CATIA教程之零件静力分析

操作程序：

一、載入檔案與變更單位

二、指定材質

三、進入應力分析模組

四、夾持與負載

五、分析與結果

六、網格重新設定

七、分析與結果一、載入檔案與變更單位

1. 開啟檔案

首先在下拉式功能表中選擇File＞Open指令，系統即顯示如下圖右之對話框，選取零件檔Piston並按下開啟檔案按鈕將之開啟。

2. 載入之活塞模型

完成開啟舊檔之指令之後，系統顯示模型檔於繪圖視窗。零件檔Piston為一活塞如下圖所示，該圖檔以mm為單位繪製而成。

3. 變更單位

由於系統預設之材料資料庫皆是SI標準單位，現在將零件之單位改為與資料庫一致。Catia之預設資料庫以標準單位存入，可避免因單位系統之人為疏忽所造成之分析錯誤，也可避免加速度與力之換算時單位轉換。在下拉式功能表中選擇Tools功能表，系統即顯示彈出式功能表如下圖左。選擇Option特性選項後即進入其對話框，選擇Units單位設定如下圖右，其中顯示系統預設之單位有長度及慣性矩兩項使用mm為單位。

4. 完成SI單位之設定

將長度及慣性矩兩項改為使用m為單位，符合SI標準單位之要求。完成設定之後系統之各物理量單位如下圖所示。

5. 顯示現行長度單位為公尺

完成單位系統之變更後，原本顯示20mm之長度標註，改為以0.02m為其尺寸標註，如下圖所示。

二、指定材質

在此可能讀者會遇到如下圖之錯誤訊息。

要修正中文版NT4.0無法與CATIA V5R3相容的問題，只要在CATIA資料夾中的Material資料夾建立一個Traditional_Chinese資料夾，如下圖所示：

然後再將Material資料夾中的Catalog.cat複製到新建的Traditional_Chinese資料夾中即可。

1. 選取零件並指定材質在靜力分析中必須指定材料之剛性及其他機械性質，以便在執行分析時系統據以

建立剛性矩陣。在下圖左之模型樹中以滑鼠左鍵點選零件，並按（指定材料）圖示，切換至Metal金屬材料之頁並選擇Steel鋼材，如下圖右所示。

下圖為完成材料給定後，零件之彩現圖形。

三、進入應力分析模組

1. 模型樹中選取零件

完成SI單位之及材料性質之設定後，即可進入分析模組。在模型樹中以滑鼠左鍵點選零件檔Piston，並在下拉式功能表中選擇Start＞Stress Analysis應力分析模組，系統即顯示靜力分析之工具圖示，表示已經進入應力分析模組，如下圖所示。

2. 另存新檔

在進行邊界條件與負載設定之前，可先將模型之分析模組儲存為分析檔。在下拉式功能表中選擇File＞Save As另存新檔，並鍵入檔案名稱Piston如下圖所示。

四、夾持與負載

1. 設定夾持

本範例假設活塞之裝配孔夾持固定，並在其上緣施加一壓力。首先以滑鼠左鍵點

選一孔，按住鍵盤Ctrl鍵再加選另一孔，如下圖左所示。接著按下（夾持）

圖示，系統即顯示如下圖中之對話框，提供位移值之設定。按下OK接受系統之預設值將兩孔夾持固定。完成夾持設定之後系統顯示邊界條件之圖元於指定之兩孔上，如下圖右所示。

2. 設定負載

首先以滑鼠左鍵點選活塞上緣之曲面，接著按下（壓力）圖示，系統即顯示

如下圖中之對話框，提供壓力值之設定。按下OK接受系統預設值之100N/m2。完成夾持與負載設定之後，系統顯示相應圖示於指定之圖元上，如下圖右所示。

五、分析與結果

1. 進行分析

完成單位、材質、夾持與負載之設定後即可進行分析。分析的過程包含電腦大量

的數值運算，但對於使用者而言只需按下（執行分析）圖示即可。點選進行

分析之圖示後，模型樹便出現Mesh Specification的特徵，以及顯示如下圖中之對話框，提供分析之選項設定。按下More其他選項按鈕即可顯示細部設定之選項。按下OK接受預設值即完成設定。

2. 分析完成並顯示應力分布圖

系統完成分析之後首先顯示（總和應力）總和應力之分布圖，畫面中並以顏

色顯示各位置之應力值。繪圖視窗中並顯示圖例表，指示各顏色所代表之應力值。應力分布值之對話框並顯示材料名稱及其降伏強度，以及變形顯示放大倍率之拉桿。

3. 最小放大倍率顯示

在顯示總和應力的同時，模型也可以變形之形態顯示。下圖中對話框之拉桿可調整模型變形量顯示時之放大倍率。將拉桿調整到最小，顯示未變形之模型如下圖右所示。

將拉桿調整至最小倍率

在此可以控制色板的顯示，讀者可雙按右方色板，便會出現如下圖之對話框，用來設定應力的顏色分佈，決定顯示的色階變化，以方便使用者設定顯示之應力的範圍。

4. 最大放大倍率顯示

若將位移植調整至最大值，則可以放大總和位移之模型顯示總和應力分布圖。執行時將拉桿調整至最右側，如下圖所示。

將拉桿調整至最大倍率

5. 網格顯示

在工具列中按下（邊線上彩顯示）圖示或（邊線材質上彩）圖示可顯示網

格。接著按下（分格）圖示，系統即顯示如下圖左之對話框，其中顯示元素

與節點之總數，下方之拉桿可調整元素之縮小顯示。縮小顯示之元素間不再只是一條線，而是根據拉桿之設定值變更元素邊界之距離。

6. 總位移向量顯示

接著顯示位移分布圖。按下（位移）圖示，系統即顯示如下圖中之對話框，

其中第一欄可切換位移之項目，顯示之現行位移值為總位移。

7. 總位移圖示

位移對話框之第二欄可切換Display Arrow箭頭顯示與等值色彩顯示。按下該欄位將總和位移分布圖改以等值色彩顯示，如下圖右所示。

8. 剪變形位移向量顯示

第一欄中將位移項目切換為XY剪變形位移，第二欄僅有Display Arrow箭頭顯示。所顯示之XY剪變形位移向量圖示如下圖右。

9. 應變能及精度顯示

接著顯示應變能分布圖。按下（應變能與精度）圖示，系統即顯示如下圖中之

對話框，其中第一欄顯示估計值之精度，第二欄則顯示應變能，並以等值色彩模型顯示於繪圖視窗，如下圖右所示。

10. 主軸應力顯示

接著顯示主軸應力分布圖。按下（位移）圖示，系統即顯示如下圖中之對話

框，其中第一欄可切換主軸應力之項目，其預設值為All absolute總和應力值。主軸應力之總和應力值僅有Display Arrow箭頭顯示。

11. 主軸剪應力顯示

將主軸應力對話框之第一欄切換為Principal Shearing主軸剪應力，主軸剪應力值僅有等值色彩模型顯示，如下圖右所示。

12. 最大主軸應力

將主軸應力對話框之第一欄切換為Maximum absolute 最大主軸應力，如下圖中所示。對話框之第二欄可切換Display Arrow 箭頭顯示與等值色彩顯示。

六、 網格重新設定

1. 網格細分

細分網格可執行收斂性分析，獲得更精確之數據資料。執行時以滑鼠左鍵點選模型中心之三角錐，系統即顯示網格尺寸設定之對話框。系統預設之網格尺寸為10.256mm ，將其數值改為3mm 如下圖所示。

點選此三角錐以變更網格尺寸

七、 分析與結果

1. 重新進行分析

完成網格細分之後必須重新進行分析。按下

（執行更新）圖示進行分析後，系統即顯示如下圖左之對話框，提供分析之選項設定。按下OK 接受預設值即完

成設定。系統完成分析之後首先顯示（總和應力）總和應力之分布圖，畫面

中並以顏色顯示各位置之應力值。繪圖視窗中同時顯示圖例表，指示各顏色所代表之應力值。對話框並顯示材料名稱及其降伏強度，以及變形顯示放大倍率之拉桿。

2. 網格細分前後之比較

網格細分後零件上之元素數目從12277增加為21237，繪圖視窗並以（邊線

上彩顯示）顯示模型網格。元素細化之狀態清楚顯示於下圖。

3. 網格細分前後應變能之比較

接著顯示應變能分布圖。按下（應變能與精度）圖示，系統即顯示如下圖之對

話框，其中第一欄顯示估計值之精度，第二欄則顯示應變能，並以等值色彩模型顯示於繪圖視窗，如下圖左所示。網格細分前後應變能之比較顯示，細分後全域之應變能精確度升高，估計誤差值由8.77％減小至到7.％。

4. 儲存檔案

完成零件之靜力分析之後將檔案儲存起來，所儲存之檔案副檔名為．CATanalysis。當重新分析檔開啟時，若所關連之零件檔案名稱變更，則必須在下拉式功能表中選擇Edit＞Links指令，重新連結檔案。

下圖為零件分析完成之圖示