CATIA有限元分析计算实例
11.1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。图11－1 单击【开始】→【机械设计】→【零部件设计】选项单击后弹出【新建零部件】对话框，如图11-2所示。在对话框内输入新的零件名称，在本例题中，使用默认的零件名称【Part1】。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，进入【零部件设计】工作台。（2）进入【草图绘制器】工作台在左边的模型树中单击选中【xy平面】, 如图11-3所示。单击【草图编辑器】工具栏内的【草图】按钮，如图11-4所示。这时进入【草图绘制器】工作台。图11－2 【新建零部件】对话框图11－3 单击选中【xy平面】（3）绘制两个同心圆草图点击【轮廓】工具栏内的【圆】按钮，如图11-5所示。在原点点击一点，作为圆草图的圆心位置，然后移动鼠标，绘制一个圆。用同样分方法再绘制一个同心圆，如图11-6所示。图11－4 【草图编辑器】工具栏图11－5 【轮廓】工具栏下面标注圆的尺寸。点击【约束】工具栏内的【约束】按钮，如图11-7所示。点击选择圆，就标注出圆的直径尺寸。用同样分方法标注另外一个圆的直径，如图11-8所示。图11－6 两个同心圆草图图11－7 【约束】工具栏双击一个尺寸线，弹出【约束定义】对话框，如图11－9所示。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【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）工作台点击菜单中的【开始】→【分析与模拟】→【Advanced Meshing Tools】（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【Static Analysis】（静态分析算题），然后点击【确定】按钮。图11－21 【开始】→【分析与模拟】→【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，如图11－23所示。需要在【Meshing Method】(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【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分）按钮。图11－22 【新分析算题】对话框 图11－23 【Meshing 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。选择实体后弹出【OCTREE Tetrahedron Mesher】（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【Absolute sag】（绝对垂度）选项，在该数值栏内输入0.5mm；在【Element 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。图11－24 选择圆筒三维实体模型图11－25 【OCTREE Tetrahedron Mesher】（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 Mesh】（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【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素图11－27 选择【Update Mesh】（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）】→ 【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（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】→【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，如图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。图11－30 【Model Manager】（模型管理器）工具栏图11－31 【3D 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，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【Moment Vector】（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CATIA有限元分析计算实例11.1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。图11－1 单击【开始】→【机械设计】→【零部件设计】选项单击后弹出【新建零部件】对话框，如图11-2所示。在对话框内输入新的零件名称，在本例题中，使用默认的零件名称【Part1】。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，进入【零部件设计】工作台。（2）进入【草图绘制器】工作台在左边的模型树中单击选中【xy平面】, 如图11-3所示。单击【草图编辑器】工具栏内的【草图】按钮，如图11-4所示。这时进入【草图绘制器】工作台。图11－2 【新建零部件】对话框图11－3 单击选中【xy平面】（3）绘制两个同心圆草图点击【轮廓】工具栏内的【圆】按钮，如图11-5所示。在原点点击一点，作为圆草图的圆心位置，然后移动鼠标，绘制一个圆。用同样分方法再绘制一个同心圆，如图11-6所示。图11－4 【草图编辑器】工具栏图11－5 【轮廓】工具栏下面标注圆的尺寸。点击【约束】工具栏内的【约束】按钮，如图11-7所示。点击选择圆，就标注出圆的直径尺寸。用同样分方法标注另外一个圆的直径，如图11-8所示。图11－6 两个同心圆草图图11－7 【约束】工具栏双击一个尺寸线，弹出【约束定义】对话框，如图11－9所示。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【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）工作台点击菜单中的【开始】→【分析与模拟】→【Advanced Meshing Tools】（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【Static Analysis】（静态分析算题），然后点击【确定】按钮。图11－21 【开始】→【分析与模拟】→【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，如图11－23所示。需要在【Meshing Method】(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【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分）按钮。图11－22 【新分析算题】对话框 图11－23 【Meshing 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。选择实体后弹出【OCTREE Tetrahedron Mesher】（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【Absolute sag】（绝对垂度）选项，在该数值栏内输入0.5mm；在【Element 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。图11－24 选择圆筒三维实体模型图11－25 【OCTREE Tetrahedron Mesher】（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 Mesh】（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【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素图11－27 选择【Update Mesh】（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）】→ 【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（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】→【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，如图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。图11－30 【Model Manager】（模型管理器）工具栏图11－31 【3D 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，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【Moment Vector】（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 【Compute】（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【Computation 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【Stress full tensor component】（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【Static Case Solution.1】图11－45 选择【Generate Image】（生成图像）选项图11－46 【Generate Image】（生成图像）选项图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【Analysis Tools】（分析工具）工具栏内的【Cut Plane Analysis】（剖切平面分析）按钮，如图11－51所示。弹出【Cut Plane Analysis】（剖切平面分析）对话框，如图11－52所示，不选中对话框内的【Show cutting plane】（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 【Analysis Tools】（分析工具）工具栏图11－52 【Cut Plane Analysis】（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【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素，如图11-54所示。双击后弹出【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框，如图11－55所示。点击【Local】（局部）选项卡，在【Available specs】（可用的特定参数）区内，点击选择【Local size】（局部尺寸）选项，然后点击【Add】（添加）按钮，弹出【Local Mesh Size】（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【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框。图11－54 双击的【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素图11－55 【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框图11－56 【Local Mesh Size】（局部网格尺寸）对话框在【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框内，在【Available specs】（可用的特定参数）区内，点击选择【Local sag】（局部垂度）选项，如图11－57所示。然后点击【Add】（添加）按钮，弹出【Local Mesh Sag】（局部网格垂度）对话框，如图11－58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【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框。图11－57 选择【Local sag】（局部垂度）选项图11－58 【Local Mesh Sag】（局部网格垂度）对话框在左边的模型树上右击【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素，在弹出的右键快捷菜单中选择【Update Mesh】（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点击【Compute】（计算）工具栏内的【Compute】（计算）按钮。弹出【Compute】（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】工作台启动CATIA软件。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 【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，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。点击【线框】工具栏内的【直线】按钮，弹出【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－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【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，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】。点击【应用材料】工具栏内的【应用材料】按钮。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。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11－75 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】→【分析与模拟】→【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。图11－76 【开始】→【分析与模拟】→【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 Surface Mesher】（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 【Advanced 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】（网格类型）栏内点击四边形网格按钮，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【Minimize triangle】（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11－80 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，如图11－81所示。程序开始对底面划分四边形网格，划分完成后，弹出【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框，如图11－82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11－83所示。图11－81 【Execution】（执行）工具栏图11－82 【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框点击【Exit】（退出）工具栏内的【Exit】（退出）按钮，如图11－84所示。退出【Surface MESHING TOOLS】（曲面网格划分）工作台，进入【ADCANCED MESHING TOOLS】（高级网格划分工具）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 with Translation】（平动拉伸网格）按钮，如图11－85所示。点击后弹出【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）对话框，如图所示。11－86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【Type】（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【Update Mesh】（更新网格）选项，如图11－88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。图11－85 【Mesh Transformation】（网格变换）工具栏图11－86 【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）对话框图11－87 右击的【Extrusion Mesh With Translation.1】元素图11－88 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11－91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。图11－89 拉伸创建的六面体网格图11－90 右击的【Advanced Surface Mesh.1】元素图11－91 选择的【Active/Deactive】（激活/非激活）选项（10）进入【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）工作台单击【开始（S）】→【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项，如图11－92所示，进入【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）工作台。图11－92 【开始（S）】→【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项（11）对六面体网格指定3D属性点击【Model Manager】（模型管理器）工具栏内的【3D Property】（3D属性）按钮，如图11－93所示。弹出【3D Property】（3D属性）对话框，如图11－94所示。在图形区点击选择六面体网格，或者在左边的模型树上点击选择六面体网格的名称。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，将六面体网格指定3D属性。图11－93 【Model Manager】（模型管理器）工具栏图11－94 【3D Property】（3D属性）对话框（12）创建曲面组对于拉伸或者其它变换创建的六面体网格，由于不象通过对实体直接划分网格一样，实体直接划分四面体网格时，实体的面和四面体的外轮廓等都有一一对应关系，而六面体是通过对平面网格进行操作才完成的，没有一一对应的几何形状，为了方便施加载荷和边界条件，需要定义面组，使六面体网格与几何图形之间保持对应关系。为了方便选择曲面，可以将六面体网格隐藏起来，并把在【线框和曲面设计】工作台内创建的曲面都显示出来，具体操作方法是使用【显示/隐藏】按钮，在此处不再进行详细介绍。隐藏六面体网格之后的几何图形显示如图11－95所示。点击【Groups】（组）工具栏内的【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）按钮，如图11－96所示。图11－95 隐藏六面体网格之后的几何图形显示图11－96 【Groups】（组）工具栏点击后弹出【Surface Group】（曲面组）对话框，如图11－97所示。在图形区选择几何图形的底面，在【Tolerance】（公差）数值栏内输入0.1mm，点击对话框内的【确定】按钮，完成面组设置。用同样的方法定义定义圆筒内外两个圆弧面的面组。（13）创建固支边界条件点击【Restraints】（约束）工具栏内的【Clamp】（固支）按钮，如图11－98所示。弹出【Clamp】（固支）对话框，如图11-99所示。在左边的模型树上选择第一个面组【Surface Group by Neighborhood.1】，如图11－100所示。点击对话框内的【确定】按钮，对第一个面组施加了固支约束。图11－97 【Surface Group】（曲面组）对话框图11－98 【Restraints】（约束）工具栏图11－99 【Clamp】（固支）对话框图11－100 选择的第一个面组【Surface Group by Neighborhood.1】（14）对内表面的面组施加扭矩点击【Loads】（载荷）工具栏内的【Moment】（扭矩）按钮。弹出【Moment】（扭矩）对话框，如图11－101所示。在【Moment Vector】（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。在左边的模型树上点击选择第二个面组【Surface Group by Neighborhood.1】，如图11－102所示，即设置内表面的所对应的面组上的扭矩为100Nxm。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。图11－101 【Moment】（扭矩）对话框图11－102 选择的第二个面组【Surface Group by Neighborhood.1】同样的方法定义外表面所对应的第三个面组上的扭矩，注意第三个面组上扭矩值为负。（15）计算模型点击【Compute】（计算）工具栏内的【Compute】（计算）按钮。弹出【Compute】（计算）对话框。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，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。（16）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11－103所示。在出现的菜单中选择【Generate Image】（生成图像）选项，如图11-104所示。选择后弹出【Image Generation】（图像生成）对话框，如图11－105所示。在对话框内选择【Stress full tensor component】（应力张量的分量）选项，选择后，出现应力张量图像，如图11－106所示。图11－103 右击【Static Case Solution.1】图11－104 【Generate Image】（生成图像）选项图11－105 【Image Generation】（图像生成）对话框图11－106 应力张量图像读者朋友可以自己对内孔表面进行网格细化处理。11.2 例题2 承受内压的法兰11.2-1 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，进入【零部件设计】工作台。（2）绘制圆草图点击【轮廓】工具栏内的【圆】按钮，如图11-107所示。在原点点击一点，作为圆草图的圆心位置，然后移动鼠标，绘制一个圆。下面标注圆的尺寸。点击【约束】工具栏内的【约束】按钮。点击选择圆，就标注出圆的直径尺寸。双击一个尺寸线，弹出【约束定义】对话框。在【直径】数值栏内输入160mm，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160mm。修改尺寸后的圆如图11-108所示。图11－107 【轮廓】工具栏图11－108 圆的直径尺寸修改为160mm（3）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。退出【草图绘制器】工作台，进入【零部件设计】工作台。（4）拉伸创建圆柱体点击【基于草图的特征】工具栏内的【凸台】按钮。弹出【凸台定义】对话框，如图11-109所示。在【第一限制】选项组内的【长度】数值栏内输入20mm，点击对话框内的【确定】按钮，生成一个圆筒体。在左边的模型树上出现【填充器.1】元素。（5）创建第二个圆草图在图形区点击选中圆筒体的上底面，如图11－110所示。单击【草图编辑器】工具栏内的【草图】按钮，进入【草图绘制器】工作台。图11－109 【凸台定义】对话框图11－110 选中圆筒体的上底面点击【轮廓】工具栏内的【圆】按钮。在原点点击一点，作为圆草图的圆心位置，然后移动鼠标，绘制一个圆。用和第二步同样的方法，标注并调整圆草图的直径为80mm，如图11－111所示。点击【工作台】工具栏内的【退出工作台】按钮。退出【草图绘制器】工作台，进入【零部件设计】工作台。（6）拉伸创建第二个圆柱体点击【基于草图的特征】工具栏内的【凸台】按钮。弹出【凸台定义】对话框，如图11-112所示。在【第一限制】选项组内的【长度】数值栏内输入150mm，点击对话框内的【确定】按钮，生成第二个圆柱体。在左边的模型树上出现【填充器.2】元素。图11－111 绘制的第二个圆草图图11－112 【凸台定义】对话框（7）对实体开通孔在图形区点击选中第二个圆柱体的上表面，点击【基于草图的特征】工具栏内的【孔】按钮，弹出【孔定义】对话框，如图11－113所示。在类型下拉列表框内选择【直到下一个】选项，在【直径】数值栏内输入50mm，点击对话框内的【确定】按钮，对圆柱体开通孔，如图11－114所示。图11－113 【孔定义】对话框图11－114 对圆柱体开的通孔（8）对第一个圆柱体开螺栓孔在图形区点击选中第一个圆柱体的上表面，如图11－115所示。点击【基于草图的特征】工具栏内的【孔】按钮，弹出【孔定义】对话框，如图11－116所示。在类型下拉列表框内选择【直到下一个】选项，在【直径】数值栏内输入12mm，点击对话框内的【确定】按钮，对圆柱体开通孔。图11－115 选中第一个圆柱体的上表面图11－116 【孔定义】对话框（9）调整螺栓孔中心线的位置在左边的模型树上展开第二个开孔的草图【草图.4】，双击【草图.4】，如图11－117所示。双击后进入【草图编辑器】工作台。点击【约束】工具栏内的【约束】按钮，标注并调整螺栓孔中心位置与H轴和V轴的距离，与V轴的距离为60mm，与H轴的距离为0，如图11－118所示。点击【工作台】工具栏内的【退出工作台】按钮。退出【草图绘制器】工作台，进入【零部件设计】工作台。图11－117 双击的【草图.4】图11－118 标注并调整螺栓孔中心位置与H轴和V轴的距离（10）圆周排列螺栓孔在图形区点击选中螺栓孔，然后点击【变换特征】工具栏内的【圆弧阵列】按钮，弹出【圆周图样定义】对话框，如图11－119所示。在【参数】下拉列表框内选择【完整径向】选项，在【实例】数值栏内输入6，在图形区点击选择一个圆弧面作为圆弧排列的参考面。全部设置完成后，点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。在第一个圆柱上圆周排列6个螺栓孔，如图11－120所示。图11－119 【圆周图样定义】对话框图11－120 在第一个圆柱上圆周排列6个螺栓孔（11）对零件实体倒圆角点击【修饰特征】工具栏内的【倒圆角】按钮，点击后弹出【倒圆角定义】对话框，如图11－121所示。在【半径】数值栏内输入5mm，在【拓展】下拉列表框内选择【相切】。在图形区点击选择两个圆柱体的交线，如图11－122所示。选择后，点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。图11－121 【倒圆角定义】对话框图11－122 选择两个圆柱体的交线（12）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】。点击【应用材料】工具栏内的【应用材料】按钮。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。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。保存零件。（13）进入【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）工作台点击菜单中的【开始】→【分析与模拟】→【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项，如图11-123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。点击后，在对话框内选择【Static Analysis】（静态分析算题），然后点击【确定】按钮。图11－123 【开始】→【分析与模拟】→【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，如图11－124所示。需要在【Meshing Method】(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【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分）按钮。在图形区左键点击选择三维实体模型。选择实体后弹出【OCTREE Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分器）对话框，如图11-125所示。点击【Global】（全局）选项卡，在【Size】（尺寸）栏内输入10mm作为网格的尺寸；点击选中【Absolute sag】（绝对垂度）选项，在该数值栏内输入1mm；在【Element 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。图11－124 【Meshing Method】(网格划分方法)工具栏图11－125 【OCTREE Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分器）对话框点击【Local】（局部）选项卡，在【Available specs】（可用的特定参数）区内，点击选择【Local size】（局部尺寸）选项，如图11－126所示。然后点击【Add】（添加）按钮，弹出【Local Mesh Size】（局部网格尺寸）对话框，如图11－1276所示。在【Value】（数值）栏内输入2mm，在图形区选择实体的倒圆角面，然后点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，返回到【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框。图11－126 选择【Local size】（局部尺寸）选项图11－127 【Local Mesh Size】（局部网格尺寸）对话框在【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框内，在【Available specs】（可用的特定参数）区内，点击选择【Local sag】（局部垂度）选项，如图11－128所示。然后点击【Add】（添加）按钮，弹出【Local Mesh Sag】（局部网格垂度）对话框，如图11－129所示。在【Value】（数值）栏内输入0.1mm，在图形区选择实体的倒圆角面，如图11－130所示。然后点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，返回到【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框。图11－128 选择【Local sag】（局部垂度）选项图11－129 【Local Mesh Sag】（局部网格垂度）对话框在左边的模型树上右击【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素，如图11-131所示。在弹出的右键快捷菜单中选择【Update Mesh】（更新网格）选项，如图11-132所示。程序开始划分网格。图11－130 选择实体的倒圆角面图11－131 右击【OCTREE Tetrahedron Mesher.1】元素（14）隐藏零件实体在左边的模型树上点击选中【Links Manager.1】元素，如图11－133所示。点击【视图（v）】工具栏内的【隐藏/显示】按钮，如图11－134所示。将零件实体隐藏起来。图11－132 选择【Update Mesh】（更新网格）选项图11－133 选中【Links Manager.1】元素图11－134 【视图（v）】工具栏（15）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）】→ 【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项，如图11-135所示，进入【创成式结构分析】工作台。图11－135 【开始（S）】→ 【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项（16）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，如图11－136所示。点击后弹出【3D Property】（三维属性）对话框，如图11-137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。图11－136 【Model Manager】（模型管理器）工具栏图11－137 【3D Property】（三维属性）对话框（17）设置固支边界条件点击【Restraints】（约束）工具栏内的【Clamp】（固支）按钮，
《
CATIA有限元分析计算实例》(
https://www.unjs.com)。在图形区选择零件实体的一个底面，如图11－138所示。弹出【Clamp】（固支）对话框，如图11-139所示。点击对话框内的【确定】按钮，对零件实体的底面增加固支约束。图11－138 选择零件实体的一个底面图11－139 【Clamp】（固支）对话框（18）施加内压载荷点击【Loads】（载荷）工具栏内的【Pressure】（压强）按钮，如图11－140所示。在图形区选择零件实体的内表面，如图11－141所示。弹出【Pressure】（压强）对话框，如图11-142所示。在【Pressure】（压强）数值栏内输入载荷值5e6N_m2，即施加的压强值为5MPa。点击对话框内的【确定】按钮，对零件的内表面施加压强载荷。图11－140 【Loads】（载荷）工具栏图11－141 选择零件实体的内表面（19）计算模型点击【Compute】（计算）工具栏内的【Compute】（计算）按钮，如图11－143所示。弹出【Compute】（计算）对话框，如图11-144。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，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图11－142 【Pressure】（压强）对话框图11－143 【Compute】（计算）工具栏图11－144 【Compute】（计算）对话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【Computation Resource Estimation】（计算资源估计）对话框，如图11－145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。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。（20）显示模型计算结果在【Image】（图像）工具栏内点击【Von Mises Stress】（范米赛斯应力）按钮，如图11－146所示。点击后，出现范米赛斯应力图像，如图11－147所示，最大应力值为14.9MPa。图11－145 【Computation Resource Estimation】（计算资源估计）对话框图11－146 【Image】（图像）工具栏图11－14711.2-2划分结构化六面体网格计算分析（1）进入【创成式外形设计】工作台启动CATIA软件。单击【开始】→【形状】→【创成式外形设计】选项，如图11－145所示，进入【创成式外形设计】工作台。图11－148 【开始】→【形状】→【创成式外形设计】选项（2）定义点点击【线框】工具栏内的【点】按钮，如图11－149所示。点击后弹出【点定义】对话框，如图11－150所示。在【X＝】数值栏内输入25mm，即在（25，0，0）位置创建一个点。点击对话框内的【确定】按钮，创建一个点。图11－149 【线框】工具栏图11－150 点定义】对话框（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11－51所示。在图形区选择【点1】和【yz平面】，如图11－151所示。在对话框的【结束】数值栏内输入29mm，点击对话框内的【确定】按钮，创建一条线段。图11－151 【直线定义】对话框图11－152 选择【点1】和【yz平面】用同样的方法创建第二条线段，起点仍然是【点1】，平面是【xy平面】，线段长度为70，如图11－153所示。用同样的方法创建第三条线段，起点是第一条线段的末端，平面是【xy平面】，线段长度为20，如图11－154所示。图11－153 起点是【点1】，平面是【xy平面】图11－154 起点是第一条线段的末端，平面是【xy平面】用同样的方法创建第四条线段，起点是第三条线段的末端，平面是【yz平面】，线段长度为9，如图11－155所示。用同样的方法创建第五条线段，起点是第二条线段的末端，平面是【yz平面】，线段长度为15，如图11－156所示。图11－155 起点是第三条线段的末端，平面是【yz平面】图11－156 起点是第二条线段的末端，平面是【yz平面】用同样的方法创建第六条线段，起点是第五条线段的末端，平面是【xy平面】，线段长度为45，如图11－157所示。（4）创建圆角点击【线框】工具栏内的【圆角】按钮，如图11－158所示。点击后弹出【Corner Panel】（圆角面板）对话框，如图11－159所示。在图形区分别选择【直线.4】和【直线.6】，在对话框的【LabRayon】（圆角半径）数值栏内输入5mm，在【直线.4】和【直线.6】之间创建一个圆角，如图11－160所示。图11－157 起点是第五条线段的末端，平面是【xy平面】图11－158 【线框】工具栏图11－159 【Corner Panel】（圆角面板）对话框图11－160 在【直线.4】和【直线.6】之间创建一个圆角（5）填充形成平面点击【曲面】工具栏内的【填充】按钮，如图11－161所示。点击后，弹出【填充曲面定义】对话框，如图11－162所示。在图形区依次选择各线段和圆角。点击对话框内的【确定】按钮，完成设置，创建一个填充曲面，如图11－163所示。注意！从那个元素开始选起并没有关系，但选择的时候必须按照连接顺序依次选择，如果跨越式的选择，会弹出错误消息框。图11－161 【曲面】工具栏图11－162 【填充曲面定义】对话框（6）定义第二个点点击【线框】工具栏内的【点】按钮。点击后弹出【点定义】对话框，如图11－164所示。在（25，0，0）位置创建一个点。点击对话框内的【确定】按钮，创建一个点。图11－163 创建的填充曲面图11－164 【点定义】对话框（7）创建线段.7点击【线框】工具栏内的【直线】按钮，弹出【直线定义】对话框。在图形区选择【点2】和【xy平面】，如图11－165所示。在对话框的【结束】数值栏内输入45mm，点击对话框内的【确定】按钮，创建一条线段。用同样的方法创建第八条线段，起点是第三条线段的末端，平面是【yz平面】，线段长度为26，如图11－166所示。图11－165 选择【点2】和【xy平面】图11－166 起点是第三条线段的末端，平面是【yz平面】（8）创建圆点击【线框】工具栏内的【圆】按钮，如图11－167所示。弹出【圆定义】对话框，如图11－168所示。在图形区选择【点.2】作为圆的圆心，选择【xy平面】作为支持面，在【半径】数值栏内输入54mm。点击对话框内的【确定】按钮，创建一个圆，如图11－169所示。图11－167 【线框】工具栏图11－168 【圆定义】对话框图11－169 创建的圆用同样的方法创建第二个圆，圆的半径修改为80mm，其它参数不变。创建的第二个圆如图11－170所示。图11－170 创建的第二个圆（9）定义第三个点点击【线框】工具栏内的【点】按钮。点击后弹出【点定义】对话框。在（65，0，0）位置创建一个点。点击对话框内的【确定】按钮，创建第三个点，如图11－171所示。图11－171 创建第三个点（10）创建线段.9点击【线框】工具栏内的【直线】按钮，弹出【直线定义】对话框。在图形区选择【直线.1】的末端点和【yz平面】，如图11－172所示。在对话框的【结束】数值栏内输入26mm，点击对话框内的【确定】按钮，创建一条线段。（11）旋转创建曲面点击【曲面】工具栏内的【旋转】按钮，如图11－173所示。点击后弹出【旋转曲面定义】对话框，如图11－174所示。选择【直线.9】作为轮廓，选择【直线.7】作为旋转轴，在【角度1：】数值栏内输入180deg，在【角度2：】数值栏内输入180deg。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，创建一个旋转曲面，如图11－175所示。图11－172 选择【直线.1】的末端点和【yz平面】，图11－173 【曲面】工具栏图11－174 【旋转曲面定义】对话框图11－175 创建的旋转曲面（12）在旋转曲面上开圆孔点击【BiW Templates】工具栏内的【Hole】（开孔）按钮，如图11－176所示。点击后弹出【Hole Definition】（孔定义）对话框，如图11－177所示。在图形区点击选择【点.3】作为开孔的中心位置，点击选择上一步骤创建的旋转曲面【旋转.1】作为支持面。点击【Size】（尺寸）选项卡，在【Diameter】（直径）数值栏内内输入孔的直径12mm，如图11－178所示。点击对话框内的【确定】按钮，创建一个圆孔，如图11－179所示。这个开孔即为螺栓孔，实际数量为6个，本例题中，只做出了一个，作图方法不变，读者可以做出其它5个螺栓孔。遗憾的是对平面上的开孔，没有圆周排列功能，无法直接排列出其它5个螺栓孔，只能是依次做出。图11－176 BiW Templates】工具栏图11－177 【Hole Definition】（孔定义）对话框图11－178 【Size】（尺寸）选项卡显示图11－179 创建的圆孔（13）创建其它旋转曲面点击【曲面】工具栏内的【旋转】按钮，如图11－180所示。点击后弹出【旋转曲面定义】对话框。选择【直线.5】作为轮廓，选择【直线.7】作为旋转轴，在【角度1：】数值栏内输入180deg，在【角度2：】数值栏内输入180deg。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，创建第二个旋转曲面，如图11－181所示。图11－180 【曲面】工具栏图11－181 创建第二个旋转曲面用同样的方法创建第三个旋转曲面，如图11－182所示。选择【直线.6】作为轮廓，其它参数不变。用同样的方法创建第四个旋转曲面，如图11－183所示。选择【圆角.1】作为轮廓，其它参数不变。图11－182 创建的第三个旋转曲面图11－183 创建的第四个旋转曲面用同样的方法创建第五个旋转曲面，如图11－184所示。选择【直线.4】作为轮廓，其它参数不变。用同样的方法创建第六个旋转曲面，如图11－185所示。选择【直线.1】作为轮廓，其它参数不变。图11－184 创建的第五个旋转曲面图11－185 创建的第六个旋转曲面（14）赋予钢铁材料在左边的模型树中点击选中零件名称【Part1】。点击【应用材料】工具栏内的【应用材料】按钮。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。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。（15）进入【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）工作台点击菜单中的【开始】→【分析与模拟】→【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项，如图11-186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。点击后，在对话框内选择【Static Analysis】（静态分析算题），然后点击【确定】按钮。（16）隐藏一些元素按下键盘上的
键，然后在左边的模型树上点击选择从【点.2】开始到【旋转.7】为止的元素，如图11－187所示。图11－186 【开始】→【分析与模拟】→【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项图11－187 选择从【点.2】开始到【旋转.7】为止的元素点击【视图（V）】工具栏内的【隐藏/显示】按钮，如图11－188所示。将选择的元素隐藏起来。（8）划分填充曲面网格点击【Meshing Method】（网格划分方法）工具栏内的【Surface Mesher】（曲面划分器）按钮，如图11－189所示。点击后在图形区选中填充曲面，如图11－190所示。图11－188 【视图（V）】工具栏图11－189 【Meshing Method】（网格划分方法）工具栏点击后弹出【Global Parameters】（全局参数）对话框，如图11－191所示。点击选择【Shape】（形状）栏内的【四边形】按钮，在【Type】（类型）栏内勾选【Parabolic】（二次）网格，在【Mesh size】（网格尺寸）栏内输入5mm。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，完成设置。图11－190 选中填充曲面图11－191 【Global Parameters】（全局参数）对话框点击【Execution】（执行）工具栏内的【Mesh The Part】（划分零件网格）按钮，如图11－192所示。程序开始对底面划分四边形网格，划分完成后，弹出【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框，如图11－193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207个节点，创建了56个单元，划分网格结果是正常完成。对填充曲面划分的四边形网格如图11－194所示。图11－192 【Execution】（执行）工具栏图11－193 【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框点击【Execution】（执行）工具栏内的【Exit】（退出）按钮，如图11－195所示。退出【Surface MESHING TOOLS】（曲面网格划分）工作台，进入【ADCANCED MESHING TOOLS】（高级网格划分工具）工作台。图11－194 对填充曲面划分的四边形网格图11－195 【Execution】（执行）工具栏（9）拉伸生成六面体网格点击【Mesh Transformation】（网格变换）工具栏内的【Extrude Mesher with Rotation】（转动拉伸网格）按钮，如图11－196所示。点击后弹出【Extrude Mesher with Rotation】（转动拉伸网格）对话框，如图11－197所示。在图形区选择【直线.7】作为旋转轴，在【End】（结束）数值栏内输入360deg。在【Distribution】（分布）选项区，在【Type】（类型）下拉列表框内选择【Uniform】（均匀），在【Layers number】（层数）数值栏内输入20。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，创建的六面体网格如图11－198所示。被过滤广告图11－196 【Mesh Transformation】（网格变换）工具栏图11－197 【Extrude Mesher with Rotation】（转动拉伸网格）对话框（10）划分旋转曲面网格点击【Meshing Method】（网格划分方法）工具栏内的【Surface Mesher】（曲面划分器）按钮，如图11－199所示。然后在模型树上选择【Round Hole.1】，如图11－200所示。图11－198 创建的六面体网格图11－199 【Meshing Method】（网格划分方法）工具栏点击后弹出【Global Parameters】（全局参数）对话框，如图11－201所示。点击选择【Shape】（形状）栏内的【四边形】按钮，在【Type】（类型）栏内勾选【Parabolic】（二次）网格，在【Mesh size】（网格尺寸）栏内输入5mm。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，完成设置。图11－200 在模型树上选择【Round Hole.1】图11－201 【Global Parameters】（全局参数）对话框（11）设定棱边局部参数为了使旋转曲面上划分的网格与已经创建的六面体网格上节点对应起来，需要对内圆上节点的分布进行限制，使旋转曲面内圆的节点位置与六面体网格的节点位置对应起来。点击【Local Specification】（局部指定）工具栏内的【Elements Capture】（单元捕捉）按钮，如图11－202所示。在图形区点击选中旋转曲面的内圆棱边，如图11－203所示。弹出【Capture】（捕捉）对话框，如图11－204所示。在【Tolerance】（公差）数值栏内输入0.1mm，在对话框内勾选【Coincidence】（重合）选项。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，弹出一个警告消息框，如图11－205所示，提示用户，如果几何形状改变，则设置的参数可能无法恢复。图11－202 【Local Specification】（局部指定）工具栏图11－203 选中旋转曲面的内圆棱边图11－204 【Capture】（捕捉）对话框图11－205 警告消息框点击【Execution】（执行）工具栏内的【Mesh The Part】（划分零件网格）按钮，如图11－206所示。程序开始对底面划分四边形网格，划分完成后，弹出【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框，如图11－207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1040个节点，创建了305个单元，划分网格结果是正常完成。对旋转曲面划分的四边形网格如图11－208所示。图11－206 【Execution】（执行）工具栏图11－207 【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框从图11－208开出，在螺栓孔附近位置网格划分不好，显示有红颜色的网格，说明划分网格坏，显示有4个黄色网格，说明网格差。可以对螺栓孔边缘强制增加节点。点击【Local Specification】（局部指定）工具栏内的【Element Distribution】（单元分布）按钮，如图11－209所示。在图形区选择螺栓孔的棱边，如图11－210所示。图11－208 旋转曲面划分的四边形网格图11－209 【Local Specification】（局部指定）工具栏弹出【Edit Element Distribution】（编辑单元分布）对话框，如图11－211所示。在【Nb Elements】（强制单元数量）数值栏内输入8。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。图11－210 图形区选择螺栓孔的棱边图11－211 【Edit Element Distribution】（编辑单元分布）对话框点击【Execution】（执行）工具栏内的【Mesh The Part】（划分零件网格）按钮，如图11－212所示。程序开始对底面划分四边形网格，划分完成后，弹出【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框。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。重新划分网格后发现，螺栓孔周围的网格细化，但仍然有划分为坏和差的单元，如图11－213所示。图11－212 【Execution】（执行）工具栏图11－213 划分为坏和差的单元点击【Edition Tools】（编辑工具）工具栏内的【Edit Mesh】（编辑网格）按钮，如图11－214所示。弹出【Edit Mesh】（编辑网格）对话框，如图11－215所示。在对话框内勾选前两个选项。在本例题中，由于拉伸创建的六面体网格尺寸比较大，所以在选择曲面内圆棱边上，网格很粗，在实际计算中，可以对第一个六面体网格重新进行细化处理，这样，单元对应更好，自动划分的网格质量会提高。读者朋友可以自己重新对第一个六面体网格进行划分。在这里，我们不对第一个网格进行重新划分，而是直接对第二个网格进行划分处理。将鼠标移动到红色的单元上，如图11－216所示。当鼠标显示为剪刀时，点击左键，即将四边形网格切割为三角形网格。红色的单元显示为绿色，单元质量好。继续用同样的方法切割其它颜色为黄色的单元，最终网格全部修改为绿色了。被过滤广告图11－214 【Edition Tools】（编辑工具）工具栏内图11－215 【Edit Mesh】（编辑网格）对话框点击【Execution】（执行）工具栏内的【Exit】（退出）按钮，如图11－217所示。退出【Surface MESHING TOOLS】（曲面网格划分）工作台，进入【ADCANCED MESHING TOOLS】（高级网格划分工具）工作台。图11－216 鼠标移动到红色的单元上图11－217 【Execution】（执行）工具栏（12）拉伸创建第二个六面体网格点击【Mesh Transformation】（网格变换）工具栏内的【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）按钮，如图11－218所示。点击后弹出【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）对话框，如图11－219所示。在图形区选择【直线.7】作为拉伸轴，如图11－220所示，在【End】（结束）数值栏内输入20mm。图11－218 【Mesh Transformation】（网格变换）工具栏图11－219 【Extrude Mesher with Translation】（转动拉伸网格）对话框在【Capture】（捕捉）选项区内勾选【Condensation】（压缩）选项，在【tolerance】（公差）选项栏内输入1mm。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，创建的第二个六面体网格如图11－221所示。注意！必须勾选【Condensation】（压缩）选项，否则，创建的第二个六面体网格会和第一个六面体网格之间有重复节点。图11－220 选择【直线.7】作为拉伸轴图11－221 创建的第二个六面体网格（13）使平面网格处于非激活状态在左边的模型树上右击【Surface Mesh.1】元素，如图11－222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11－223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。图11－222 右击的【Surface Mesh.1】元素图11－223 选择【Active/Deactive】（激活/非激活）选项用同样的方法对于第二个平面网格进行类似操作。（14）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）】→ 【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项，如图11-224所示，进入【创成式结构分析】工作台。图11－224 【开始（S）】→ 【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项（15）更新网格在左边的模型树上右击【Nodes and Elements】（节点和单元），如图11－225所示。在弹出的右键快捷菜单中选择【Mesh Visualization】（网格可视化）选项，如图11－226所示。图11－225 右击【Nodes and Elements】（节点和单元）图11－226 选择【Mesh Visualization】（网格可视化）选项（16）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，如图11－227所示。点击后弹出【3D Property】（三维属性）对话框，如图11-228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。图11－227 【Model Manager】（模型管理器）工具栏图11－228 【3D Property】（三维属性）对话框用同样的方法指定另外一个三维网格的属性。（17）显示零件在左边的模型树上点击选中【Links Manager.1】，如图11－229所示。然后在【视图（v）】工具栏内点击【隐藏/显示】按扭。将零件显示起来。（18）创建面组点击【Groups】（组）工具栏内的【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）按钮，如图11－230所示。弹出【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）对话框，如图11－231所示。图11－229 选中【Links Manager.1】元素图11－230 【Groups】（组）工具栏在图形区选择底面的两个旋转曲面，如图11－232所示。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，创建出一个面组。图11－231 【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）对话框图11－232 选择底面的两个旋转曲面用同样的方法对内表面的圆弧面定义面组，内表面的圆弧面如图11－233所示。（19）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11－234所示。在模型树上选择第一个面组【Surface Group by Neighborhood.1】，如图11－235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11－233 内表面的圆弧面图11－234 【Restraints】（约束）工具栏（20）施加内压载荷点击【Loads】（载荷）工具栏内的【Pressure】（压强）按钮，如图11－236所示。在模型树上选择第二个面组【Surface Group by Neighborhood.2】，如图11－237所示。弹出【Pressure】（压强）对话框，如图11-238所示。在【Pressure】（压强）数值栏内输入载荷值5e6N_m2，即施加的压强值为5MPa。点击对话框内的【确定】按钮，对零件的内表面施加压强载荷。图11－235 模型树上选择第一个面组【Surface Group by Neighborhood.1】图11－236 【Loads】（载荷）工具栏图11－237 选择第二个面组【Surface Group by Neighborhood.2】图11－238 【Pressure】（压强）对话框（21）计算模型点击【Compute】（计算）工具栏内的【Compute】（计算）按钮，如图11－239所示。弹出【Compute】（计算）对话框，如图11-240。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，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。图11－239 【Compute】（计算）工具栏图11－240 【Compute】（计算）对话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【Computation Resource Estimation】（计算资源估计）对话框，如图11－241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。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。（22）显示模型计算结果在【Image】（图像）工具栏内点击【Von Mises Stress】（范米赛斯应力）按钮，如图11－242所示。点击后，出现范米赛斯应力图像，如图11－243所示，最大应力值为15.6MPa。图11－241 【Computation Resource Estimation】（计算资源估计）对话框图11－242 【Image】（图像）工具栏图11－243 范米赛斯应力图像11.3例题3一端固支的悬臂结构11.3－1划分四面体网格计算的例题（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】选项进入【零部件设计】工作台。单击后弹出【新建零部件】对话框。在对话框内输入新的零件名称，在本例题中，使用默认的零件名称【Part1】。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，进入【零部件设计】工作台。在左边的模型树中单击选中【xy平面】, 如图11-244所示。单击【草图编辑器】工具栏内的【草图】按钮。这时进入【草图绘制器】工作台。点击【轮廓】工具栏内的【矩形】草图按钮，绘制一个矩形。标注并调整矩形的长度为125mm，高度为50mm，矩形水平边与H轴的距离为25mm，矩形的左侧边与V轴重合，如图11－245所示。点击【工作台】工具栏内的【退出工作台】按钮。退出【草图绘制器】工作台，进入【零部件设计】工作台。图11－244 选中【xy平面】图11－245 矩形草图及其尺寸标注（2）拉伸创建圆筒点击【基于草图的特征】工具栏内的【凸台】按钮。弹出【凸台定义】对话框，如图11-246所示。在【第一限制】选项组内的【长度】数值栏内输入10mm，勾选对话框内的【镜像范围】选项，即沿着两个方向同时进行拉伸。点击对话框内的【确定】按钮，生成一个长方体，如图11-247所示。在左边的模型树上出现【填充器.1】元素。图11－246 【凸台定义】对话框图11－247 创建的一个长方体（3）倒圆角点击【修饰特征】工具栏内的【倒圆角】按扭，如图11－248所示。弹出【倒圆角定义】对话框，如图11－249所示。在【半径：】栏内输入25mm，然后在图形区选择长方体的狭长的侧面，如图11－250所示。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，完成对长方体倒圆角。图11－248 【修饰特征】工具栏图11－249 【倒圆角定义】对话框（4）开通孔点击【基于草图的特征】工具栏内的【孔】按钮，如图11－251所示。在图形区选择长方体的侧面，弹出【孔定义】对话框，如图11－252所示。在下拉列表框内输入【直到下一个】，在【直径】数值栏内输入30mm，点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，在长方体上开一个圆孔，如图11－253所示。图11－250 选择长方体的狭长的侧面图11－251 【基于草图的特征】工具栏图11－252 【孔定义】对话框图11－253 长方体上开的圆孔在左边的模型树上展开【开孔.1】下面的【草图.2】，然后双击【草图.2】，如图11－254所示。双击后进入【草图编辑器】工作台。在键盘上按下键，然后选中代表孔中心位置的符号“*”，然后再选中导圆的圆弧边，如图11－255所示。图11－254 展开【开孔.1】下面的【草图.2】图11－255 选中代表孔中心位置的符号“*”和导圆的圆弧边点击【约束】工具栏内的【在对话框中定义的约束】按钮，如图11－256所示。弹出【约束定义】对话框，如图11－257所示。在对话框内勾选【同心】选项，即约束通孔的中心和圆弧边同心。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。图11－256 【约束】工具栏图11－257 【约束定义】对话框点击【工作台】工具栏的【退出工作台】按钮，如图11－258所示，退出【草图编辑器】工作台，重新进入【零部件设计】工作台。零件圆孔位置改变，圆孔与圆倒角同心，如图11－259所示。图11－258 【工作台】工具栏图11－259 圆孔与圆倒角同心（5）定义点点击【线框】工具栏内的【点】按钮。点击后弹出【点定义】对话框，如图11－260所示。在【X＝】数值栏内输入100mm，即在（100，0，0）位置创建一个点。点击对话框内的【确定】按钮，创建一个点。（6）创建圆点击【线框】工具栏内的【圆】按钮。弹出【圆定义】对话框，如图11－261所示。在图形区选择【点.1】作为圆的圆心，选择【xy平面】作为支持面，在【半径】数值栏内输入15mm，在【开始：】数值栏内输入180deg，在【结束：】数值栏内输入360deg。点击对话框内的【确定】按钮，创建一个半圆弧，如图11－262所示。图11－260 【点定义】对话框图11－261 【圆定义】对话框（7）拉伸创建曲面点击【曲面】工具栏内的【拉伸】按钮，弹出【拉伸曲面定义】对话框，如图11－263所示。选择上一步旋转创建的曲面内圆作为轮廓，选择零件实体上的一个棱边，在【拉伸限制】区内的【限制1】【尺寸】数值栏内输入10mm，即拉伸的高度为10mm。预览生成的拉伸曲面如图11－264所示。图11－262 创建一个半圆弧图11－263 【拉伸曲面定义】对话框图11－264 生成的拉伸曲面同理 在反方向进行拉伸，创建第二个拉伸曲面。（8）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】。点击【应用材料】工具栏内的【应用材料】按钮。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。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。保存零件。（9）进入【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）工作台点击菜单中的【开始】→【分析与模拟】→【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项，如图11-265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【New Analysis Case】（新分析算题）对话框，如图11－266所示。点击后，在对话框内选择【Static Analysis】（静态分析算题），然后点击【确定】按钮。图11－265 【开始】→【分析与模拟】→【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项（10）划分四面体网格点击【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，如图11－267所示。需要在【Meshing Method】(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【Octree Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分）按钮。图11－266 【New Analysis Case】（新分析算题）对话框图11－267 【Meshing Method】(网格划分方法)工具栏在图形区左键点击选择长方体三维实体模型。选择实体后弹出【OCTREE Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分器）对话框，如图11-268所示。点击【Local】（局部）选项卡，在【Available specs】（可用的特定参数）区内，点击选择【Local size】（局部尺寸）选项，如图11－269所示。然后点击【Add】（添加）按钮，弹出【Local Mesh Size】（局部网格尺寸）对话框，如图11－270所示。在【Value】（数值）栏内输入2mm，在图形区选择圆孔的内表面，如图11－271所示。然后点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，返回到【OCTREE Tetrahedron Mesh】对话框。图11－268 【OCTREE Tetrahedron Mesher】（Octree 四面体网格划分器）对话框图11－269 选择【Local size】（局部尺寸）选项图11－270 【Local Mesh Size】（局部网格尺寸）对话框图11－271 选择圆孔的内表面（11）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）】→ 【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项，进入【创成式结构分析】工作台。（12）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，如图11－272所示。点击后弹出【3D Property】（三维属性）对话框，如图11-273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。图11－272 【Model Manager】（模型管理器）工具栏图11－273 【3D Property】（三维属性）对话框点击【Groups】（组）工具栏内的【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）按钮，如图11－274所示。在左边的模型树上点击选中两个拉伸曲面【拉伸.1】和【拉伸.2】，如图11－275所示。弹出【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）对话框，如图11－276所示。在【Tolerance】（公差）数值栏内输入0.1mm。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，完成面组设置。图11－274 【Groups】（组）工具栏图11－275 选中两个拉伸曲面【拉伸.1】和【拉伸.2】（13）施加内压载荷点击【Loads】（载荷）工具栏内的【Pressure】（压强）按钮，如图11－277所示。在左边的模型树上选择面组【Surface Group by Neighborhood.1】，如图11－278所示。弹出【Pressure】（压强）对话框，如图11-279所示。在【Pressure】（压强）数值栏内输入载荷值5e7N_m2，即施加的压强值为50MPa。点击对话框内的【确定】按钮，对零件的开孔面所对应的面组施加压强载荷。图11－276 【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）对话框图11－277 【Loads】（载荷）工具栏图11－278 选择面组【Surface Group by Neighborhood.1】（14）计算模型点击【Compute】（计算）工具栏内的【Compute】（计算）按钮，如图11－280所示。弹出【Compute】（计算）对话框，如图11-281。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，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。图11－279 【Pressure】（压强）对话框图11－280 【Compute】（计算）工具栏图11－281 【Compute】（计算）对话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【Computation Resource Estimation】（计算资源估计）对话框，如图11－282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。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。图11－282 【Computation Resource Estimation】（计算资源估计）对话框（15）显示模型计算结果在【Image】（图像）工具栏内点击【Von Mises Stress】（范米赛斯应力）按钮。点击后，出现范米赛斯应力图像，如图11－283所示，最大应力值为384MPa。图11－283 范米赛斯应力图像11.3-2划分结构化六面体网格计算分析本节继续使用11.3-1节的零件，在其基础上继续进行设计。创建六面体网格。（1）进入【线框和曲面设计】工作台启动CATIA软件。单击【开始】→【机械设计】→【线框和曲面设计】选项，如图11－284所示，进入【线框和曲面设计】工作台。图11－284 【开始】→【机械设计】→【线框和曲面设计】选项（2）创建填充曲面点击【曲面】工具栏内的【填充】按钮，如图11－285所示。弹出【填充曲面定义】对话框，如图11－286所示。在图形区依次选零件侧面的棱边，注意不能跨越选取，如图11－287所示。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，创建一个填充平面。图11－285 【曲面】工具栏图11－286 【填充曲面定义】对话框图11－287 依次选零件侧面的棱边（3）进入【创成式外形设计】工作台单击【开始】→【形状】→【创成式外形设计】选项，如图11－288所示，进入【创成式外形设计】工作台。图11－288 【开始】→【形状】→【创成式外形设计】选项（4）定义点点击【线框】工具栏内的【点】按钮。点击后弹出【点定义】对话框，如图11－289所示。在【z＝】数值栏内输入10mm，即在（0， 0，10）位置创建一个点。点击对话框内的【确定】按钮，创建一个点。（5）在旋转曲面上开圆孔点击【BiW Templates】工具栏内的【Hole】（开孔）按钮，如图11－290所示。点击后弹出【Hole Definition】（孔定义）对话框，如图11－291所示。图11－289 【点定义】对话框图11－290 【BiW Templates】工具栏在图形区点击选择【点.2】作为开孔的中心位置，点击选择上一步骤创建的旋转曲面【旋转.1】作为支持面。点击【Size】（尺寸）选项卡，在【Diameter】（直径）数值栏内内输入孔的直径30mm，如图11－291所示。点击对话框内的【确定】按钮，创建一个圆孔，如图11－292所示。图11－291 【Hole Definition】（孔定义）对话框【Size】（尺寸）选项卡图11－292 【Hole Definition】（孔定义）对话框【Position】（位置）选项卡（6）隐藏几何实体在左边的模型树上点击选中【零部件几何体】元素，如图11－294所示。点击【视图（V）】工具栏内的【显示/隐藏】按钮，将零部件几何体隐藏起来。图11－293 创建的圆孔图11－294 选中【零部件几何体】元素（7）创建线段点击【线框】工具栏内的【直线】按钮，如图11－295所示。弹出【直线定义】对话框，如图11－296所示。在图形区选择【点. 2】和【点.1】，如图11－297所示。点击对话框内的【确定】按钮，创建一条线段。图11－295 【线框】工具栏图11－296 【直线定义】对话框图11－297 选择【点. 2】和【点.1】（8）进入【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）工作台点击菜单中的【开始】→【分析与模拟】→【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项，如图11-298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。点击后，在对话框内选择【Static Analysis】（静态分析算题），然后点击【确定】按钮。图11－298 【开始】→【分析与模拟】→【Advanced Meshing Tools】（高级网格划分工具）选项（9）划分填充曲面网格点击【Meshing Method】（网格划分方法）工具栏内的【Surface Mesher】（曲面划分器）按钮，如图11－299所示。点击后在图形区选中填充曲面，如图11－300所示。图11－299 【Meshing Method】（网格划分方法）工具栏图11－300 选中的填充曲面点击【Local Specification】（局部指定）工具栏内的【Element Distribution】（单元分布）按钮，如图11－301所示。在图形区选择螺栓孔的棱边，如图11－302所示。图11－301 【Local Specification】（局部指定）工具栏图11－302 选择的螺栓孔棱边弹出【Edit Element Distribution】（编辑单元分布）对话框，如图11－303所示。在【Nb Elements】（强制单元数量）数值栏内输入20，即强制圆弧棱边上有20个单元。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框。图11－303 【Edit Element Distribution】（编辑单元分布）对话框点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，弹出一个警告消息框，如图11－304所示，提示用户，如果几何形状改变，则设置的参数可能无法恢复。图11－304 警告消息框点击【Execution】（执行）工具栏内的【Mesh The Part】（对零件划分网格）按钮，如图11－305所示。程序开始对侧面划分四边形网格，划分完成后，弹出【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框，如图11－306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716个节点，创建了212个单元，划分网格结果是正常完成。对侧面划分的四边形网格如图11－307所示。图11－305 【Execution】（执行）工具栏图11－306 【Mesh The Part】（对零件划分网格）对话框点击【Execution】（执行）工具栏内的【Exit】（退出）按钮，如图11－308所示。退出【Surface MESHING TOOLS】（曲面网格划分）工作台，进入【ADCANCED MESHING TOOLS】（高级网格划分工具）工作台。图11－307 对侧面划分的四边形网格图11－308 【Execution】（执行）工具栏（10）拉伸生成六面体网格点击【Mesh Transformation】（网格变换）工具栏内的【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）按钮，如图11－309所示。点击后弹出【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）对话框，如图11－310所示。在图形区选择上一步划分的四边形网格，点击选择第一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20mm，在【Distribution】（分布）选项区内，在【Type】（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4。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，创建的六面体网格如图11－311所示。图11－309 【Mesh Transformation】（网格变换）工具栏图11－310 【Extrude Mesher with Translation】（平动拉伸网格）对话框（11）使平面网格处于非激活状态在左边的模型树上右击【Surface Mesh.1】元素，如图11－312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11－313所示。执行本操作后，平面网格处于非激活状态。图11－311 创建的六面体网格图11－312 右击的【Surface Mesh.1】元素（12）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）】→ 【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项，如图11-314所示，进入【创成式结构分析】工作台。图11－313 选择【Active/Deactive】（激活/非激活）选项图11－314 【开始（S）】→ 【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】（创成式结构分析）选项（13）定义有限元计算的条件用与11.3－1节同样的方法定义3D属性，定义面组，定义固支约束，定义压强载荷。计唯一的区别之处是对实体的一个侧面增加一个面组定义。具体方法如下：点击【Groups】（组）工具栏内的【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）按钮，如图11－315所示。在左边的模型树上点击选中零件实体的一个侧面，如图11－316所示。弹出【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）对话框，如图11－317所示。在【Tolerance】（公差）数值栏内输入0.1mm。点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，完成面组设置。图11－315 【Groups】（组）工具栏图11－316 选中零件实体的一个侧面图11－317 【Surface Group by Neighborhood】（由相邻部分组成的曲面组）对话框（14）显示模型计算结果在【Image】（图像）工具栏内点击【Von Mises Stress】（范米赛斯应力）按钮。点击后，出现范米赛斯应力图像，如图11－318所示，最大应力值为464MPa。图11－318 范米赛斯应力图像