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基于 catia 的简单零件设计及有限元分析专用汽车结构与设计课程论文摘要 零件受载时的变形平衡及可靠性是工程应用中最常见的问题， 汽车作为最普遍的交通工具， 其中的要求更是广泛。 那么对某一具体的零部件， 分析及解决这一问题的最方便最 有效的方法就是有限元分析法， 下面基于 catia 软件， 对一实际的三脚连接静态受载的问题， 首先进行零件实体建模， 再利用有限元分析模块来解决。 在此过程中， 我们可以看到解决改 善这类问题的方法。关键词 零件实体建模 有限元分析 应力 变形正文基于如下问题的解决方法探索:已知三脚连接件如下，需要分析其受载时的状况。分析： 要解决其受载变形平衡及可靠性的问题， 就得首先清楚其受载情况然后在从应力 应变的角度去分析， 而此零件不是简单的简支梁支杆的问题， 所以不能用传统的方法去解决， 但是我们可以将其转化了成熟知的问题， 再来解决。 有限元分析法就是基于这个目的而产生 的，它的基本概念就是用较简单的问题代替复杂的问题再求解， 将求解域看成是由许多称为 有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求 解总域的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。当然这个解不是准确解，而是 近似解，因为实际问题被较简单的问题所近似代替。由于大多数实际问题难以得到准确解， 而有限元不仅能适应各种复杂形状， 而且计算过程通过计算机完成的， 精度高， 速度快， 因 而成为行之有效的工程分析手段。所以基于此问题，我们利用 catia 中的有限元分析模块来解决。当然前提条件是实体建 模已完成，因此我们将问题分两步来完成。一零件实体建模零件的三视图及立体图已经充分给出，根据这我们就可以做出零件实体。1 .打开 catia，进入开始机械设计零件设计，点启用混合设计后就可以进入零件设 计的界面了。2 . 凸台 1 设计首先点击 YZ 平面并进入草绘，完成三脚中的一脚的剖面的设计：在进行 X 方向的对称拉伸：3.倒 R8 圆角 14.钻 10*5 的盲孔 1先进入草绘选择好圆心点再完成孔的设计5.挖 15 凹槽 1先完成平面草绘再进行拉伸，选择好方向，点选直到下一个6.圆形阵列 1 完成另两个脚进入草绘，完成圆形阵列 1 的轴线圆形阵列 1：7.R35 平面圆角 1 ，28.肋 1先完成肋 1 的横截面设计，进入草绘再完成肋 1 纵向位移线设计，进入草绘完成肋 1：9.末端 40*14 的旋转体设计先进入草绘，完成旋转轮廓及转轴的设计完成旋转体：10.螺纹孔 3 的设计与第 4 步钻孔类似，先完成草图里圆心的位置设定，再完成螺纹孔 3：11.肋棱边倒 R8 圆角 2选择好需要倒圆的肋的棱边，完成倒圆角 2：12.旋转体上表面倒 R8 圆角 313.R10 平面圆角 3，4设置如下：完成如图：14.底面倒 R1 圆角15.填充材料 steel最终完成零件实体的建模：二有限元分析实体建模完成后，就可以进行有限元分析了，不过我们得先知道零件的连接受载情况， 查资料可知， 此三脚连接件的三个脚连接某一零件， 而末端的螺纹孔连接另一个零件。 对两 个零件的连接， 会导致三脚连接件受载变形， 那么可以这么认为，相对而言， 可以认为它是 固定在其中某个零件上， 而在另一端进行受载。 假设其三个脚的部分是相对固定的， 而在螺 纹孔连接处受载，分别受肋向轴承载荷 300N；旋转载荷 Y 向 10Nm ，Z 向 16Nm；底部受 均匀压力载荷 20N/m2；最后受重力；整个过程都用静态有限元分析法。其解决方式如下：1.将零件置于带材料着色的状态，点击开始分析与模拟advanced meshing tools，进 入网格划分模块：2.网格划分点击网格划分符号，设置网格大小 7mm，绝对垂度 1mm ，然后点击确定，最后更新， 可得网格划分图：3.点击开始分析与模拟generative structure analysis，进入有限元分析模块：4.对零件填充三维特性与材料特性：5.对三脚施加夹紧约束：6.根据以上对零件受力施加载荷：7.点击计算符号，进行自动计算8.生成冯米斯应力图：9.显示变形情况：10.位移显示：11.能量误差估计：整个实体建模及有限元分析过程就完成了。结语通过对以上零件的分析， 可以知道该零件在假设所加的应力情况下的变形与应力情况不 是很理想， 尤其是变形比较大； 解决的办法就是改变零件的材料或结构， 或者通过正确的连 接来改善受载情况， 以使零件工作的可靠性提高。 同样， 对于汽车零件， 也可以用相同的方 法来分析解决问题，改善零件受力变形以达到设计所要求的可靠性。参考文献1韩书葵 胡仁喜 刘昌丽 CATIA V5 应用教程M清华大学出版社.北京交通大学出版 社北京 20082盛选禹 唐守琴 CATIA 有限元分析命令详解与实例M机械工业出版社北京 2006 3尤春风 CATIA V5 机械设计M清华大学出版社北京 20024盛选禹 CATIA 三维模型入门与提高机械工业出版社北京 2003