CATIA有限元分析计算实例完整版文档格式.docx
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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11－8
标注直径尺寸的圆草图
图11－9
【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11－10
修改直径尺寸后的圆
图11－11
【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11－12
【基于草图的特征】工具栏
图11－13
【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11－14
拉伸创建的一个圆筒体
图11－15
选中的零件名称【Part1】
图11－16
【应用材料】工具栏
图11－17
【打开】警告消息框
图11－18
【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11－19
材料名称【Steel】
图11－20
【属性】对话框
（7）进入【AdvancedMeshingTools】
（高级网格划分工具）工作台
点击菜单中的【开始】→【分析与模拟】→【AdvancedMeshingTools】
（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11－22所示。
点击后，在对话框内选择【StaticAnalysis】
（静态分析算题），然后点击【确定】按钮。
图11－21
【开始】→【分析与模拟】→【AdvancedMeshingTools】
（高级网格划分工具）选项
点击【MeshingMethod】
（网格划分方法）工具栏内的【OctreeTetrahedronMesher】
（Octree四面体网格划分）按钮
，如图11－23所示。
需要在【MeshingMethod】
（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【OctreeTetrahedronMesher】
。
图11－22
【新分析算题】对话框
图11－23
【MeshingMethod】
（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。
选择实体后弹出【OCTREETetrahedronMesher】
（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【Absolutesag】
（绝对垂度）选项，在该数值栏内输入0.5mm；
在【Elementtype】
（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11－24
选择圆筒三维实体模型
图11－25
【OCTREETetrahedronMesher】
（Octree四面体网格划分器）对话框
在左边的模型树上右击【OCTREETetrahedronMesher.1】元素，如图11-26所示。
在弹出的右键快捷菜单中选择【UpdateMesh】
（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【OCTREETetrahedronMesher.1】元素
图11－27
选择【UpdateMesh】
（更新网格）选项
（8）进入【GenerativeStructuralAnalysis】
（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】→【GenerativeStructuralAnalysis】
（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】→【GenerativeStructuralAnalysis】
（创成式结构分析）选项
（9）指定3D属性
点击【ModelManager】
（模型管理器）工具栏内的【3DProperty】
（三维属性）按钮
，如图11－30所示。
点击后弹出【3DProperty】
（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【OCTREETetrahedronMesher.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
【ModelManager】
（模型管理器）工具栏
图11－31
【3DProperty】
（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11－32所示。
在图形区选择圆筒体的一个底面，如图11－33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
【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11－35所示。
弹出【Moment】
（扭矩）对话框，如图11－36所示。
在【MomentVector】
（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11－37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－100Nxm。
设置完成后，显示的模型如图11－38所示。
图11－37
图11－38
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
，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，一个是【Computing】
（正在计算）进程显示框，如图11－41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11－40
（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【ComputationResourceEstimation】
（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【ComputationResourceEstimation】
（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11－43
【ComputationResourceEstimation】
（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【StaticCaseSolution.1】，如图11－44所示。
在出现的菜单中选择【GenerateImage】
（生成图像）选项，如图11-45。
选择后弹出【ImageGeneration】
（图像生成）对话框，如图11－46所示。
在对话框内选择【Stressfulltensorcomponent】
（应力张量的分量）选项，选择后，出现应力张量图像，如图11－47所示。
图11－44
右击【StaticCaseSolution.1】
图11－45
选择【GenerateImage】
（生成图像）选项
图11－46
【GenerateImage】
图11－47
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11－48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11－49所示，显示材料。
最终修改后显示的应力张量图如图11－50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11－50
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【AnalysisTools】
（分析工具）工具栏内的【CutPlaneAnalysis】
（剖切平面分析）按钮
，如图11－51所示。
弹出【CutPlaneAnalysis】
（剖切平面分析）对话框，如图11－52所示，不选中对话框内的【Showcuttingplane】
（显示剖切面）选项，在图形区不显示出剖切面。
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11－53所示。
图11－51
【AnalysisTools】
（分析工具）工具栏
图11－52
【CutPlaneAnalysis】
（剖切平面分析）对话框
图11－53
剖切的应力分布图
（13）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【OCTREETetrahedronMesher.1】元素，如图11-54所示。
双击后弹出【OCTREETetrahedronMesh】对话框，如图11－55所示。
点击【Local】
（局部）选项卡，在【Availablespecs】
（可用的特定参数）区内，点击选择【Localsize】
（局部尺寸）选项，然后点击【Add】
（添加）按钮，弹出【LocalMeshSize】
（局部网格尺寸）对话框，如图11－56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【OCTREETetrahedronMesh】对话框。
图11－54
双击的【OCTREETetrahedronMesher.1】元素
图11－55
【OCTREETetrahedronMesh】对话框
图11－56
【LocalMeshSize】
（局部网格尺寸）对话框
在【OCTREETetrahedronMesh】对话框内，在【Availablespecs】
（可用的特定参数）区内，点击选择【Localsag】
（局部垂度）选项，如图11－57所示。
然后点击【Add】
（添加）按钮，弹出【LocalMeshSag】
（局部网格垂度）对话框，如图11－58所示。
图11－57
选择【Localsag】
（局部垂度）选项
图11－58
【LocalMeshSag】
（局部网格垂度）对话框
在左边的模型树上右击【OCTREETetrahedronMesher.1】元素，在弹出的右键快捷菜单中选择【UpdateMesh】
（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11－59
重新划分后的四面体网格
（计算）对话框，开始进行计算。
重新计算的应力张量结果如图11－60所示。
应力值有所提高。
图11－60
重新计算的应力张量结果
11.1－2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
单击【开始】→【机械设计】→【线框和曲面设计】选项，如图11－61所示，进入【线框和曲面设计】工作台。
图11－61
【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【Part1－2】。
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
，如图11－63所示。
点击后弹出【点定义】对话框，如图11－64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11－62
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
，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11－66所示。
点击对话框内的【确定】按钮，创建一条线段。
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。
，弹出【直线定义】对话框，在图形区选择第三个点，然后再选择【xyplane】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－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。
图11－66
选择【点1】和【点2】
图11－67
选择第三个点【xyplane】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11－69所示。
弹出【旋转曲面定义对话框】，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。
图11－68
【线型】下拉列表框自动更改为【点－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】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11－74所示。
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【Part1】。
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。
图11－74
预览生成的拉伸曲面
图11－75
最终形成的图形
（7）进入【ADCANCEDMESHINGTOOLS】
单击【开始】→【分析与模拟】→【ADCANCEDMESHINGTOOLS】
（高级网格划分工具）选项，如图11－76所示，进入【ADCANCEDMESHINGTOOLS】
（高级网格划分工具）工作台。
图11－76
【开始】→【分析与模拟】→【ADCANCEDMESHINGTOOLS】
（8）划分底面网格
（网格划分方法）工具栏内的【AdvancedSurfaceMesher】
（高级曲面划分器）按钮
，如图11－77所示。
点击后在图形区选中底面，如图11－78所示。
图11－77
【AdvancedSurfaceMesher】
图11－78
选中的底面
注意！
只选择底面。
选中底面后，弹出【GlobalParameter】
（全局参数）对话框，如图11－79所示。
点击【Mesh】
（网格）选项卡，在【MeshType】
（网格类型）栏内点击四边形网格按钮
，在【Elementtype】
（单元类型）栏内勾选【Parabolic】
（二次网格）选项，在【MeshSize】
（网格尺寸
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