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1、. . . .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11.11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
2、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
3、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【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
4、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】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
5、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,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 Mes
6、hing 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 Analysis】(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 Tetrahed
7、ron 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1123 【Meshing Method】(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【Siz
8、e】(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 【OCTREE 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
9、划分网格,划分后的四面体网格如图11-28所示。 图1126 右击【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素图1127 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1128 划分后的四面体网格图1129 点击【开始(S)】 【分析与模拟】【Generative Structural Analys
10、is】(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1130 【Model Manager】(模型管理器)工具栏图1131 【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
11、】(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1132 【Restraints】(约束)工具栏图1133 图1134 【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
12、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 【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
13、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1141 【Computing】(正在计算)进程显示框图1142 【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,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【Pr