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1、目录1绪论 21.1 CATIA软件介绍 21.2ANSYS软件介绍31.3主要内容及目的62车架的建模72.1纵梁的建模 72.2横梁的建模 82.3支承座建模 103车架的装配124车架有限元分析 134.1 导入 ANSYS 134.2设置单元属性 134.3设置材料属性 144.4布尔运算 154.5网格划分 164.6定义约束174.7施加载荷174.8求解分析18结束语 23参考文献 241绪论1.1 CATIA软件介绍CATIA 的全称为 Computer Aided Three Dimensional Interaction Application System (计算机辅助三
2、维/二维交互式应用系统)，是由法国达索系统公司(Dassault Systemes, DS)开发的集成了 CAD、CAM和CAE的大型软件，凭借其突出的技术优势在 制造业的各个领域得到了广泛的应用，成为全球制造业的主流设计软件。利用CATIA中 的机械设计中零部件设计模块进行三维建模，所画图形一目了然；用线框与线条模块进 行曲面设计；所做图形清晰流畅。CATIA已经成了汽车工业CAD/CAM的事实标准，欧洲、北美和亚洲的顶尖汽车制造商 纷纷采用其作为核心系统。在航空工业领域，空中客车公司、Pratt&Whimey、EADS、洛 克西德马丁、美国联合航空公司、达索航空等都选用CATIA进行新产品
3、设计。著名的丰 田汽车公司、VOLVO卡车、TODA赛车等都从其他系统转到CATIA进行新产品的设计。电子 家电行业的索尼、三洋、松下、先锋、伊莱克斯、香港亚伦，船舶行业的IHl、NKK、烟 台莱福士造船厂，机车行业的阿尔斯通、邦巴迪、西门子，消费品行业的可口可乐、Evian、 Swatch，轮胎行业的固特异、米其林以及机械各行业等，CATIA的客户遍及世界各地。国内的哈尔滨、沈阳、西安、成都、景德镇、上海、贵阳等航空飞机设计制造厂也 都无一例外地都选用CATIA作为其核心设计和加工软件。包括一汽大众、东风集团、沈 阳金杯、上海大众、南汽集团、北京吉普、武汉神龙、西安长安、哈飞松花江等在内的
4、许多汽车公司都选用CATIA开发其最新车型。随着中国制造业的发展，特别是汽车工业 的发展，越来越多的国际厂商把生产和开发工作引入中国，CATIA正在不断普及。1.2 ANSY S软件介绍ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软 件。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提 供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算 模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分 析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质 的相互作用。1.2.1
5、实体建模ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建 模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、棱柱，称为基元，程序则自动定义相 关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以 及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用 布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出” 一个实体模型。ANSYS程序提供了完整的布尔 运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、 体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、 旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功
6、能。附加的功能还包括圆弧构造、切线构 造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划 分的硬点的建立、移动、拷贝和 删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图 元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体1.2.2网格划分ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种 网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个 二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部 分，然后 选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能
7、是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进 行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应划分是在生成了具有边界条件的实体模 型以后，用户 指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重 新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差 低于用户定义的值 或达到用户定义的求解次数。软件提供了 100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软 件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI， HP，SUN，DEC，IBM，CRAY 等。1.2.3结构分析1. 结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和
8、力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的 影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进 行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。2. 结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不 同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的 结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应 分析。3. 结构非线性分析结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静 态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种
9、。4. 动力学分析ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使 用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和 变形。5. 热分析程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进 行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热一结构耦合分析能力。6. 电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力 线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换 器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装
10、置等的设计和分析领域。7. 流体动力学分析ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可 以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率 和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热一流管单元模拟结构 的流体绕流并包括对流换热效应。8. 声场分析程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固 体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强 度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。9. 压电分析用于分析二维或三维结构对AC （交流）、DC （直流）或任意随时间变化的电流
11、或 机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它 电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、谐波响 应分析、瞬态响应分析1.2.4施加载荷在ANSYS中，载荷包括边界条件和外部或内部作用力函数，在不同的分析领域中有 不同的表征，但基本上可以分为6大类：自由度约束、力（集中载荷）、面载荷、体载 荷、惯性载荷以及耦合场载荷。1、自由度约束（DOF Constraints）:将给定的自由度用已知量表示。例如在结构分 析中约束是指位移和对称边界条件，而在热力学分析中则指的是温度和热通量平行的边 界条件。2、力（集中载荷）（Force）:是指施
12、加于模型节点上的集中载荷或者施加于实体模型边界上的载荷。例如结构分析中的力和力矩，热力分析中的热流速度，磁场分析中的 电流段。3、面载荷(Surface Load):是指施加于某个面上的分布载荷。例如结构分析中的 压力，热力学分析中的对流和热通量。4、体载荷(Body Load):是指体积或场载荷。例如需要考虑的重力，热力分析中 的热生成速度。5、惯性载荷(Inertia Loads):是指由物体的惯性而引起的载荷。例如重力加速度、 角速度、角加速度引起的惯性力。6、耦合场载荷(Coupled-field Loads):是一种特殊的载荷，是考虑到一种分析的结 果，并将该结果作为另外一个分析的载
13、荷。例如将磁场分析中计算得到的磁力作为结构 分析中的力载荷。1.3主要内容及目的本次课程设计主要内容是在CATIA软件的基础上，利用零件设计模块对某轿车车架 进行建模，然后利用软件的装配模块把车架的所有组成零件安装一定的位置关系进行装 配，最后利用软件的装配图模块完成车架的装配图。完成以上内容需要对CATIA软件有 较熟练的掌握。本次课程设计的主要目的：通过完成以上的内容，可以加深对CATIA软件零件设 计模块、装配模块、工程图模块的理解，对软件的操作更加熟练，最终达到熟练掌握这 门，并且对ANSYS软件网格划分及结果分析进行了解掌握。图2.11,梁截面草图2车架的建模2.1纵梁的建模本模型中
14、纵梁采用回字形断面，宽为60mm,高为160mm，厚度为10mm。打开CATIA软件，机械设计，零部件设计模块，选择xy平面，点击草图编辑图标 ， 进入草图编辑器，选择岛，画出梁的截面轮廓，如图2.11所示退出工作台，点击yz平面，点击，选择用，画出一条折线，拐点处倒角，角度为350， 退出工作台，点击肋图标，以回字型为轮廓，折线为轨迹方向作肋，各尺寸如图2.12 所示图2.12纵梁平移工作平面470mm，关于此工作平面镜像。保存，命名为“ZONGLIANG”。2.2横梁的建模重新打开CATIA，机械设计，零部件设计模块，点击xy平面，选择草图编辑，点击 帖，在草图中画中截面轮廓，如图2.21
15、，宽为60mm，高160mm，厚度10mm。图2.21横梁截面退出工作台，点击凸台，凸台高度设置为540mm，平移工作平面270mm，然后以此平面做为对称平面进行镜像，如图2. 22所示图2.22前横梁零件图保存，命名为“ QIANHENGLIANG”打开CATIA，机械设计，零部件设计模块，重复以上操作，作出截面轮廓图，退出工作 台，点击凸台，高度设置940mm。平移工作平面375mm，以此工作平面为对称平面， 进行镜像，如图2.15所示图2.23后横梁零件图保存，命名为 “HOUHENGLIANG”。2.3支承座建模打开CATIA，机械设计，零部件设计模块，选择xy平面，点击草图编辑国，点击岛， 画出草图轮廓，退出工作台1，点击凸台，长度为160mm。如图2.31所示图2.31支承座凸台在此几何体上作孔，孔深100mm,直径100mm。如图3.12所示，图2.32支承座作孔.,方、,心点击“确定”退出工作台，保存，命名为“YUESHU”重复以上操作，在建立三个支承座模型，以此命名为YUESHU22,YUESHU33,YUESHU44。3车架的装配打开CATIA，机械设计，装配图设计，点击曰之后点击装配图特征树名称，在弹出 的对话框中选“ZONGLIANG”，将纵梁的零件图导
