后，在对话框内选择【Static Analysis】（静态分析算题），然后点击【确定】按钮。 图 11123 【开始】【分析与模拟】【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项 点击【Meshing Method】(网

51、格划分方法)工具栏内的【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分）按钮，如图 11124 所示。需要在【Meshing Method】(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【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分）按钮。 在图形区左键点击选择三维实体模型。选择实体后弹出【OCTREE Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分器）对话框，如图 11-125 所示。点击【Global】（全局）选项卡，在【Size】（尺寸）栏内输入 10mm 作为网格的尺寸；点击选中

52、【Absolute sag】（绝对垂度）选项，在该数值栏内输入 1mm；在【Element type】（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 11124 【Meshing Method】(网格划分方法)工具栏 图 11125 【OCTREE Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分器）对话框 点击【Local】（局部）选项卡，在【Available specs】（可用的特定参数）区内，点击选择【Local size】（局部尺寸）选项，如图 11126 所示。然后点击【Add】（添加）按钮，弹出【L

53、ocal Mesh Size】（局部网格尺寸）对话框，如图 111276 所示。在【Value】（数值）栏内输入 2mm，在图形区选择实体的倒圆角面，然后点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，返回到【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框。 图 11126 选择【Local size】（局部尺寸）选项 图 11127 【Local Mesh Size】（局部网格尺寸）对话框 在【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框内，在【Available specs】（可用的特定参数）区内，点击选择【Local sag】（局部垂度）选项，如图 11128 所示。然后点击【

54、Add】（添加）按钮，弹出【Local Mesh Sag】（局部网格垂度）对话框，如图 11129 所示。在【Value】（数值）栏内输入 0.1mm，在图形区选择实体的倒圆角面，如图 11130 所示。然后点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，返回到【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框。 图 11128 选择【Local sag】（局部垂度）选项 图 11129 【Local Mesh Sag】（局部网格垂度）对话框 在左边的模型树上右击【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素，如图 11-131 所示。在弹出的右键快捷菜单中选择【Update M

55、esh】（更新网格）选项，如图 11-132 所示。程序开始划分网格。 图 11130 选择实体的倒圆角面 图 11131 右击【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素 （14）隐藏零件实体 在左边的模型树上点击选中【Links Manager.1】元素，如图 11133 所示。点击【视图（v）】工具栏内的【隐藏/显示】按钮，如图 11134 所示。将零件实体隐藏起来。 图 11132 选择【Update Mesh】（更新网格）选项 图 11133 选中【Links Manager.1】元素 图 11134 【视图（v）】工具栏 （15）进入【Generative Str

56、uctural Analysis】（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】【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项，如图 11-135 所示，进入【创成式结构分析】工作台。 图 11135 【开始（S）】 【分析与模拟】【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项 （16）指定 3D 属性 点击【Model Manager】（模型管理器）工具栏内的【3D Property】（三维属性）按钮，如图 11136 所示。点击后弹出【3D Property】 （三维属性）对话框，如图

57、11-137 所示。在左边的模型树上点击选择【OCTREE Tetrahedron Mesher.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 11136 【Model Manager】（模型管理器）工具栏 图 11137 【3D Property】（三维属性）对话框 （17）设置固支边界条件 点击【Restraints】（约束）工具栏内的【Clamp】（固支）按钮。在图形区选择零件实体的一个底面，如图11138 所示。弹出【Clamp】（固支）对话框，如图 11-139 所示。点击对话框内的【确定】按钮，对零件实体的底面增加固支约束。 图 11138

58、 选择零件实体的一个底面 图 11139 【Clamp】（固支）对话框 （18）施加内压载荷 点击【Loads】（载荷）工具栏内的【Pressure】（压强）按钮，如图 11140 所示。在图形区选择零件实体的内表面，如图 11141 所示。弹出【Pressure】（压强）对话框，如图 11-142 所示。在【Pressure】（压强）数值栏内输入载荷值 5e6N_m2，即施加的压强值为 5MPa。点击对话框内的【确定】按钮，对零件的内表面施加压强载荷。 图 11140 【Loads】（载荷）工具栏 图 11141 选择零件实体的内表面 （19）计算模型 点击【Compute】（计算）工具栏内

59、的【Compute】（计算）按钮，如图 11143 所示。弹出【Compute】（计算）对话框，如图 11-144。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，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 图 11-142【Pressure】(压强)对话框 图 11-143 【Compute】(计算)工具栏 图 11-144 【Compute】(计算)对话框 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【Comp

60、utation Resource Estimation】（计算资源估计）对话框，如图 11145 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。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。 （20）显示模型计算结果 在【Image】（图像）工具栏内点击【Von Mises Stress】（范米赛斯应力）按钮，如图 11146 所示。点击后，出现范米赛斯应力图像，如图 11147 所示，最大应力值为 14.9MPa。