catia有限元分析计算实例.docx

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1、CATIA有限元分析计算实例 1L1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。二，皿/ 2帆片”K1 皿!r就加 蛇触WIT书5 3I3h忸图以厶RXH季嶼计与HN工量伸EKVU n ”)103电！X 53H.3防1”“Z ihvntf wikCAJKSkKiSVlGUUr：. UTPurt1 sbentf MkCUKSlcUSVlCaUI!. CATFas t1 FHTnKWIOUCSkMWW 皿CAIPWi FASCTnCUKSJeh4

2、SinCUJdll.CAtPutcP科1楼Xy FuacumU To3cv:anKt，*10r k，lei al Xwl(n$* let al ftoAtrtswk的Cg*nt” $n(n0 2Gtmi T)raronult Srxt ee9catiablTinte)_avtartu9 伍平自来IBaterial*Siplified_ChuiereCa (itiwtal&v Stcvclutal Analysis站霞2隹鸟E耳蛇却1%被钊日b miawO 迎i 丘浮耀信息*厶帆工科学设E分析卩 1 P.rtl即U V6 VF1设计1 S*91eOJ.CATAiulysis2 xhfndtQ(即

3、SICzSVICaUR.CATPartJ xhcnc，9QACAJI；SIchaSUIC(Wn . C ATP art1 FA；YUKDUICAiKS ZchuSUICUAN2. CATPart四屮叫加DUG S f皿yi联1cAMszchuSUMUANi.cjnnN图1121【开始】f【分析与模拟】f 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 造,如图11 23所示。需要在Meshing Method（网格划分方法）工具栏

4、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）按钮金:。图11-22新分析算题对话框图 11-23Meshing 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11 24所示。选择实体后 弹岀OCTREE Tetrahedron Mesher （Octree四面体网格划分器）对话框,如 图!1-25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 sagj （绝对垂度）选项,在该数值栏内输入 0. 5mm;在【Elem

5、ent 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。OCTREE Tetrahedron Mesh甲1冈图11-24选择圆筒三维实体模型图 11-25 【OCTREE Tetrahedron MesherJ （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 MeshJ （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。用千用中工MFini

6、te Eleaent Model. 1les and Elenents西西一豺 Properties. 1-Astatic Case図型则， 住15江开干科乂 BUCtrM.1Cr”VQCTKEI Tir4ccn ，： FwU V Jklh Act tra5 e/Drt ivte理屈山g Ele肛）匹）毋jgOOdcQ值CCM9图 !126 右击OCTREE Tetrahedron Mesher. 1元素图11-27 选择【date MeshJ （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

7、模拟】f Generative Structural Analysis（创成式结构分析）选项,如图1卜29所示,进入【创成式结构分析】 工作台。64ftrttw 5trvnrl MulyvtfEOEEI 点r!MQIelaan: Analyrxs f Iwfonublv Aftvahly Ictkuif TmIt.5 :煤博图1128划分后的四面体网格图1129 点击【开始（S）】【分析与模拟】Generative Structural 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）按钮市,如

8、图11 30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。3D Property!图 11-30Model Manager（模型管理器）工具栏图 11-313D 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）按钮能,如图 11-32所示。在图形区选择圆筒体的个底面,如图!1-33所示。弹出【Clamp】 （固支）对话框,如图1

9、1 -34所示。点击对话框内的【确定】按钮,对圆筒体的 个底面増加了固支约束。图 11-32Restraints（约束）工具栏图 11-33图11一34Clamp（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!1 36所示。在Moment Vector （扭矩分量）选项区内的Z数值栏内输入lOONxm,即设置扭矩z方向的分量 为lOONxm。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!00Nxmo点击对话框内的确定】按钮,关闭对话框。V 瓦也豊的。,卷cf

10、ioDDQ）Qo（i）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lOONxm。设置完成后,显示的模型如图11 38所示。图 11-37图!1-38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）按钮馭,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,个是【Computing（正在计算）进程显示框,如

11、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11-42所示。图11-39【Compute】（计算）工具栏图1140【Compute】（计算）对话框Jot，】 cc*pttHix tine 0:00:0, Operation Nz Elapsed Tine I lethinc exec. 0:00:02 Stnxctvro co. 0:00:02图1141 【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,会弹出个Comp

12、utation Resource Estimation（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【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

13、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 Computation Resource Estimation】（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Static Case Solution. 1,如图11 44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11 -46所示。在 对话框内选择

14、【Stress full tensor component（应张量的分量）选项,选 择后,出现应张量图像,如图11 47所示。好 MaMMSmfiaMttM 13KIla 乂岫當Alt*tntQrCtrUX CtrX Ctrl”mm.e-A Static Case1Restraints. 1器 Loads. 1-istatic Case Solution. 1虺岫。1用rfMRSt at ic C&se Solution. IStatic Cate Slutn. I菽!丄!mK ftvportSalution External Storace Cleoirvp“Mr匹KJOUDcfl 即 D

15、&Q ot分 Sfeov/Kid* Coa9uttd Dtla图 !144 右击Static Case Solution. 1)图 11-45选择Generate Image（生成图像）选项|Strt full fntr ccaytgwnt (ruxUl . StrGenerationAvailable Im., aPom, BMt 3741Point aaPoxrrt bm tt3nqStrain full tenror cca9wtmt (nodilStrainStrain principal tenrorewanentk StrainStrain prirvopal tenrormb。】

16、StrainStrosw full trr9r ccaoonnt (91en*n Str串，St re” full ttnr9r textStrvssSttesj principal tenror component pl tenroc rybolSt”SuHtce rtrerx prwcspal tmior jyiib4L StreisI*a mm; |Miyjicxl typ屮.nOccuxrcMeii Peace ivat exist ia ibu*图 1146 Generate Image(生成图像)选项图11-47应张量图应张量图中,含有网格、边界条件,同时未显示为彩色,下面对图像进

17、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】按扭蝎,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】按扭 ,如图1149所示,显示材料。最终修改后显示的应张量图如图11 50所示。7Lm材料看査 回KKWDcfi向!阳3旦13图11-48 【视图（V）】工具栏内图11一49 【视图（v）】工具栏内点击【带材料着色】按扭Sttast ful

18、l tM”： eosoientI31.07*0068.43 餡853.82HO05l52POg-T.a6eftXCAtAnlrn1 dvmcfNiOJKSTchuSVKQ/q.CJLTPu，Q thentfgiaUKSIckjjVlG3.CATFtftQ 刎设计，6P里配代焼计喙 !nti&is2Kl Fwctiontl TlecvUK A Imottton白I材Z6 iltfld Teolux Cwsscit i幺rocti(n V, ZP Ljroi for 亦 Xncne Xff*1E 峰o“ A Ctviiy Defiffi ，K”皿 Arnvturt Eunct xm) l!d*d

19、Fart Sh(t Bial De”g， A*tjpc Sheet ltai Zn(n 出1b*1 - P,O4KUM|nf CgBSrt s Drtn|A(eMtativ* ShtttMtal Mn(n 6 F(jhctira图11-61【开始】f【机械设计】f【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【Parti 2】。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】按钮一,如图11 63所示。点击后弹出 【点定义】对话框,如图1164所示。

20、在【丫 =】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。新建零部件区!編入專Jb件名称part 1-2口信用混合设计电施几何G3球衆/,可到QQJ355rtnjcrssS创建有序的几冃阳防不要在启动时显示U明法框即!幅学吻题印图11-62【新建零部件】对话框图11-63【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/亠,弹出【直线定义】对话框,如 图11-65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

21、一条线段。图 11-64【点定义】对话框图 11-65【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。点击【线框】 工具栏内的【直线】按钮/一,弹岀【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11 67所示。此时,【直线定义】 对话框内【线型】下拉列表框自动更改为【点一方向】，如图11 68所示。在 【结束】数值栏内输入20mm,即线段的长度为20mm。AI20图11-66 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】按钮显，如图11-69所示。弹岀【旋

22、转 曲面定义对话框】,如图11-70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11-71所示。直爱定义国図城空 野画自?”.w叫底)血加E95間nswi图11-68【线型】下拉列表框自动更改为【点一方向】图11-69 【曲面】工具栏图11-70【旋转曲面定义对话框】图11-71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11 72所示。弹出【拉 伸曲面定义】对话框,如图11 73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

23、】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1然.1拉伸曲面定义蜘f图11-72 【曲面】工具栏内的【拉伸】按钮图11-73【拉伸曲面定义】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11-75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【Parti】点击【应用材料】工具栏 内的【应用材料】按钮。先弹出个【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11-74预览生成的拉伸曲面图11

24、 75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】f【分析与模拟】f ADCANCED MESHING TOOLS（高级网格 划分工具）选项,如图11 76所示,进入ADCANCED MESHING TOOLS（高级 网格划分工具）工作台。总!隼日冬小!尚娥诂2TIlrwcof tieforatbl Anesblyasc xr 虹区G町支 纨埼齡罕用 MXflMhir atSlroe/B，】 AA*lytta2 Pactl.CAJPaxt1 AnUr(i*lCATAnalyvu(IDdDCDcflCDO&Qoeffi5 S*p】

25、8.CAtMUy*1图11-76 开始f分析与模拟f 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 SurfaceMesher（高级曲面划分器）按钮.,如图II-77所示。点击后在图形区选中底面,如图11 78所示图11 77Advanced Surface Mesher（高级曲面划分器）按钮图11-78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11-79所示。点击【Mesh】（网格）选项卡,在【Mesh Type】（网

26、格类型）栏内点*击四边形网格按钿P ,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【Minimizetriangle（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 11-80所示。图11-79 Global Parameter（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）按钮里,如图1181所示。程序开始对底面划分四

27、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H-83所示。图 11-82Mesh The Part（对零件划分网格）对话框点击【Exi（退出）工具栏内的【Exit】（退出）按钮旦,如图11-84所示。退出Surface MESHING TOOLS（曲面网格划分）工作台,进入ADCANCEDMESHING TOOLS（高级网格划

28、分工具）工作台。图11-83对底面划分的四边形网格 图11-84 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 withTranslation（平动拉伸网格）按钮.,如图1185所示。点击后弹出ExtrudeMesher 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Typ

29、e（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 Translation. 1元素,如 图11 87所示。在弹出的右键快捷菜单中选择【UpdateMesh】（更新网格）选 项,如图88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11 89所示。| Extrude Mesher with Translation |Extrusion with Tr.南区!图 11 85Mesh Transform

30、ation（网格变换）工具栏图 11-86Extrude Mesher with Translation（平动拉伸网格）对话框图 11-87右击的Extrusion Mesh With Translation. 1兀素图1188 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树上右击【Advanced Surface Mesh. 1】元素,如图11 90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。跄inks Manager. 1Finite Element Model. 1,HSbNodes and Elements卜可Advanced Surface Mesh. I上酒Extrusion秒的Proper ties. 1图11-89拉伸创建的六面体网格图 !190