CATIA教程之零件静力分析.docx

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CATIA教程之零件静力分析

第一节零件之静力分析

操作程序：

一、载入档案与变更单位

二、指定材质

三、进入应力分析模组

四、夹持与负载

五、分析与结果

六、网格重新设定

七、分析与结果

一、载入档案与变更单位

1.开启档案

首先在下拉式功能表中选择File＞Open指令，系统即显示如下图右之对话框，

选取零件档Piston并按下开启档案按钮将之开启。

2.载入之活塞模型完成开启旧档之指令之後，系统显示模型档於绘图视窗。

零件档Piston为一活塞

如下图所示，该图档以mm为单位绘制而成。

3.变更单位

由於系统预设之材料资料库皆是SI标准单位，现在将零件之单位改为与资料库一致。

Catia之预设资料库以标准单位存入，可避免因单位系统之人为疏忽所造成之分析错误，也可避免加速度与力之换算时单位转换。

在下拉式功能表中选择Tools功能表，系统即显示弹出式功能表如下图左。

选择Option特性选项後即进

入其对话框，选择Units单位设定如下图右，其中显示系统预设之单位有长度及

惯性矩两项使用mm为单位。

4.完成SI单位之设定

将长度及惯性矩两项改为使用m为单位，符合SI标准单位之要求。

完成设定之後系统之各物理量单位如下图所示。

5.显示现行长度单位为公尺

完成单位系统之变更後，原本显示20mm之长度标注，改为以为其尺寸标注，如下图所示。

二、指定材质

在此可能读者会遇到如下图之错误讯息。

要修正中文版无法与CATIAV5R3相容的问题，只要在CATIA资料夹中

的Material资料夹建立一个Traditional_Chinese资料夹，如下图所示：

然後再将Material资料夹中的复制到新建的Traditional_Chinese资料夹中即可。

1.选取零件并指定材质

在静力分析中必须指定材料之刚性及其他机械性质，以便在执行分析时系统据以

建立刚性矩阵。

在下图左之模型树中以滑鼠左键点选零件，并按（指定材料）

图示，切换至Metal金属材料之页并选择Steel钢材，如下图右所示。

下图为完成材料给定後，零件之彩现图形。

三、进入应力分析模组

1.模型树中选取零件

完成SI单位之及材料性质之设定後，即可进入分析模组。

在模型树中以滑鼠左键点选零件档Piston，并在下拉式功能表中选择Start＞StressAnalysis应力分析模组，系统即显示静力分析之工具图示，表示已经进入应力分析模组，如下图所示。

2.另存新档在进行边界条件与负载设定之前，可先将模型之分析模组储存为分析档。

在下拉式功能表中选择File＞SaveAs另存新档，并键入档案名称Piston如下图所示。

四、夹持与负载

1.设定夹持本范例假设活塞之装配孔夹持固定，并在其上缘施加一压力。

首先以滑鼠左键点

选一孔，按住键盘Ctrl键再加选另一孔，如下图左所示。

接着按下（夹持）

图示，系统即显示如下图中之对话框，提供位移值之设定。

按下OK接受系统之预设值将两孔夹持固定。

完成夹持设定之後系统显示边界条件之图元於指定之两孔上，如下图右所示。

2.设定负载

首先以滑鼠左键点选活塞上缘之曲面，接着按下（压力）图示，系统即显示

如下图中之对话框，提供压力值之设定。

按下OK接受系统预设值之100N/m2。

完成夹持与负载设定之後，系统显示相应图示於指定之图元上，如下图右所示。

五、分析与结果

1.进行分析完成单位、材质、夹持与负载之设定後即可进行分析。

分析的过程包含电脑大量

的数值运算，但对於使用者而言只需按下（执行分析）图示即可。

点选进行

分析之图示後，模型树便出现MeshSpecification的特徵，以及显示如下图中之

对话框，提供分析之选项设定。

按下More其他选项按钮即可显示细部设定之选

项。

按下OK接受预设值即完成设定。

2.分析完成并显示应力分布图

系统完成分析之後首先显示（总和应力）总和应力之分布图，画面中并以颜

色显示各位置之应力值。

绘图视窗中并显示图例表，指示各颜色所代表之应力

值。

应力分布值之对话框并显示材料名称及其降伏强度，以及变形显示放大倍率

之拉杆。

3.最小放大倍率显示在显示总和应力的同时，模型也可以变形之形态显示。

下图中对话框之拉杆可调整模型变形量显示时之放大倍率。

将拉杆调整到最小，显示未变形之模型如下图

右所示。

将拉杆调整至最小倍率

在此可以控制色板的显示，读者可双按右方色板，便会出现如下图之对话框，用

来设定应力的颜色分布，决定显示的色阶变化，以方便使用者设定显示之应力的

范围。

4.最大放大倍率显示

若将位移植调整至最大值，则可以放大总和位移之模型显示总和应力分布图。

执

行时将拉杆调整至最右侧，如下图所示。

将拉杆调整至最大倍率

5.网格显示

在工具列中按下（边线上彩显示）图示或（边线材质上彩）图示可显示网

格。

接着按下（分格）图示，系统即显示如下图左之对话框，其中显示元素

与节点之总数，下方之拉杆可调整元素之缩小显示。

缩小显示之元素间不再只是

一条线，而是根据拉杆之设定值变更元素边界之距离。

6.总位移向量显示

接着显示位移分布图。

按下（位移）图示，系统即显示如下图中之对话框，

其中第一栏可切换位移之项目，显示之现行位移值为总位移。

7.总位移图示

位移对话框之第二栏可切换DisplayArrow箭头显示与等值色彩显示。

按下该栏

位将总和位移分布图改以等值色彩显示，如下图右所示。

8.剪变形位移向量显示

第一栏中将位移项目切换为XY剪变形位移，第二栏仅有DisplayArrow箭头显

示。

所显示之XY剪变形位移向量图示如下图右。

9.应变能及精度显示

接着显示应变能分布图。

按下（应变能与精度）图示，系统即显示如下图中之

对话框，其中第一栏显示估计值之精度，第二栏则显示应变能，并以等值色彩模

型显示於绘图视窗，如下图右所示。

10.主轴应力显示

接着显示主轴应力分布图。

按下（位移）图示，系统即显示如下图中之对话

框，其中第一栏可切换主轴应力之项目，其预设值为Allabsolute总和应力值。

主轴应力之总和应力值仅有DisplayArrow箭头显示。

11.主轴剪应力显示

将主轴应力对话框之第一栏切换为PrincipalShearing主轴剪应力，主轴剪应力值

仅有等值色彩模型显示，如下图右所示。

12.最大主轴应力

将主轴应力对话框之第一栏切换为Maximumabsolute最大主轴应力，如下图中

所示。

对话框之第二栏可切换DisplayArrow箭头显示与等值色彩显示。

六、网格重新设定

1.网格细分细分网格可执行收敛性分析，获得更精确之数据资料。

执行时以滑鼠左键点选模型中心之三角锥，系统即显示网格尺寸设定之对话框。

系统预设之网格尺寸为

，将其数值改为3mm如下图所示。

点选此三角锥以变更网格尺寸

七、分析与结果

1.重新进行分析

完成网格细分之後必须重新进行分析。

按下（执行更新）图示进行分析後，

系统即显示如下图左之对话框，提供分析之选项设定。

按下OK接受预设值即完

成设定。

系统完成分析之後首先显示（总和应力）总和应力之分布图，画面

中并以颜色显示各位置之应力值。

绘图视窗中同时显示图例表，指示各颜色所代

表之应力值。

对话框并显示材料名称及其降伏强度，以及变形显示放大倍率之拉

杆。

2.网格细分前後之比较

网格细分後零件上之元素数目从12277增加为21237，绘图视窗并以（边线

上彩显示）显示模型网格。

元素细化之状态清楚显示於下图。

3.网格细分前後应变能之比较

接着显示应变能分布图。

按下（应变能与精度）图示，系统即显示如下图之对

话框，其中第一栏显示估计值之精度，第二栏则显示应变能，并以等值色彩模型

显示於绘图视窗，如下图左所示。

网格细分前後应变能之比较显示，细分後全域

之应变能精确度升高，估计误差值由％减小至到％。

4.储存档案

完成零件之静力分析之後将档案储存起来，所储存之档案副档名为．

CATanalysis。

当重新分析档开启时，若所关连之零件档案名称变更，则必须在下

拉式功能表中选择Edit＞Links指令，重新连结档案。

下图为零件分析完成之图示