CosmosWorks實例教程二

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

 

* 坐標(biāo)系統(tǒng)

※  全球坐標(biāo)系統(tǒng)

    在COSMOS/Works 中方向的輸入?yún)⒖既肿鴺?biāo)系統(tǒng)為準(zhǔn)的缺省值(X、Y、Z),該坐標(biāo)系統(tǒng)以Plane1 為基準(zhǔn),其原點位于零件或裝配 體的原點。Plane1是第一個出現(xiàn)在管理樹中的平面,它也可以有不同的名字。

該圖表示出零件或裝配體的plane1、plane2、plane3 和X、Y、Z 軸的關(guān)系。此處:X 是plane1 的方向1,Y 是plane1 的方向2、Z 是垂直于Plane1。

※  局部坐標(biāo)系統(tǒng)

    除了全局坐標(biāo)系統(tǒng)外,還有局部坐標(biāo)系統(tǒng)。COSMOS/Works 提供了很大的靈活性,使你可以方便的確定負(fù)荷和約束的方向。例如,當(dāng)你選擇一個圓柱面的時候,可以通過徑向、圓周和軸向的設(shè)置來確定方向。當(dāng)你選擇一個球面的時候,則可通過半徑、經(jīng)度和緯度來定義方向。此外還可以使用參考平面和參考軸。

*  使用軸和平面定義負(fù)荷和約束

為了指定負(fù)荷和約束的方向,你需要借助于參考幾何體。COSMOS/Works 使用Plane1 來定義全局笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)。你也可以創(chuàng)造其他的坐標(biāo)系統(tǒng)來指定別的方向。

*  使用參考軸

如圖所示,通過一個參考軸來定義一個圓柱面的笛卡兒坐標(biāo)系。

*  使用參考平面

如下圖所示,通過一個參考平面定義一個笛卡兒坐標(biāo)系。

*  輸入運動負(fù)荷

    很多產(chǎn)品中含有可運動的零部件裝配體,這些裝置往往是產(chǎn)品中的一個重要的組成部分。Structural Research and Analysis 公司和Mechanical Dynamics 公司分別推出了嵌入SolidWorks的COSMOS/ Motion 和Dynamic DESIGNER/Motion 軟件,來進(jìn)行虛擬樣機的3D 模型設(shè)計仿真。當(dāng)確定機械裝置在COSMOS/Motin(或者Dynamic De- signer/Motion)中可以正常工作后,您通常要確定在輸入的負(fù)荷下進(jìn)行指定運動時裝配體中的零件是安全可靠的。COSMOS/Works 可以自動的從COSMOS/Motin 輸入運動載荷。

8. 網(wǎng)格

    有限元分析提供了一個可靠的數(shù)字工具進(jìn)行工程設(shè)計分析。首先,要建立幾何模型。然后,程序?qū)⒛Ｐ蛣澐譃樵S多具有簡單形狀的小的塊(elements),這些小塊通過公共點(node)連接。這個過程稱為網(wǎng)格劃分。有限元分析程序?qū)⒓夏Ｐ鸵暈橐粋€網(wǎng)狀物,這個網(wǎng)是由離散的互相連接在一起的元構(gòu)成的。

     在分析中,網(wǎng)格劃分是一個重要的步驟。COSMOS/Works 需要你創(chuàng)建一個固體網(wǎng)格(四面體)或一個殼網(wǎng)格(三角形)。固體網(wǎng)格使用于大體積的和復(fù)雜幾何形狀的模型。殼網(wǎng)格適用于薄的零件(鈑金零件)。分析的精度很大程度依賴于網(wǎng)格劃分的質(zhì)量。網(wǎng)格質(zhì)量主要靠以下幾點保證:

※ 網(wǎng)格類型(實體、殼使用中面、或殼使用表面)。這一選項在定義專題時設(shè)定。

※ 適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格參數(shù)。

※ 網(wǎng)格控制。

※ 靜力分析和熱裝配中的接觸條件。

※ 元的平均大小和公差。

*  選擇網(wǎng)格類型

COSMOS/Works 提供三種類型的網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格類型在定義專題時指定。三種類型是:

※ Solid Mesh(固體網(wǎng)格):適用于大體積和復(fù)雜形狀的模型。

※ Shell Using Midsurfaces(中面):適用于薄的零件(如鈑金零件)。程序自動選取中面并確定厚度。

※ Shell Using Surfaces(表面):表面網(wǎng)格可以用于零件和裝配體。它只對曲面模型有效。殼用手工定義。每個殼的材料和厚度可分別設(shè)定。

9. 運行分析

    當(dāng)進(jìn)行完設(shè)定材料、定義負(fù)荷和約束、對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分后,就可以進(jìn)行分析了。要運行一個專題,在管理樹中用右鍵單擊該專題,選擇RUN(運行)或者點擊工具欄中的RUN 按鈕。

* COSMOS/Works 解決方案

COSMOS/Works 運行快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。使用了新的技術(shù)減少了分析時間、磁盤空間和內(nèi)存大小。COSMOS/Works 提供以下幾中解決方案:

※ The Direct Spare solver

※ The FFe solver(iterative)

※ The FFEPlus solver(iterative)

在上面三個解決方案中都運用了state-of-the-art 有限元技術(shù),以達(dá)到兩個目的:精確、快速

10.  觀察結(jié)果

運行分析后,系統(tǒng)自動為每種類型的分析生成一個標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果報告。例如,程序為靜態(tài)分析產(chǎn)生5 個標(biāo)準(zhǔn)的輸出項。你可以通過在管理樹上點擊相應(yīng)的輸出項,觀察分析的結(jié)果。

*  保存輸出繪圖

COSMOS/Works 允許以位圖、VRML、XGL、ZGL 格式保存結(jié)果繪圖,并且可以用AVI 格式保存動畫。你可以用Report Wizard 將這些結(jié)果都保存在報告中。

以BMP、VRML、XGL、ZGL 形式保存結(jié)果繪圖的步驟:

1. 選擇需要輸出的項。

2. 單擊鼠標(biāo)右鍵,選擇Save As。

3. 從另存為類型下拉列表菜單中選擇需要的文件格式。

4. 確定保存的路徑和文件名。

5. 單擊Save。

用AVI 格式保存動畫:

1. 選擇需要輸出的項。

2. 單擊鼠標(biāo)右鍵,選擇Animate。顯示Animate 對話框。

3. 設(shè)置楨和速度。

4. 選擇Save as AVI File。視頻壓縮對話框打開。

5. 從Comperssor(壓縮器)中,選Microsoft Video 1,單擊OK。

6. 指定保存路徑。

7. 關(guān)閉動畫對話框。

*  報告

產(chǎn)生一個分析報告的步驟:

1. 在COSMOS/Works 管理器中選擇專題名稱,單擊鼠標(biāo)右鍵。

2. 點擊Report(報告)啟動Report Wizard(報告向?qū)?。

3. 選擇你需要的分析內(nèi)容。

4. 單擊OK。

* 設(shè)計檢查向?qū)?/P>

設(shè)計檢查向?qū)?根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的靜力分析失敗標(biāo)準(zhǔn)估計模型的安全性。COSMOS/Works 支持下列的失敗標(biāo)準(zhǔn):

The Maximum von Mises Stress criterion

The maximum Shear Stress criterion

The Mohr-Coulomb Stress criterion

The Maximum Normal Stress criterion

11、接觸問題

COSMOS/Works 在靜力和熱分析中,可以進(jìn)行裝配體的接觸條件設(shè)置,但網(wǎng)格的類型必需是Solid Mesh(實體網(wǎng)格)。在分析中可以考慮兩個接觸面間的摩擦。當(dāng)指定接觸條件時,一個Contact/Gaps 的圖表出現(xiàn)在管理樹中。指定模型中接觸面的接觸類型是一個非常簡單的操作。兩面之間的接觸類型可以設(shè)置為以下幾種類型:

※ Bonded

※ Free

※ Node to node

※ Surface(face-to-face)

不同的接觸面具有不同的接觸條件。工作過程如下:

    全局接觸條件為所有的接觸面設(shè)定一個接觸條件。部件接觸條件,設(shè)定一個部件和其他部件接觸面的所有接觸條件,它的設(shè)定優(yōu)先于全局接觸條件。局部接觸條件,指定兩個面之間的接觸條件,其設(shè)定優(yōu)先于部件接觸條件。

12、結(jié)果數(shù)據(jù)庫

一個專題的所有輸入和分析結(jié)果都保存在一個數(shù)據(jù)庫文件中。當(dāng)對裝配體進(jìn)行分析時,請注意以下幾點:

1、確認(rèn)自動以輕化狀態(tài)裝入零件選項被關(guān)閉,關(guān)閉這個選項,可執(zhí)行以下操作:工具,選項,系統(tǒng)選項,性能。當(dāng)使用自動以以輕化狀態(tài)裝入零件時,可以明顯提高進(jìn)行模型的大裝配操作時的性能,但在COSMOS/Works 中則會引起一系列錯誤。

2、 可在對模型創(chuàng)建專題之前和之后,對零件或子裝配體進(jìn)行壓縮。

3、可以使用常規(guī)或爆炸視圖。

13、單位設(shè)置

當(dāng)對負(fù)荷和邊界進(jìn)行定義時,COSMOS/Works 允許自由選擇所用的單位。你可以通過以下操作設(shè)頂首選單位:點擊COSMOS/Works,Preferences,然后單擊單位表。直到你更換首選單位之前,COSMOS/ WORKS 總是使用當(dāng)前的單位進(jìn)行分析。為了避免混亂,現(xiàn)在使用的

單位設(shè)置總是顯示在輸入數(shù)據(jù)和結(jié)果中。

14、 語言

COSMOS/Works 還具有以下幾種語言的版本:

繁體中文、法文、德文、日文

二   COSMOS/Works實例   一般而言,分析程序概略分為六個步驟: 1、繪制模型 2、指定材料、元素和截面 3、網(wǎng)格生成 4、約束與加載 5、執(zhí)行分析 6、結(jié)果顯示 在市場上常見的分析軟件Cosmos、Ansys與Nastran等,都可以由上述六個步驟設(shè)定與執(zhí)行。以往設(shè)計工程師的任務(wù)并不包含分析程序,然而隨著軟件愈來愈易學(xué)易用,設(shè)計工程師逐漸能夠在設(shè)計時,做簡單的分析工作,以增強設(shè)計的可行性。 1、COSMOSWORKS下拉菜單內(nèi)容 1).模型與主菜單    在進(jìn)行分析之前必須先繪制模型(也可以用其他格式導(dǎo)入)。本模塊可接受的模型為實體與曲面模型。實體模型以3-D實體元素建立網(wǎng)格,無需定義截面特性。曲面模型一2-D元素建立網(wǎng)格,必須定義截面厚度。下圖為一簡單的實體模型。為節(jié)省時間,以實心的實體模型,而不以常用的薄殼實體零件進(jìn)行分析,然而其程序是完全相同的。    下圖右為CosmosWorks模塊的主菜單,若已經(jīng)安裝了該模塊,而主菜單未顯示于窗口中,可在下拉式菜單中選取工具>插件命令,并勾選該模塊即可。本分析模塊的執(zhí)行程序簡述如下: 1. 建立分析程序 study 2. 指定材料 apply materials to all 3. 插入(約束與負(fù)載)insert(restrains and loads) 4. 建立網(wǎng)格 mesh 5. 執(zhí)行分析 run 6. 圖表結(jié)果 plot and list results 在主菜單中有插入insert、薄殼shells、網(wǎng)格mesh、圖標(biāo)結(jié)果plot results、列表結(jié)果list results、結(jié)果工具results tools以及最優(yōu)化optimization等次菜單。 2).插入子菜單     插入insert子菜單在于設(shè)定約束與加載。約束 restraints 為限制條件或位移的設(shè)定、壓力pressure為均布力負(fù)載,力force為集中力負(fù)載、重力gravity為直線加速度負(fù)載、向心力centrifugal force為旋轉(zhuǎn)加速度負(fù)載。其他尚有temperature溫度負(fù)載、convection對流負(fù)載、heat flux熱通量負(fù)載、heat power熱功率產(chǎn)生的負(fù)載以及radiation熱輻射負(fù)載. 該有限元資料圖片已被刪除。 3).薄殼子菜單     薄殼shells子菜單在于設(shè)定曲面架構(gòu)的模型,以2-D元素建立網(wǎng)格,必須定義截面厚度。 該有限元資料圖片已被刪除。

4).網(wǎng)格子菜單

   網(wǎng)格mesh子菜單殼定義網(wǎng)格的預(yù)設(shè)尺寸、邊界圖元的處理設(shè)定以及公差等數(shù)值。通常網(wǎng)格的產(chǎn)生可以直接按工具欄的網(wǎng)格圖標(biāo),并接受系統(tǒng)預(yù)設(shè)的網(wǎng)格尺寸。

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5).圖表子菜單

   結(jié)果的圖標(biāo)plot results有變形deformation shape圖標(biāo)、位移displacement圖標(biāo)、應(yīng)力stress圖標(biāo)、應(yīng)變strain圖標(biāo)以及熱t(yī)hermal分析結(jié)果圖標(biāo)等。其中又有對話框,可供設(shè)定以彩色圖塊fringes、向量圖vector、剖面圖sector以及等值曲面圖iso-plot等。

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6).列表子菜單

    結(jié)果的列表list results有變形deformation shape列表、位移displacement列表、應(yīng)力stress列表、應(yīng)變strain列表以及熱t(yī)hermal分析結(jié)果列表等。其中又有對話框,可供設(shè)定列表數(shù)值等。

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7).結(jié)果工具子菜單

    結(jié)果工具子菜單主要包含動態(tài)顯示animate、探詢probe、反作用力reaction force、設(shè)計檢查向?qū)esign check wizard以及收斂圖表convergence graph等,還有打印print、儲存save as、剪影cliping、色表color mapping以及坐標(biāo)軸axes等設(shè)定。

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8).最優(yōu)化子菜單

   最優(yōu)化子菜單包括設(shè)計目標(biāo)objective、設(shè)計變量design variables以及最優(yōu)化的限制條件constrains。還有設(shè)計循環(huán)的結(jié)果 design cycle、設(shè)計歷史圖表design history graph以及局部趨勢圖表local trend graph等。

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9)、主工具欄圖標(biāo)

   在主工具欄中有新增分析程序、指定材料、網(wǎng)格產(chǎn)生、執(zhí)行分析、網(wǎng)格顯示與否以及圖元選擇等次工具圖標(biāo),如下圖所示。執(zhí)行分析程序時,由左向右執(zhí)行。首先新增一個分析程序,接著指定材料并建立網(wǎng)格,然后切換到插入工具欄中,定義約束和加載,再回到此主菜單中,執(zhí)行分析。完成分析后即可由結(jié)果工具欄,或下拉式菜單,顯示各種分析結(jié)果。

10)、負(fù)載工具欄圖標(biāo)

負(fù)載工具欄相當(dāng)于插入子菜單,在于設(shè)定約束與負(fù)載。

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11)、結(jié)果工具欄圖標(biāo)

結(jié)果工具欄相當(dāng)于結(jié)果工具子菜單。

2、建立新分析程序

    現(xiàn)在開始進(jìn)行分析設(shè)定。首先必須新增一個分析程序,在下拉菜單中,選擇CosmosWorks>study命令,系統(tǒng)即可顯示如下的對話框。在其中點選add按鈕,新增一個分析程序,系統(tǒng)即可顯示如右下圖的對話框。在第一欄new study新分析程序欄中,鍵入名稱:study-1,并指定分析形式為static analysis 靜力分析。完成設(shè)定后按下ok完成新增分析程序定義。左下圖的property特性按鈕,用于指定分析形式的具體選項設(shè)定。例如,在靜力分析中,分析選項包括是否包含熱分析、空隙元素的設(shè)定、求解程序的指定以及高低階元素的切換等。

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3、 指定材料參數(shù)

    材料參數(shù)的指定,可直接使用系統(tǒng)提供的材料數(shù)據(jù)庫,或一一鍵入材料的特性參數(shù),如彈性系數(shù)、密度、泊松比與剪彈性系數(shù)等。左下圖為材料參數(shù)對話框,提供系統(tǒng)預(yù)設(shè)的材料名稱與性 質(zhì),在此我們選擇steel>AlloySteel合金鋼,按下確定完成材料參數(shù)的指定。關(guān)于材料的單位,可視應(yīng)用條件選擇相應(yīng)的單位。

在“選擇材料庫”頁中選擇“Input”,可以手動輸入庫中沒有的材料參數(shù)。首先必須指定單位以及材料性質(zhì)的形式,選擇等向性或非等向性材料,根據(jù)各參數(shù)在其所在行中雙擊“value”項,輸入相應(yīng)數(shù)值即可。

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   材料性質(zhì)的形式包含了等向性或非等向性材料,等向性材料每個方向的材料性質(zhì)相同,而非等向性材料在各方向則有不同的材料參數(shù)值。例如,在等向性材料中,楊氏系數(shù)只有EX一個,其他方向的剛性亦同。而非等向性材料在X方向楊氏系數(shù)為EX,在Y方向楊氏系數(shù)為EY,而在Z方向楊氏系數(shù)為EZ,其EX、EY、 EZ各不相同。

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4、建立網(wǎng)格

a.  網(wǎng)格設(shè)定

    在完成建模、新增分析程序擊材料參數(shù)的定義后,接著將進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。在下拉菜單中,選擇CosmosWorks>mesh命令,系統(tǒng)即可顯示如左下圖的對話框,其中顯示系統(tǒng)預(yù)設(shè)的元素尺寸及公差值。按下ok后,系統(tǒng)即進(jìn)行劃分網(wǎng)格,并顯示相應(yīng)的信息窗口。

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b. 顯示網(wǎng)格

    完成網(wǎng)格劃分后,系統(tǒng)顯示左下圖的信息窗口,提示網(wǎng)格劃分已經(jīng)完成。接著在主工具欄中,點選網(wǎng)格顯示的圖標(biāo) ,系統(tǒng)即以網(wǎng)格顯示模型,如圖所示。查看完畢再按網(wǎng)格顯示圖標(biāo) ,回到實體模型的顯示。

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5、約束限制條件

a.指定約束位置

    在前邊步驟完成之后,接著將進(jìn)行外部條件的設(shè)定。指定零件的端面如圖所示,并在下拉菜單中,選擇CosmosWorks>insert >restrains命令,也可用工具欄上的約束條件按鈕 執(zhí)行。

b.下圖為約束條件對話框,指定約束形式、圖元顏色以及位移與單位等,按下ok完成設(shè)定。

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6、施加載荷

    a.指定約束位置如圖指定零件的位置,并在下拉菜單中選擇CosmosWorks>insert > pressure命令,也可用工具欄上的均布力按鈕該有限元資料圖片已被刪除。執(zhí)行。

    b.下圖為均布力加載對話框,指定施加壓力的形式、圖元顏色以及壓力值與單位等,按下ok完成加載設(shè)定。此時系統(tǒng)顯示如右上圖。

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7、執(zhí)行分析

    在下拉菜單中,選擇CosmosWorks>run 命令,或用工具欄上的執(zhí)行分析按鈕 該有限元資料圖片已被刪除。執(zhí)行,如下圖所示。執(zhí)行的過程系統(tǒng)顯示分析元素、節(jié)點以及DOF自由度的數(shù)目。

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8、顯示結(jié)果

    a. 變形圖設(shè)定在執(zhí)行分析完成后,用CosmosWorks>plot results>deformed shape命令來顯示結(jié)果,系統(tǒng)出現(xiàn)如圖對話框,提供指定變形顯示的放大比例與色彩,接受預(yù)設(shè)值按下確定。

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