CosmosWorks實例教程一

2013-06-01 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

摘要]:COSMOS是SRAC(Structural Research & Analysis Corporation)推出的一套強大的有限元分析軟件。SRAC位于美國加州的洛杉磯,從1982年成立至今,SRAC一直至力于有限元CAE技術(shù)的研究和發(fā)展。早期的有限元技術(shù)高高在上,只有一些國家的部門如宇航,軍事部門可以使用,而此后的一些有限元分析軟件也都存在界面不友好、難學(xué)難用的缺點,且要求的設(shè)備昂貴。雖然用的范圍大了一些,但也都是集中在大學(xué)和一些研究機構(gòu),只有少數(shù)專業(yè)人員才能有機會接觸,普通的工程師可望而不可及。然而自COSMOS出現(xiàn)后,有限元分析的大門終于向普通工程師敞開了,把高高在上的有限元技術(shù)平民化,它易學(xué)易用,簡潔直觀,能夠在普通的PC機上運行,不需要專業(yè)的有限元經(jīng)驗。普通的工程師都可以進(jìn)行工程分析,迅速得到分析結(jié)果,從而最大限度地縮短設(shè)計周期,降低測試成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,加大利潤空間。

一 CosmosWorks介紹

1. 簡介

COSMOS是SRAC(Structural Research & Analysis Corporation)推出的一套強大的有限元分析軟件。SRAC位于美國加州的洛杉磯,從1982年成立至今,SRAC一直至力于有限元CAE技術(shù)的研究和發(fā)展。早期的有限元技術(shù)高高在上,只有一些國家的部門如宇航,軍事部門可以使用,而此后的一些有限元分析軟件也都存在界面不友好、難學(xué)難用的缺點,且要求的設(shè)備昂貴。雖然用的范圍大了一些,但也都是集中在大學(xué)和一些研究機構(gòu),只有少數(shù)專業(yè)人員才能有機會接觸,普通的工程師可望而不可及。然而自COSMOS出現(xiàn)后,有限元分析的大門終于向普通工程師敞開了,把高高在上的有限元技術(shù)平民化,它易學(xué)易用,簡潔直觀,能夠在普通的PC機上運行,不需要專業(yè)的有限元經(jīng)驗。普通的工程師都可以進(jìn)行工程分析,迅速得到分析結(jié)果,從而最大限度地縮短設(shè)計周期,降低測試成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,加大利潤空間。
做為世界上最快的有限元分析軟件,COSMOS采用FFE(Fast finite Element)技術(shù)使得復(fù)雜耗時的工程分析時間大大縮短,有一位工程師打趣說"自從有了COSMOS FFE技術(shù),我連喝咖啡的時間都沒有了"。
傳統(tǒng)的方法在分析裝配體時是先把零件拆散,然后一個個分別處理,耗時耗力,又存在計算結(jié)果不精確的缺點。COSMOS提供了多場/多組件的復(fù)雜裝配分析,從而大大簡化工程師的勞動,使得分析能夠更好地模擬真實情況,結(jié)果也就更精確。
   COSMOS主要功能模塊(產(chǎn)品):
         COSMOSWorks
         COSMOSDesignSTAR
         COSMOSMotion
         COSMOSFloworks
         COSMOSM GeoStar
其中COSMOSWorks 、COSMOSMotion、 COSMOSFloworks做為標(biāo)準(zhǔn)插件集成在SolidWorks中,整個的使用界面完全是Solidworks的風(fēng)格,只須簡單的操作,便可進(jìn)行分析。COSMOSDesignSTAR是獨立的分析界面,它不依賴于您使用的CAD,您的設(shè)計可以方便地輸入輸出。GeoStar是另一個獨立的界面,它提供COSMOS所有的分析功能。

COSMOS/Works是完全整合在SOLIDWORKS 中設(shè)計分析系統(tǒng)的,提供壓力、頻率、約束、熱量,和優(yōu)化分析。為設(shè)計工程師在SolidWorks的環(huán)境下,提供比較完整的分析手段。憑借先進(jìn)的快速有限元技術(shù)(FFE),工程師能非常迅速地實現(xiàn)對大規(guī)模的復(fù)雜設(shè)計的分析和驗證,并且獲得修正和優(yōu)化設(shè)計所需的必要信息。分析的模型和結(jié)果和Soli -dWorks共享一個數(shù)據(jù)庫,這意味著設(shè)計與分析數(shù)據(jù)將沒有繁瑣的雙向轉(zhuǎn)換操作,分析也因而與計量單位無關(guān)。在幾何模型上,可以直接定義載荷和邊界條件,如同生成幾何特征,設(shè)計的數(shù)據(jù)庫也會相應(yīng)地自動更新。計算結(jié)果也可以直觀地顯示在SolidWorks精確的設(shè)計模型上。這樣的環(huán)境操作簡單、節(jié)省時間,且硬盤空間資源要求很小。

COSMOS/WORKS能夠做哪些方面的分析,分別解決什么問題呢?

其基本模塊能做線性應(yīng)力、位移、頻率和室溫、熱分析,含裝配體分析,還可以選擇購買運動分析和流體分析模塊。
靜應(yīng)力分析----零件會斷裂嗎?是超安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計嗎?熱應(yīng)力作用下會失效嗎?

頻率分析----確定零件或裝配的造型與其固有頻率的關(guān)系,會發(fā)生共振嗎?在需要共振效果的場合,如超聲波焊接喇叭,音叉,獲得最佳設(shè)計效果。

失穩(wěn)分析----在壓載荷作用下,薄壁結(jié)構(gòu)件會發(fā)生失穩(wěn)嗎?在這些情況下一般不會達(dá)到材料失效(應(yīng)力超過材料屈服極限)。

熱分析----零件會過熱嗎?熱量在整個裝配體中如何發(fā)散?用輻射、對流和傳導(dǎo)三種方式研究熱量在零件和裝配中的傳播。

非線性分析----用于分析橡膠類或者塑料類的零件或裝配體的行為,還用于分析金屬結(jié)構(gòu)在達(dá)到屈服極限后的力學(xué)行為。也可以用于考慮大扭轉(zhuǎn)和大變形,如:突然失穩(wěn)。

間隙/接觸分析----在特定載荷下,兩個或者更多運動零件相互作用。例如:在傳動鏈或其他機械系統(tǒng)中接觸間隙未知的情況下分析應(yīng)力和載荷傳遞。

優(yōu)化----在保持滿足其他性能判據(jù)(如應(yīng)力失效)的前提下,自動定義最小體積設(shè)計。

后動力分析----零件或裝配體在動態(tài)激勵下的線性動力學(xué)分析,如地震激勵分析。

疲勞分析----預(yù)測疲勞對產(chǎn)品全生命周期的影響,確定可能發(fā)生疲勞破壞的區(qū)域,

流體動力學(xué)計算(CFD)----跟蹤導(dǎo)管內(nèi)部或者螺旋槳等表面的氣體、液體流動狀況。例如:CPU內(nèi)的空氣循環(huán)和冷卻,螺旋槳的升降。

電磁分析----研究導(dǎo)電原件的電磁相互作用,確定線圈和磁體感應(yīng)產(chǎn)生的機械力。

SRAC公司早在1985年她就開發(fā)出了世界上第一套應(yīng)用于PC機的有限元分析程序,1995年成為SolidWorks的第一家合作伙伴,1997年成為SolidWorks的第一家黃金認(rèn)證合作伙伴,2002年4月SRAC加入SolidWorks公司,從此COSMOS/WORKS 正式成為 SolidWorks 產(chǎn)品。

COSMOS/WORKS是SolidWorks? 家族最熱銷的分析解決方案,尤其適合于那些有分析需求但是缺乏相關(guān)有限元專業(yè)知識的工程師們的需要。COSMOS/WORKS集功能強大、計算精確和簡單好用三大特點為一身,能夠讓工程師們在一天之內(nèi)開始設(shè)計分析,并且迅速得到分析結(jié)果。COSMOS/WORKS能夠提供廣泛的分析工具去檢驗和分析復(fù)雜零件和裝配,它能夠進(jìn)行應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、變形分析、熱分析、設(shè)計優(yōu)化、線性和非線性分析。使用COSMOS/WORKS,工程師可以最大限度地縮短設(shè)計周期,降低測試成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,加大利潤空間。

只有COSMOS/WORKS含有精確應(yīng)力分析模塊(AccuStress),這是精確應(yīng)力計算中一個有著劃時代意義的工具, 象征著一個過渡期的劃分網(wǎng)格新技術(shù)。在局部區(qū)域網(wǎng)格劃分更細(xì)密以提供更精確的應(yīng)力計算結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化。

由于受到本行業(yè)高速解決方案的推動,COSMOS/WORKS能夠讓您只花上傳統(tǒng)FEA軟件價錢的一個零頭,就可以得到高端的COSMOS/WORKS的功能,從結(jié)構(gòu)分析、熱應(yīng)力分析到含間隙的裝配分析和接觸摩擦分析,COSMOS/WORKS無所不能。

使用革新化的精確工具,COSMOS/WORKS的計算結(jié)果相當(dāng)準(zhǔn)確足以優(yōu)化您的真實設(shè)計形狀,COSMOS/WORKS可以進(jìn)行虛擬試驗,在整個設(shè)計周期中進(jìn)行優(yōu)化,把投入造型和分析的財力和時間降至最低水平。

談到精確應(yīng)力分析結(jié)果時,大量的基準(zhǔn)試驗已經(jīng)證明主流的分析軟件中沒有一個能與COSMOS/WORKS相提并論。只有COSMOS/WORKS含有精確應(yīng)力分析模塊(AccuStress),這是精確應(yīng)力計算中一個有著劃時代意義的工具, 象征著一個過渡期的劃分網(wǎng)革新技術(shù)。在局部區(qū)域網(wǎng)格劃分更細(xì)密以提供更精確的應(yīng)力計算結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化,植入SolidWorks的優(yōu)化和仿真功能使COSMOS/WORKS幫助您無需頻繁地重新定義分析就可以更快更準(zhǔn)確地修改設(shè)計。

COSMOS/WORKS提供給您功能強大而又快速、精確的設(shè)計分析工具,確保您的設(shè)計分析更加輕松。

2.安裝要求

COSMOS/WORKS 的使用需要下列的軟硬件環(huán)境:

* Micorsoft Windows 95,98,2000,ME,XP 或NT4.0

* 基于Pentium 或AMD 的計算機

* 鼠標(biāo)

* CD-ROM 驅(qū)動器

* 最小64MB 內(nèi)存

* 100MB 磁盤空間

必須的授權(quán)文件

必須擁有授權(quán)文件才能運行COSMOS/Works。授權(quán)文件有三種文件格式:FLEXlm 授權(quán)文件(license.inf),license 文件(validat -e.com)和硬件鎖。COSMOS/Works 有三種安裝類型:單機,網(wǎng)絡(luò)安裝和一個授權(quán)服務(wù)器,網(wǎng)絡(luò)安裝和一個授權(quán)和文件服務(wù)器。

3.設(shè)計專題概念

在用SolidWorks 設(shè)計完幾何模型后,您可以使用COSMOS/Works 對其進(jìn)行分析。分析模型的第一步是建立一個設(shè)計專題。設(shè)計專題是由一系列參數(shù)定義的,這些參數(shù)完整的表述了物理問題的有限元分析。當(dāng)對一個零件或裝配體進(jìn)行分析時,典型的你想得到它在不同工作條件下的不同反應(yīng)。這就要求您運行不同類型的分析,實驗不同的材料,或指定不同的工作條件。每個專題都描述其中的一種情況。運用強大的有限元模型和解決技術(shù),COSMOS/Works讓你快速的研究多種條件下的情況。

一個設(shè)計專題的完整定義包括以下幾方面:

※ 分析類型和選項

※ 材料

※ 負(fù)荷和約束

※ 網(wǎng)格

網(wǎng)格描述幾何模型的物理模型。它是有限元分析所必需的。更多的信息請參考劃分網(wǎng)格一節(jié)。定義一個專題后,您就能進(jìn)行分析并查看分析結(jié)果了。您可以為不同的分析情況創(chuàng)建新的專題。所有的專題的分析結(jié)果都將被保存。當(dāng)然您也可以在同一個專題中,修改相應(yīng)的參數(shù)后再次進(jìn)行分析,但新的分析結(jié)果將取代舊的分析結(jié)果。定義一個專題時輸入?yún)?shù)沒有先后次序的要求。

4.使用設(shè)計專題

有兩種情況您需要運用有限元分析:

1)檢驗一個已存在的零件

當(dāng)檢驗一個已存在的零件或裝配體時,模型的幾何形狀已經(jīng)確定變化的只是有限元分析的參數(shù)象:分析選項、負(fù)荷和邊界條件、網(wǎng)格尺寸等。

2)進(jìn)行一個新的設(shè)計

當(dāng)進(jìn)行一個新的設(shè)計時,您想要拿出一個優(yōu)化的設(shè)計以滿足預(yù)期的工作環(huán)境和特殊需求。當(dāng)為滿足特定需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時,你也許需要擴(kuò)展專題的概念,專題將包括:模型幾何形狀的變化。這些變化只是通過SolidWorks 對一些特征的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

5.COSMOS/Works 的管理

COSMOS 文檔窗口分為兩欄。

* COSMOS/Works 管理設(shè)計樹:以樹結(jié)構(gòu)的方式顯示組織所有與分析有關(guān)的內(nèi)容,其形式與SOLIDWORKS 的特征管理樹一樣。

* 圖形顯示區(qū),進(jìn)行針對各個文檔的操作。

* 分析類型和屬性

你可以創(chuàng)建下列類型的專題:

※ Static(靜態(tài)):計算壓力、拉力和變形。

※ Frequency(頻率):計算共振頻率和。

※ Buckling(彎曲):計算臨界的彎曲負(fù)荷。

※ Thermal(熱流):計算溫度、和熱流動。

※ Optimization(優(yōu)化):對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化,以滿足功能、變化(尺寸變化)和約束的要求。

每種類型的專題,也具有不同選項的屬性。

6. 材料

在運行一個專題前,你必需定義好指定的分析類型所響應(yīng)需要的材料屬性。在裝配體中,每一個個零件可以是不同的材料。對殼定義用面屬性,每一個殼體具有不同的材料和厚度。有三種方法定義材料的屬性:

※ 從COSMOS/M 材料庫中指定。

※ 手工指定材料的屬性值。

※ 從CENTOR MATERIAL LIBRARY(一個插件)中指定。

* 材料的編輯/瀏覽

COSMOS/WORKS 中包含一個材料編輯/瀏覽器。你可以自己定義材料的參數(shù),并將這種材料加入到COSMOS 材料庫中。

7. 負(fù)荷和約束

負(fù)荷和約束定義模型的工作條件。每個約束或負(fù)荷條件都以圖標(biāo)的方式在Load/Restraint(負(fù)荷/約束)文件夾中顯示。COSMOS/Works 提供一個智能的對話框來定義負(fù)荷和約束。只有被選中的模型具有的選項才被顯示,其不具有的選項則為灰色不可選項。例如,如果選擇的面是圓柱面或是軸,對話框則讓你定義半徑、圓周、軸向抑制和壓迫力。負(fù)荷和約束是和幾何體相關(guān)聯(lián)的,當(dāng)幾何體改變時,他們自動調(diào)節(jié)。在運行分析前,你可以在任意的時候指定負(fù)荷和約束。運用拖動(或拷貝粘貼)功能,COSMOS/Works 允許你在管理樹中將條目或文件夾拷貝到另一個兼容的專題中。

設(shè)定負(fù)荷和約束的一般過程

1. 選擇一個面或邊線或頂點。

2. 按住Ctrl 鍵選擇更多的面、邊線或頂點。

3. 如果需要按住Ctrl 鍵并選擇一個參考軸或參考平面。

4. 在COSMOS/Works 管理樹中選擇想要設(shè)置的選項,單擊鼠標(biāo)右鍵。打開相應(yīng)的對話框。

5. 指定方向和其他信息如數(shù)值和單位。

6. 單擊OK。

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