CATIA有限元工程结构分析（CAE）

随着产品结构的复杂化与大型化，以及对精度和可靠性要求的不断提高，传统的工程结构计算与分析方法已无法满足现代工程的需要，基于有限元的计算机辅助工程结构分析是目前*为理想和有效的技术解决方案。针对有限元工程结构分析技术及CATIA工程分析模块的核心内容，按着基础知识铺垫、分析流程熟悉、技术操作和实践应用的顺序，本书设置12个主体章节以及工程结构分析过程中常用的力学符号及物理量纲、CATIA工程分析功能图标一览表等附录，力求系统和全面地表述计算机辅助工程结构分析的相关知识。主体章节围绕具体实例撰写了详细的操作步骤，精心设计了训练综合应用能力的环节，同时也将作者在教学与工程实践过程中的经验和技巧融入其中，以使读者能够熟练、准确、灵活、高效地运用计算机辅助技术进行工程结构分析。利用音视频信息与互联网技术，在本书全部知识点均配套建设了在线教学资源，通过扫描书中插入的二维码可直达对应内容的视频讲解与电子教案，专业教师辅导随时在你身边。

全书的知识体系和内容设置既便于读者系统地学习计算机辅助工程结构分析知识与技能，又可满足实际工作中对经常用到的约束、载荷及相关工程标准等关键技术内容的查询需要。

序

前言

第1章  有限元分析基础1

1．1  概述1

1．1．1  有限元分析的概念1

1．1．2  一般步骤1

1．1．3  优越性2

1．1．4  应用领域3

1．2  基础知识4

1．2．1  基本概念4

1．2．2  基本方程7

1．2．3  位移模式9

1．2．4  虚位移原理15

1．2．5  平面问题分类17

1．3  模型建立20

1．3．1  建模原则20

1．3．2  单元类型及特性定义23

1．3．3  对称性分析24

1．3．4  边界条件的建立27

1．4  静力学分析36

1．4．1  杆系分析36

1．4．2  弹性力学平面问题43

1．4．3  轴对称问题46

1．4．4  空间问题51

1．4．5  薄板弯曲56

1．5  动态分析59

1．5．1  内容与任务59

1．5．2  单元分析60

1．5．3  总体矩阵集成62

1．5．4  固有特性分析62

1．5．5  响应分析64

第2章  CATIA工程分析模块综述66

2．1  概况66

2．1．1  模块功能66

2．1．2  进入模块前的设置66

2．1．3  进入模块的方法69

2．2  工作窗口71

2．2．1  窗口布局71

2．2．2  工具栏71

2．2．3  结构树77

2．3  工程分析流程78

第3章  模型准备及预处理79

3．1  材料添加79

3．1．1  材料添加方法79

3．1．2  材料库81

3．1．3  零件材料添加86

3．1．4  装配件材料添加88

3．1．5  连接关系材料添加90

3．2  用户自定义材料91

3．3  材料的修改93

3．3．1  材料属性的修改93

3．3．2  材料纹理的定位98

3．4  模型简化99

3．4．1  装配体简化99

3．4．2  零部件细节处理100

第4章  网格划分102

4．1  网格划分的基本原则102

4．2  网格划分的方法103

4．3  通用结构分析工作台划分网格104

4．3．1  实体网格划分104

4．3．2  曲面网格划分112

4．3．3  梁单元网格划分114

4．4  高级网格划分工作台划分网格118

4．4．1  曲面填充的实体网格划分118

4．4．2  曲面网格划分120

4．4．3  高级梁单元网格划分134

4．5  网格质量分析141

4．5．1  自由棱边显示142

4．5．2  交叉和干涉检查144

4．5．3  重复单元检查147

4．5．4  平面切割150

4．5．5  单元质量分析151

4．6  定义单元特性157

4．6．1  实体单元特性158

4．6．2  壳单元特性162

4．6．3  梁单元特性168

第5章  虚拟零件176

5．1  概述176

5．1．1  定义176

5．1．2  工具栏176

5．2  柔性虚件和刚性虚件177

5．2．1  柔性虚件177

5．2．2  刚性虚件179

5．2．3  刚柔性虚件的区别179

5．3  接触虚件180

5．4  弹簧虚件182

5．4．1  柔性弹簧虚件182

5．4．2  刚性弹簧虚件187

5．4．3  刚柔性弹簧虚件的区别189

第6章  连接关系191

6．1  概述191

6．2  通用连接关系191

6．3  点连接关系193

6．3．1  装配件内点连接关系193

6．3．2  零件内点连接关系196

6．4  线连接关系197

6．4．1  装配件内线连接关系197

6．4．2  零件内的线连接关系199

6．5  面连接关系201

6．5．1  装配件内面连接关系201

6．5．2  零件内面连接关系203

6．6  点连接支撑204

6．6．1  点-点连接关系204

6．6．2  结合面分析点206

第7章  连接特性208

7．1  概述208

7．2  面-面连接特性210

7．2．1  滑动连接特性210

7．2．2  接触连接特性213

7．2．3  扣紧连接特性215

7．2．4  扣紧弹性连接特性216

7．2．5  过盈配合连接特性218

7．2．6  螺纹连接特性221

7．3  距离连接特性226

7．3．1  刚性连接特性227

7．3．2  柔性连接特性229

7．3．3  虚拟螺纹连接特性231

7．3．4  虚拟弹性螺纹连接特性233

7．3．5  用户自定义距离连接特性235

7．4  焊接连接特性238

7．4．1  焊点连接特性239

7．4．2  焊缝连接特性241

7．4．3  焊面连接特性243

7．5  基于点的连接特性246

7．5．1  节点-节点连接特性246

7．5．2  结合面点连接特性249

第8章  约束251

8．1  概述251

8．2  夹紧约束251

8．3  运动副约束253

8．3．1  滑动约束253

8．3．2  棱柱约束255

8．3．3  圆柱铰约束257

8．3．4  球铰约束260

8．3．5  铰接约束262

8．4  高级约束264

8．4．1  用户自定义约束264

8．4．2  静定约束266

第9章  载荷268

9．1  概述268

9．2  压强268

9．3  力270

9．3．1  均布力270

9．3．2  力矩272

9．3．3  轴承载荷274

9．3．4  导入力277

9．3．5  导入力矩279

9．4  体运动载荷283

9．4．1  加速度283

9．4．2  离心力285

9．5  力密度287

9．5．1  线力密度287

9．5．2  面力密度289

9．5．3  体积力密度291

9．5．4  力密度292

9．6  强制位移载荷294

9．7  温度295

9．7．1  温度场295

9．7．2  热解方案导出的温度场297

9．8  高级载荷298

9．8．1  组合载荷298

9．8．2  装配载荷301

第10章  模型检查304

10．1  实体检查304

10．2  连接检查309

10．3  检查其他属性311

第11章  求解与分析315

11．1  求解315

11．1．1  计算316

11．1．2  全局适应性调整318

11．1．3  全局适应性计算320

11．2  求解工具323

11．2．1  指定外部存储323

11．2．2  清除外部存储325

11．2．3  指定临时外部存储326

11．3  结果分析327

11．3．1  图像327

11．3．2  分析工具341

11．3．3  生成报告356

11．4  插入新的分析案例359

第12章  工程实例363

12．1  弹性支撑件363

12．1．1  模型准备363

12．1．2  创建虚件374

12．1．3  施加约束377

12．1．4  施加载荷379

12．1．5  模型检查与网格质量检查380

12．1．6  计算与分析381

12．2  大型机架384

12．2．1  模型准备386

12．2．2  定义连接关系与连接特性389

12．2．3  创建虚件391

12．2．4  定义约束391

12．2．5  施加载荷393

12．2．6  模型检查393

12．2．7  计算与分析394

12．3  轻型转向驱动桥395

12．3．1  模型准备396

12．3．2  定义连接关系与连接特性399

12．3．3  添加虚件402

12．3．4  定义约束402

12．3．5  施加载荷403

12．3．6  模型检查408

12．3．7  计算与分析409

12．4  曲轴模态分析409

12．4．1  模型准备410

12．4．2  网格划分411

12．4．3  模型检查413

附录417

附录A  工程分析常用力学符号及物理量纲417

附录B  CATIA工程分析功能图标一览表419

参考文献426