Catia静态有限元分析指南
CATIA有限元分析教程
CATIA有限元分析教程CATIA是一款强大的CAD软件，广泛应用于设计和工程领域。
它不仅可以用于3D建模和装配设计，还可以进行有限元分析（FEA），这是一种用于预测和优化结构的数值方法。
以下是一个CATIA有限元分析的简要教程。
第一步是导入CAD模型。
CATIA支持导入不同格式的CAD文件，包括STEP、IGES和CATPart等。
选择合适的导入选项，并将CAD模型导入到CATIA中。
接下来，选择适当的有限元网格划分方法。
有限元网格是将结构划分成小元素的过程，用于数值计算。
常用的方法包括四面体法和四边形法。
网格划分的质量会直接影响有限元分析的准确性和计算效率。
在划分网格之后，定义材料属性和载荷条件。
根据结构的实际情况，选择适当的材料模型，并为材料指定相应的材料参数。
在指定载荷条件时，需要确定结构受力的位置和大小，并设置相应的边界条件。
完成前面的准备工作后，可以开始进行有限元分析。
CATIA提供了各种有限元分析求解器，包括静力分析、动力分析、热分析和优化等。
选择合适的分析类型，并设置求解器的参数。
然后，运行求解器并等待计算结果。
计算完成后，可以查看并分析有限元分析的结果。
CATIA提供了各种可视化工具，用于显示结构的应力、位移、应变等结果。
还可以使用剖面功能，查看特定截面上的应力分布。
通过对结果的分析，可以评估结构的性能，并优化设计。
最后，根据分析的结果，进行必要的设计优化。
根据这些结果，可以对结构进行各种修改，例如增加材料厚度、调整构型、改变几何形状等。
然后，再次进行有限元分析，以评估优化后的设计的性能。
总结起来，CATIA是一款功能强大的CAD软件，可以用于进行有限元分析。
通过正确导入CAD模型、划分适当的有限元网格、定义合适的材料属性和载荷条件、运行有限元分析求解器并分析结果，可以对结构的性能进行评估和优化。
这些步骤可以帮助工程师更好地理解和改进设计，提高产品的质量和效率。
catia静强度有限元分析1
CATIA静强度有限元分析
（5）定义属性 通过3D Property按钮给转向管柱赋予3D实体属性。在Supports一栏
里选择实体并点击OK确认。
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CATIA静强度有限元分析
（6）定义约束 通过Clamp按钮在转向管柱下端选择如图所示曲面来施加全约束。
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CATIA静强度有限元分析
（7）施加载荷 通过Moment按钮，选择转向管柱的花键连接部分的曲面，如下图所
（三）壳体零件的分析-拉带强度分析 （1）提取表面 （2）划分网格 （3）定义材料 (4）定义属性 （5）定义约束 （6）建立孔连接 （7）定义面的焊接关系 （8）施加载荷 （9）求解计算 （10）读取应力结果 （11）读取位移结果
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1、CATIA基本操作
CATIA静强度限元分析
平移：按中键不放，同时移动鼠标。 旋转：先按住中键不放，再按住左键或右键（建议右
示，施加扭矩。
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CATIA静强度有限元分析
（8）求解计算 点击Compute按钮，选择Static Case Solution.1进行求解计算。
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CATIA静强度有限元分析
（9）读取应力结果 通过按钮Von Miss Stress显示应力结果。
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CATIA静强度有限元分析
（10）读取位移结果 通过按钮Displacement显示位移结果。
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CATIA静强度有限元分析
（2）定义属性和材料
选择 命令，弹出下图所示对话框，选择Metal下的Steel材料，单击OK。
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CATIA静强度有限元分析
（2）定义属性和材料
单击 （3D Property） 命令，弹出下图所示对话框，在绘图窗口选择悬置支
catia静强度有限元分析1
CATIA静强度有限元分析
（5）定义属性 通过3D Property按钮给转向管柱赋予3D实体属性。在Supports一栏
里选择实体并点击OK确认。
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CATIA静强度有限元分析
（6）定义约束 通过Clamp按钮在转向管柱下端选择如图所示曲面来施加全约束。
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CATIA静强度有限元分析
（7）施加载荷 通过Moment按钮，选择转向管柱的花键连接部分的曲面，如下图所
CATIA软件在机械设计方面功能强大，但机械设计只是软件功能的一部 分。对于机械设计工程师来说，在设计完成产品中，对于产品能否满足强 度要求，能否满足各种行业标准和规范的要求，就需要对设计的产品进行 强度分析。
CATIA软件此方面的功能特别有助于新产品的开发。对于新的设计模型， 设计者可以方便地了解结构的应力分布情况，随时修改结构。
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一、实体零件分析方法
CATIA静强度有限元分析
[开始-分析与模拟-Generative Structural Analysis（通用求解器）]，弹出的模 块选择静力分析，并确定。
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CATIA静强度有限元分析
（1）装配体模型加载：
打开悬置支架Product产品模型，由于可以用接触关系模拟螺栓连接，选择所有 的螺栓及螺母，然后隐藏。
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CATIA静强度有限元分析
（2）定义属性和材料
选择 命令，弹出下图所示对话框，选择Metal下的Steel材料，单击OK。
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CATIA静强度有限元分析
（2）定义属性和材料
单击 （3D Property） 命令，弹出下图所示对话框，在绘图窗口选择悬置支
架实体，在Supports中显示在1 Body(on Publication),表示悬置支架已选中；激
CATIA-有限元分析教程
3. 高级约束
该功能提供了对任意节点的 （平移）自由度的约束控制。施加
此约束的过程是：（1）单击该图 标，弹出图8-5所示高级约束对话 框。（2）选择约束对象（曲面或 棱边）。（3）选择坐标系类型， 其中Implicit：隐含（局部）坐标 系、Global：全局坐标系、User： 用户定义坐标系。（4）选择要约 束的自由度（旋转自由度只对壳 体单元或虚拟实体起作用），
的质量，单击OK按钮，
结果见图8-24。
图8-23 分布质量对话框
图8-24施加分布质量后的零件
（3）附加面质量密度 以单位面积的方式为形体附加质量。单击 图标，弹出
与图8-25所示对话框类似的面线质量密度对话框。选择形体 的表面，输入面质量密度数值即可。 上述约束施加方法和静态分析施加约束方法. 8.5.2计算 1. 确定存放计算数据和计算结果文件的的路径（同静态分析）。 2. 确定计算模态的最高阶数 双击图8-26(a)所示特征树上频率分析工况节点 ，弹出图8-26(b)所示频率参数对话框，在对话框中指定计算模 态的最高阶数，例如10。
图8-13选择了夹紧约束和施加了轴承载荷的零件
8.4.1计算
1. 确定存放计算数据和计算结果文件的的路径.
可以通过下面两种方法指定计算数据和结果存储路径：
（1）选择图标
，通过随后弹出的图8-14所示的确定存储路
径对话框输入计算数据和计算结果文件的的路径。
图8-14确定存储路径对话框
（2）通过图8-15特征树Links Manager节点的目录， 双击该目录的分支，即可更改存储路径。
移值，参照图8-12。
图8-11位移载荷对话框
图8-12在夹紧约束上施加位移载荷
CATIA有限元分析计算实例 完整版教案资料
C A T I A有限元分析计算实例完整版CATIA有限元分析计算实例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。
装配件catia有限元分析
装配件的有限元分析1、打开装配件。
2、进入工作台在菜单栏中选择【开始】→【分析与模拟】→【Generative Structural Analysis】命令，进入【结构有限元分析】工作台。
3、进入分析模块进入【结构有限元分析】工作台后，弹出窗口【New Analysis Case】,如图3-1所示，选择【Static Analysis】选项,单击【确定】按钮，生产一新分析算题。
3-1装配件有限元模型4、指定材料 (material)点击工具栏图标来指定零件材料，系统可能弹出图3-2所示对话框，提示没有中文材料库，确定即可；弹出图3-3所示对话框，左键点击【Analysis Manager】模型树内【Rubber】, 再点击材料库对话框内【Other】卡片下的【rubber】，【确定】完成橡胶主簧材料的指定。
3-2无中文材料库报错对话框3-3材料指定对话框同理定义上液室、惯性通道体、下液室均、橡胶底模为铝制材料【aluminium】，外壳为橡胶【rubber】。
5、网格划分（nodes and elements）双击模型树中的来调整rubber的单元划分参数，则弹出图3-4所示四面体网格密度定义对话框，输入图中所示数值，完成网格参数修正。
同理对其他部分划分网格。
3-4网格划分密度定义对话框6、定义约束(Restraints)装配件通过橡胶底模用螺栓固定在车身或车架上，可以用橡胶主簧和外壳的完全固定来模拟分析，单击【Restraints】工具栏中的【Clamp】按钮，弹出图3-5所示【Clamp（夹紧）】定义对话框，选择橡胶主簧上表面和外壳下表面固定，【确定】完成约束定义。
3-5、定义约束7、定义装配件接触约束定义在左边的模型树中将【Links Manager.1】展开，显示出装配件下面的约束，选择【曲面约束.1】，单击【Connection Properties】工具栏中的【Fasten Connection Property】按钮，弹出如图3-6所示对话框，对话框显示已经选择了一个约束，单击【确定】按钮，关闭窗口。
catia 有限元分析命令详解
8.1 进入工程分析模块
1. 进入工程分析模块前的准备工作 （1）在三维实体建模模块建立形体的三维模型，为三维形体添
加材质，见4.7。
（2）将显示模式设置为Shading（着色）和Materials（材料）， 这样才能看到形体的应力和变形图，详见2.11.6。
2. 进入工程分析模块
选择菜单【 Start 】 【 Analysis & Simulation 】 【Generative Structural Analysis】弹出图8-1所示新的分析实 例对话框。 在对话框中选择静态分析（Static Analyses）、限制状态 固有频率分析（Frequency Analyses）还是自由状态固有频率 分析（Free Frequency Analyses），单击OK按钮，将开始一 个新的分析实例。
单击图标
，弹出对话框。（2）选择约束对象，同
时在形体附近显示静态约束标记 。
8.3 施加载荷 1. 均匀压力载荷 该载荷施加于曲面或平面，均匀分布，方向为表面的法向方 向。操作步骤为：（1）单击该图标 ，弹出图8-7所示施加 压力载荷对话框。（ 2）选择施加对象（表面）。（ 3 ）输入 压力数值（压强），参照图8-8。
体单元或虚拟实体起作用），
图8-5高级约束对话框
例如约束图8-6所示形体外棱边的2（Y方向）和3（Z方 向）的平移自由度，第一自由度（X方向）未被约束， 因此X轴上无箭头。
图8-6 选择棱边为高级约束
4．静态约束 该功能使形体不能产生刚体运动，成为静定状 态（约束平移和旋转自由度）。操作步骤是：（1）
图8-13选择了夹紧约束和施加了轴承载荷的零件
8.4.1计算 1. 确定存放计算数据和计算结果文件的的路径. 可以通过下面两种方法指定计算数据和结果存储路径： （1）选择图标 ，通过随后弹出的图8-14所示的确定存储路 径对话框输入计算数据和计算结果文件的的路径。
catia静强度有限元分析2
CATIA静强度有限元分析
至此大家对CATIA CAE的基本操作和流程有了初步的了解。希望大家记住 的是：
1选择；2材料；3网格；4属性； 5约束 ；6载荷；78求解加结果
CATIA静强度有限元分析
（三）壳体零件的分析-拉带强度分析 菜单栏中：start-Shape-Generative Shape Design（创成式曲面设
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（2）定义材料 也可通过User Material按钮自定义材料参数。
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CATIA静强度有限元分析
（3）划分网格 点选实体网格划分工具Octree Tetrahedrom Mesher并选中实体
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CATIA静强度有限元分析
（3）划分网格 定义网格尺寸大小，将Size设置为5mm；定义弦差，给Absolute sag
（6）施加载荷 通过Moment按钮，选择转向管柱的花键连接部分的曲面，如下图所
示，施加扭矩。
压力 分布力 重力 力场密度 位移 温度载荷 混合载荷
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CATIA静强度有限元分析
（7）求解计算 点击Compute按钮，选择Static Case Solution.1进行求解计算。
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CATIA静强度有限元分析
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CATIA静强度有限元分析
（四）发动机悬置支架强度分析 （1）进入高级模块划分壳网格 （2）进入通用工具定义材料 （3）划分实体网格 （4）创建连接 （5）创建虚拟体 (6）定义属性 （7）定义约束 （8）施加载荷 （9）求解计算 （10）读取结果
1、CATIA基本操作
CATIA静强度有限元分析
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CATIA静强度有限元分析
（2）定义材料 通过Material on Analysis Connection按钮给转向管柱定义材料参数。
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Catia静态有限元分析指南
注意：在进行有限元分析之前，必须赋予零件材质属性。
切换到GPS模块时出现的对话框说明如下：
缺省情况下，CATIA会自动计算并为每个零件赋予网格特性。
网格特征可以删除和添加。
一、模型管理
创建四面体网格，用于3D体单元网格划分。
创建2D面网格，用于面和板壳单元网格划分。
创建1D网格，用于线和梁单元网格划分。
修改局部网格大小，达到网格划分不同密度的需要。
修改网格类型，分为线性和非线性两种。
创建局部网格塌陷。
创建实体特性，缺省情况下，CATIA自动为part赋予实体特性。
创建壳单元特性。
创建梁单元特性，分为以下几种：
圆柱，参数R。
管状，参数R i和R o。
矩形，参数H和L。
匣形，参数L i、L e、H i和H e。
U形梁，参数H、L和T。
I形梁，参数H、L、T l和T h。
T形梁，参数H、L、T h和T l。
X形梁，参数H、L、T h和T l。
用户自定义的梁。
输入梁的参数数值。
创建导入的梁特性。
检查模型，可以检查特性、连接和网格等方面，建议在进行计算之前进行模型的检查。
二、网格规范
创建适应性框，来修改网格规格。
三、群组
群组功能可以使你生成一组点、线、面和体的映像，方便操作。
群组点。
群组线。
群组面。
群组体。
四、连接特性
创建滑动连接，在共同的接触面上，垂线方向上两个体扣紧，切线方向上可以相互滑动。
创建接触连接，防止体在彼此共同接触面上分离。
创建扣紧连接，使体在共同面上扣紧。
创建压力装配连接，防止体在彼此共同接触面上分离。
创建螺钉固定连接，防止体在彼此共同接触面上分离。
创建刚性连接，在体之间的共有边界上创建硬性的紧扣连接，表现就好像共有面见具有无穷的刚性。
创建柔性连接，在体之间的共有边界上创建紧扣连接，表现好像它们之间是柔软的。
创建虚拟刚性螺钉连接，只考虑使用螺钉装配式的拉紧压力，而不包括螺钉。
创建虚拟柔性螺钉连接，在一装配系统中指定边界作用。
自定义间隔连接，在一定的距离之内，指定单元的类型和关联特性。
创建点焊连接，在两体之间创建焊点连接。
创建焊缝连接，在两体之间创建焊缝连接。
五、虚拟零件
虚拟零件是创建的一种没有几何体支持的结构，在单个零件或装配的结构分析中具有很大的作用。
虚拟零件常用做在一定距离上传递作用效果，这样它们可以被认为是刚性体，除了那
些利用弹性单元的集中弹性体。
创建刚性虚拟零件，生成硬性地传递作用效果的虚拟刚性零件。
创建柔性虚拟零件，生成柔性的传递作用效果的虚拟刚性零件。
创建接触虚拟零件，生成接触传递作用效果的虚拟刚性零件。
创建刚性弹簧虚拟零件，生成硬性的传递作用效果的弹簧虚拟零件。
创建柔性弹簧虚拟零件，生成柔性的传递作用效果的弹簧虚拟零件。
创建周期性条件，通过两个面之间联结一起的自由的角度来模拟周期条件，来承受作用效果。
六、质量设备
创建分布质量设备，在一给定的点上生成一个无结构的集中质量分布，等价于一个集中的整体质量。
创建线质量密度，在一线性几何上，用给定的一致的密度生成标量的线质量区域。
创建面质量密度，在一面几何上，用给定的一致的密度生成标量的面质量区域。
七、约束
创建夹紧约束，在选择的几何体上固定所有的自由度。
创建面滑动，生成面约束连接，面上的点可以沿刚性的面滑动。
创建球连接，生成球形连接，允许一刚性体围绕给定的点旋转。
创建滑动，生成棱连接，允许一刚性体沿指定的轴滑动。
创建旋转，允许一刚性体沿指定的轴旋转。
创建滑动旋转，生成圆柱连接，允许一刚性体沿指定的轴滑动和旋转。
创建高级约束，在选定的几何体上固定任意自由度。
创建静态约束，在一零件上生成静态的固定的支持。
八、载荷
创建压力，在一面上生成压力载荷。
创建分布力，生成等价于在一点上加载的存力的力的系统（给定的是合力，并力矩为零）。
创建分布力矩，生成等价于一存力偶得力矩系统(给定的是合力矩，力为零).
创建分布轴承载荷，在圆柱上模拟接触载荷。
导入力，从一文本文件或者excel文件中导入力，无论是在一面上还是在虚拟零件上。
导入力矩，从文本文件或者excel文件中导入力矩，在面上。
创建线性力密度，在一零件边缘利用给定的统一强度生成一线性力场。
创建面力密度，在一零件面上利用给定的强度生成牵引力场。
创建体积力，在一零件上利用给定的强度生成一定体积的力场。
创建加速度，在一零件上生成统一的加速度场。
创建旋转，在一零件上生成一线性变化的加速度场。
创建强迫位移，在选择的受约束的几何体上指定非零位移。
创建温度场，用给定的温度加载实体。
九、结果计算
指定外部存储，指定一个外部存储分析结果的路径。
清除数据，为了节省空间。
创建临时数据存储路径。
计算目标。