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1、 1第四節 組立之應力分析 操作程序： 一、 載入檔案與變更單位 二、 指定材質 三、 進入應力分析模組 四、 定義零件連結 五、 夾持與負載 六、 分析與結果 七、 網格重新設定 八、 分析與結果 2一、 載入檔案與變更單位 1. 開啟檔案 首先在下拉式功能表中選擇 FileOpen 指令，系統即顯示如下圖右之對話框， 選取組立檔 7-4 Fan 並按下開啟檔案按鈕將之開啟。 2. 載入之活塞模型 完成開啟舊檔之指令之後，系統顯示模型檔於繪圖視窗。組立檔 7-4Fan 為一風 扇如下圖所示，該圖檔以 mm 為單位繪製而成。 3. 變更單位 由於系統預設之材料資料庫皆是 SI 標準單位，現在將
2、零件之單位改為與資料庫 一致。Catia 之預設資料庫以標準單位存入，可避免因單位系統之人為疏忽所造 成之分析錯誤，也可避免加速度與力之換算時單位轉換。在下拉式功能表中選擇Tools 功能表，系統即顯示彈出式功能表如下圖左。選擇 Option 特性選項後即進 入其對話框，選擇 Units 單位設定如下圖右，其中顯示系統預設之單位有長度及3慣性矩兩項使用 mm 為單位。 4. 完成 SI 單位之設定 將長度及慣性矩兩項改為使用 m 為單位，符合 SI 標準單位之要求。完成設定之 後系統之各物理量單位如下圖所示。 二、 指定材質 1. 選取零件並指定材質 在靜力分析中必須指定材料之剛性及其他機械性
3、質，以便在執行分析時系統據以建立剛性矩陣。在下圖左之模型樹中以滑鼠左鍵點選各零件，並按 （指定材料）圖示，切換至 Metal 金屬材料之頁並選擇 Aluminium 鋁材，如下圖右所示。 4下圖為各零件完成材料給定後，組合件之彩現圖形。 三、 進入應力分析模組 1. 模型樹中選取零件 完成 SI 單位之及材料性質之設定後，即可進入分析模組。在模型樹中以滑鼠左 鍵點選組立檔，並在下拉式功能表中選擇 StartStress Analysis 應力分析模組， 系統即顯示靜力分析之工具圖示，表示已經進入應力分析模組，如下圖所示。 52. 另存新檔 在進行邊界條件與負載設定之前，可先將組立之分析模組儲存
4、為應力分析檔。在 下拉式功能表中選擇 FileSave As 另存新檔，並鍵入檔案名稱 7-4 Fan stress Analysis1 如下圖所示。 四、定義零件連結 1 設定限制條件 在進行組立分析之前，首先必須將組立件定義成為一個主自由度為 0 的物件，否則將無法進行分析，按下 （零件連結）圖示，出現如下圖左之對話框。 接下來選擇模型樹組立條件中的兩個面接觸限制條件，如下圖左所示，將其設定6為 Rigid Connection 剛性連結，完成後，組立件會多出 Connection 的圖示，如下 圖右所示。 剛性連結五、夾持與負載 1. 設定夾持 本範例假設風扇之底部夾持固定，並在其上緣施
5、加一壓力。首先以滑鼠左鍵點選底部之面，如下圖左所示。接著按下 （夾持）圖示，系統即顯示如下圖中之對話框，提供位移值之設定。按下 OK 接受系統之預設值將底部夾持固定。完成 夾持設定之後系統顯示邊界條件之圖元於指定之底部上，如下圖右所示。 2. 設定負載 首先以滑鼠左鍵點選風扇頂面，接著按下 （壓力）圖示，系統即顯示如下圖中之對話框，提供壓力值之設定。按下 OK 接受系統預設值之 1e+8N/m2。完成夾 持與負載設定之後，系統顯示相應圖示於指定之圖元上，如下圖右所示。 7五、 分析與結果 1. 進行分析 完成單位、材質、夾持與負載之設定後即可進行分析。分析的過程包含電腦大量的數值運算，但對於使
6、用者而言只需按下 （執行分析）圖示即可。點選進行分析之圖示後，模型樹便出現 Mesh Specification 的特徵，以及顯示如下圖中之 對話框，提供分析之選項設定。按下 More 其他選項按鈕即可顯示細部設定之選 項。按下 OK 接受預設值即完成設定。 2. 分析完成並顯示應力分布圖 系統完成分析之後首先顯示 （總和應力）總和應力之分布圖，畫面中並以顏色顯示各位置之應力值。繪圖視窗中並顯示圖例表，指示各顏色所代表之應力 值。應力分布值之對話框並顯示材料名稱及其降伏強度，以及變形顯示放大倍率 之拉桿。 83. 最小放大倍率顯示 在顯示總和應力的同時，模型也可以變形之形態顯示。下圖中對話框之
7、拉桿可調 整模型變形量顯示時之放大倍率。將拉桿調整到最小，顯示未變形之模型如下圖 右所示。 將拉桿調整至最小倍率4. 最大放大倍率顯示 若將位移植調整至最大值，則可以放大總和位移之模型顯示總和應力分布圖。執 行時將拉桿調整至最右側，如下圖所示。 9將拉桿調整至最大倍率5.總位移向量顯示 接著顯示位移分布圖。按下 （位移）圖示，系統即顯示如下圖中之對話框，其中第一欄可切換位移之項目，顯示之現行位移值為總位移。 6. 總位移圖示 位移對話框之第二欄可切換 Display Arrow 箭頭顯示與等值色彩顯示。按下該欄 位將總和位移分布圖改以等值色彩顯示，如下圖右所示。 8. 剪變形位移向量顯示 第一
8、欄中將位移項目切換為 XY 剪變形位移，第二欄僅有 Display Arrow 箭頭顯10示。所顯示之 XY 剪變形位移向量圖示如下圖右。 9. 應變能及精度顯示 接著顯示應變能分布圖。按下 （應變能與精度）圖示，系統即顯示如下圖中之對話框，其中第一欄顯示估計值之精度，第二欄則顯示應變能，並以等值色彩模 型顯示於繪圖視窗，如下圖右所示。 10. 主軸應力顯示 接著顯示主軸應力分布圖。按下 （位移）圖示，系統即顯示如下圖中之對話框，其中第一欄可切換主軸應力之項目，其預設值為 All absolute 總和應力值。 主軸應力之總和應力值僅有 Display Arrow 箭頭顯示。 1111. 主軸
9、剪應力顯示 將主軸應力對話框之第一欄切換為 Principal Shearing 主軸剪應力，主軸剪應力值 僅有等值色彩模型顯示，如下圖右所示。 12. 最大主軸應力 將主軸應力對話框之第一欄切換為 Maximum absolute 最大主軸應力，如下圖中所示。對話框之第二欄可切換 Display Arrow 箭頭顯示與等值色彩顯示。 六、 網格重新設定 121. 網格細分 細分網格可執行收斂性分析，獲得更精確之數據資料。執行時以滑鼠左鍵點選模 型中心之三角錐，系統即顯示網格尺寸設定之對話框。系統預設之網格尺寸為10.256mm，將其數值改為 3mm 如下圖所示。 點選此網格尺寸並雙按滑鼠左鍵
10、 2次七、 分析與結果 1. 重新進行分析 完成網格細分之後必須重新進行分析。按下 （執行更新）圖示進行分析後，系統即顯示如下圖左之對話框，提供分析之選項設定。按下 OK 接受預設值即完成設定。系統完成分析之後首先顯示 （總和應力）總和應力之分布圖，畫面中並以顏色顯示各位置之應力值。繪圖視窗中同時顯示圖例表，指示各顏色所代 表之應力值。對話框並顯示材料名稱及其降伏強度，以及變形顯示放大倍率之拉 桿。 132. 網格細分前後應變能之比較 接著顯示應變能分布圖。按下 （應變能與精度）圖示，系統即顯示如下圖之對話框，其中第一欄顯示估計值之精度，第二欄則顯示應變能，並以等值色彩模型 顯示於繪圖視窗，如下圖左所示。網格細分前後應變能之比較顯示，細分後全域 之應變能精確度升高，估計誤差值由 29.1減小至到 25.3。 3. 儲存檔案 完成組立件之靜力分析之後將檔案儲存起來，所儲存之檔案副檔名為 CATanalysis。當重新分析檔開啟時，若所關連之零件檔案名稱變更，則必須在下 拉式功能表中選擇 EditLinks 指令，重新連結檔案。 下圖為零件分析完成之圖示 14
