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