CATIA V5教程——组件应力分析

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第四節 組立之應力分析

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、 定義零件連結 五、 夾持與負載 六、 分析與結果 七、 網格重新設定 八、 分析與結果

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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，選取組立檔7-4 Fan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。組立檔7-4Fan為一風扇如下圖所示，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

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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。

二、 指定材質

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各零件，並按

料）圖示，切換至Metal金屬材料之頁並選擇Aluminium鋁材，如下圖右所示。

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下圖為各零件完成材料給定後，組合件之彩現圖形。

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組立檔，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。

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2. 另存新檔

在進行邊界條件與負載設定之前，可先將組立之分析模組儲存為應力分析檔。在下拉式功能表中選擇File＞Save As另存新檔，並鍵入檔案名稱7-4 Fan stress Analysis1如下圖所示。

四、定義零件連結

1設定限制條件

在進行組立分析之前，首先必須將組立件定義成為一個主自由度為0的物件，否則將無法進行分析，按下

）圖示，出現如下圖左之對話框。

接下來選擇模型樹組立條件中的兩個面接觸限制條件，如下圖左所示，將其設定

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為Rigid Connection剛性連結，完成後，組立件會多出Connection的圖示，如下圖右所示。

剛性連結

五、夾持與負載

1. 設定夾持

本範例假設風扇之底部夾持固定，並在其上緣施加一壓力。首先以滑鼠左鍵點選底部之面，如下圖左所示。接著按下

）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底部夾持固定。完成夾持設定之後系統顯示邊界條件之圖元於指定之底部上，如下圖右所示。

2. 設定負載

首先以滑鼠左鍵點選風扇頂面，接著按下

）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1e+8N/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。

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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

）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。

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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

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。

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將拉桿調整至最大倍率

5.總位移向量顯示

接著顯示位移分布圖。按下

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。

6. 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

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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

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

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。

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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

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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。

點選此網格尺寸並雙按滑鼠左鍵2

次

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

）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。

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2. 網格細分前後應變能之比較 接著顯示應變能分布圖。按下

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29.1％減小至到25.3％。

3. 儲存檔案

完成組立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

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