CATIA有限元分析計算實例
11.1例題1 受扭矩作用的圓筒
11.1－1劃分四面體網格的計算
（1）進入【零部件設計】工作台
啟動CATIA軟體。單擊【開始】→【機械設計】→【零部件設計】選項，如圖11－1所示，進入【零部件設計】工作台。
圖11－1 單擊【開始】→【機械設計】→【零部件設計】選項
單擊后彈出【新建零部件】對話框，如圖11-2所示。在對話框內輸入新的零件名稱，在本例題中，使用默認的零件名稱【Part1】。點擊對話框內的【確定】按鈕，關閉對話框，進入【零部件設計】工作台。
（2）進入【草圖繪製器】工作台
在左邊的模型樹中單擊選中【xy平面】, 如圖11-3所示。單擊【草圖編輯器】工具欄內的【草圖】按鈕
，如圖11-4所示。這時進入【草圖繪製器】工作台。
圖11－2 【新建零部件】對話框
圖11－3 單擊選中【xy平面】
（3）繪製兩個同心圓草圖
點擊【輪廓】工具欄內的【圓】按鈕
，如圖11-5所示。在原點點擊一點，作為圓草圖的圓心位置，然後移動滑鼠，繪製一個圓。用同樣分方法再繪製一個同心圓，如圖11-6所示。
圖11－4 【草圖編輯器】工具欄
圖11－5 【輪廓】工具欄
下面標註圓的尺寸。點擊【約束】工具欄內的【約束】按鈕
，如圖11-7所示。點擊選擇圓，就標註出圓的直徑尺寸。用同樣分方法標註另外一個圓的直徑，如圖11-8所示。
圖11－6 兩個同心圓草圖
圖11－7 【約束】工具欄
雙擊一個尺寸線，彈出【約束定義】對話框，如圖11－9所示。在【直徑】數值欄內輸入100mm，點擊對話框內的【確定】按鈕，關閉對話框，同時圓的直徑尺寸被修改為100mm。用同樣的方法修改第二個圓的直徑尺寸為50mm。修改尺寸后的圓如圖11-10所示。
圖11－8 標註直徑尺寸的圓草圖
圖11－9 【約束定義】對話框
（4）離開【草圖繪製器】工作台
點擊【工作台】工具欄內的【退出工作台】按鈕
，如圖11-11所示。退出【草圖繪製器】工作台，進入【零部件設計】工作台。
圖11－10 修改直徑尺寸后的圓
圖11－11 【工作台】工具欄
（5）拉伸創建圓筒
點擊【基於草圖的特徵】工具欄內的【凸台】按鈕
，如圖11-12所示。彈出【凸台定義】對話框，如圖11-13所示。在【第一限制】選項組內的【長度】數值欄內輸入50mm，點擊對話框內的【確定】按鈕，生成一個圓筒體，如圖11-14所示。在左邊的模型樹上出現【填充器.1】元素。
圖11－12 【基於草圖的特徵】工具欄
圖11－13 【凸台定義】對話框
（6）對零件賦予材料屬性
在左邊的模型樹中點擊選中零件名稱【Part1】，如圖11-15所示。點擊【應用材料】工具欄內的【應用材料】按鈕
，如圖11-16所示。先彈出一個【打開】警告消息框，如圖11-16所示，這是因為使用簡化漢字界面，但沒有相應的簡化漢字材料庫造成的，點擊警告消息框內的【確定】按鈕，關閉消息框。彈出【庫（只讀）】對話框，如圖11-18所示。點擊【Metal】（金屬）選項卡，在列表中選擇【Steel】（鋼）材料。點擊對話框內的【確定】按鈕，將鋼材料賦予零件。
圖11－14 拉伸創建的一個圓筒體
圖11－15 選中的零件名稱【Part1】
圖11－16 【應用材料】工具欄 圖11－17 【打開】警告消息框
圖11－18 【庫（只讀）】對話框
如果對軟體內鋼鐵材料的屬性不了解，可以查看定義的材料屬性，也可以修改材料屬性參數。在左邊的模型樹上雙擊材料名稱【Steel】，如圖11-19所示。彈出【屬性】對話框，如圖11-20所示。
圖11－19 材料名稱【Steel】 圖11－20 【屬性】對話框
（7）進入【Advanced Meshing Tools】（高級網格劃分工具）工作台
點擊菜單中的【開始】→【分析與模擬】→【Advanced Meshing Tools】（高級網格劃分工具）選項，如圖11-21所示。點擊後進入了【高級網格劃分工具】工作台。進入工作台後，生成一個新的分析文件，並且彈出一個【新分析算題】對話框，如圖11－22所示。點擊后，在對話框內選擇【Static Analysis】（靜態分析算題），然後點擊【確定】按鈕。
圖11－21 【開始】→【分析與模擬】→【Advanced Meshing Tools】（高級網格劃分工具）選項
點擊【Meshing Method】(網格劃分方法)工具欄內的【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面體網格劃分）按鈕
，如圖11－23所示。需要在【Meshing Method】(網格劃分方法)工具欄內點擊中間按鈕的下拉箭頭才能夠顯示出【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面體網格劃分）按鈕。
圖11－22 【新分析算題】對話框 圖11－23 【Meshing Method】(網格劃分方法)工具欄
在圖形區左鍵點擊選擇圓筒三維實體模型，如圖11－24所示。選擇實體后彈出【OCTREE Tetrahedron Mesher】（Octree 四面體網格劃分器）對話框，如圖11-25所示。
點擊【Global】（全局）選項卡，在【Size】（尺寸）欄內輸入5mm作為網格的尺寸；點擊選中【Absolute sag】（絕對垂度）選項，在該數值欄內輸入0.5mm；在【Element type】（單元類型）選項區內選中【Paraboic】二次單元。點擊對話框內的【確定】按鈕，完成設置，關閉對話框。
圖11－24 選擇圓筒三維實體模型
圖11－25 【OCTREE Tetrahedron Mesher】（Octree 四面體網格劃分器）對話框
在左邊的模型樹上右擊【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素，如圖11-26所示。在彈出的右鍵快捷菜單中選擇【Update Mesh】（更新網格）選項，如圖11-27所示。程序開始劃分網格，劃分后的四面體網格如圖11-28所示。
圖11－26 右擊【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素
圖11－27 選擇【Update Mesh】（更新網格）選項
（8）進入【Generative Structural Analysis】（創成式結構分析）工作台
點擊主菜單中的【開始（S）】→ 【分析與模擬】→【Generative Structural Analysis】（創成式結構分析）選項，如圖11-29所示，進入【創成式結構分析】工作台。
圖11－28 劃分后的四面體網格
圖11－29 點擊【開始（S）】→ 【分析與模擬】→【Generative Structural Analysis】（創成式結構分析）選項
（9）指定3D屬性
點擊【Model Manager】（模型管理器）工具欄內的【3D Property】（三維屬性）按鈕
，如圖11－30所示。點擊后彈出【3D Property】（三維屬性）對話框，如圖11-31所示。在左邊的模型樹上點擊選擇【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素，點擊對話框內的【確定】按鈕，關閉對話框，將3D屬性指定到三維零件上。
圖11－30 【Model Manager】（模型管理器）工具欄
圖11－31 【3D Property】（三維屬性）對話框
（10）設置固支邊界條件
點擊【Restraints】（約束）工具欄內的【Clamp】（固支）按鈕
，如圖11－32所示。在圖形區選擇圓筒體的一個底面，如圖11－33所示。彈出【Clamp】（固支）對話框，如圖11-34所示。點擊對話框內的【確定】按鈕，對圓筒體的一個底面增加了固支約束。
圖11－32 【Restraints】（約束）工具欄
圖11－33
圖11－34 【Clamp】（固支）對話框
（11）對圓筒施加扭矩
點擊【Loads】（載荷）工具欄內的【Moment】（扭矩）按鈕
，如圖11－35所示。彈出【Moment】（扭矩）對話框，如圖11－36所示。在【Moment Vector】（扭矩分量）選項區內的【Z】數值欄內輸入100Nxm，即設置扭矩z方向的分量為100Nxm。在圖形區點擊選擇圓筒的內表面，如圖11－37所示，即設置內表面上的扭矩為100Nxm。點擊對話框內的【確定】按鈕，關閉對話框。
圖11－35 【Loads】（載荷）工具欄
圖11－36 【Moment】（扭矩）對話框
同理，用同樣的方法設置圓筒的外表面，對外部施加相反方向的扭矩，即要把z方向的扭矩設置為－100Nxm。設置完成後，顯示的模型如圖11－38所示。
圖11－37
圖11－38 添加兩個扭矩和固支約束后的模型
