catia钢结构设计模块 catia水工金属结构设计

2017/4/7 14:17:14

    可以看出CATIA V5在机械设计方面的功能比较强大的,但机械设计只是软件功能的一部分。对于从事水工金属结构设计的工程师来说,CATIA的自动网格划分和有限元分析也 有很大的吸引力。

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在产品设计完成后,对于产品能否满足强度要求,就要对产品进行应力与应变分析,以往设计者往往需要将此部分的工作利用其它有限元分析软件 单独进行,现在在CATIA V5中集成了有限元分析的功能,设计者可以在产品的设计过程中随时对结构进行应力应变分析,以便对结构随时进行修改。

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由于CATIA软件的网格划分是自动 进行的,因此,有时候设计者并不需要完全了解有限元分析的内涵,这对于侧重工程设计的工程师来说这是非常有吸引力的。

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    下面对悬臂轮的主要受力零件"轴",利用CATIA的通用结构有限元分析模块(Generative StructuraIAnalysis)进行分析。悬臂轮轴是一个轴端受集中载荷和扭矩的简支结构。

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    将零部件模型"轴"赋予材料属性,选择钢steel,然后进入通用结构有限元分析模块,首先定义全局网格的大小,此处定义的为15mm,CATIA有限元 分析中用于3D的单元是四面体网格,且划分是自动的。

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如同其他相关有限元分析软件,依次加载边界约束条件,载荷条件,就可以进行求解。在后处理中,设计者 可以通过相应的菜单观察结构网格划分的情况,以及显示结构的等效应力、应变云图。

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可以看出最大的等效应力出现在支承的左侧截面,这与材料力学求解的情况是 一致的,最大的等效应力为64.6MPa,这与实际计算结果的60MPa是非常接近的,并且可以看出在此危险截面处的最大应力是在安全范围内的,这也就是 说轴的强度可以满足要求。

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    由此可以看出在设计过程中设计者可以随时对产品或者零部件进行简单的有限元分析,找出结构中薄弱或者不合理的地方,进行修改。

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    同时,基于CATIA所建立的模型可以另存为许多通用的3D格式,以便后期将产品导入更加专业、全面的大型通用有限元分析软件中进行分析。

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5 基于CATIA的工程图设计

    工程图设计是CATIA的重要组成部分,目前对于大多数水利设计院来说,都要以工程图的形式在不同的部门和生产厂家之间交流。在CATIA中存在着创成式 工程图设计和交互式工程图设计两种方式,创成式工程图设计可以从3D零件和装配件生成相关联的2D图纸,2D图纸和3D主模型之间的关联性使设计者可以进 行模型设计与图纸标注的并行工作;并且设计者对3D主模型进行的修改会反映到2D的工程图当中,而无需设计者干预,这样就可以让设计者把所有的精力都放在 产品设计上,而无需进行繁复的制图工作,交互式工程图设计可以在二维环境下对创成式工程图工作台所生成的工程图进行编辑,以符合相应的国家制图标准,以及 满足不同生产厂家对图纸的要求,从而实现了从三维设计到二维设计的无缝连接。

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CATIA生成的工程图可以保存为CATIA的CATDrawing格式,也 可保存为通用的DWG或DXF格式,以便不同的CAD软件之间进行数据交换。

6 小结

    CATIA V5解决方案覆盖了产品开发的整个过程,给设计者提供了完备的设计能力,从水工金属结构的规划布置设计到最终产品的形成,从单个零件的设计到最终虚拟样机 的建立,CATIA以其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段。

本文以某水工钢闸门的悬臂轮装置为例,基于CATIA 软件实现该装置的三维零件设计、装配、干涉分析、有限元分析、工程制图、数据转换一体化,覆盖了产品设计的整个过程。

此外,作为一个完全集成化的软件系 统,CATIA将机械设计、参数设计、工程分析及仿真、数控加工和CATweb网络应用解决方案有机的结合在一起,有待于我们作进一步研究,总之,利用现 代设计技术进行水工金属结构的一体化设计与仿真,可以缩短产品研发周期,减少产品开发费用和成本,提高产品竞争力和质量,具有非常重要的现实意义和巨大的 工程应用价值。