CosmosWorks实例教程一

2013-06-01  by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM  来源:仿真在线

摘要]:COSMOS是SRAC(Structural Research & Analysis Corporation)推出的一套强大的有限元分析软件。SRAC位于美国加州的洛杉矶,从1982年成立至今,SRAC一直至力于有限元CAE技术的研究和发展。早期的有限元技术高高在上,只有一些国家的部门如宇航,军事部门可以使用,而此后的一些有限元分析软件也都存在界面不友好、难学难用的缺点,且要求的设备昂贵。虽然用的范围大了一些,但也都是集中在大学和一些研究机构,只有少数专业人员才能有机会接触,普通的工程师可望而不可及。然而自COSMOS出现后,有限元分析的大门终于向普通工程师敞开了,把高高在上的有限元技术平民化,它易学易用,简洁直观,能够在普通的PC机上运行,不需要专业的有限元经验。普通的工程师都可以进行工程分析,迅速得到分析结果,从而最大限度地缩短设计周期,降低测试成本,提高产品质量,加大利润空间。

一   CosmosWorks介绍

1. 简介

COSMOS是SRAC(Structural Research & Analysis Corporation)推出的一套强大的有限元分析软件。SRAC位于美国加州的洛杉矶,从1982年成立至今,SRAC一直至力于有限元CAE技术的研究和发展。早期的有限元技术高高在上,只有一些国家的部门如宇航,军事部门可以使用,而此后的一些有限元分析软件也都存在界面不友好、难学难用的缺点,且要求的设备昂贵。虽然用的范围大了一些,但也都是集中在大学和一些研究机构,只有少数专业人员才能有机会接触,普通的工程师可望而不可及。然而自COSMOS出现后,有限元分析的大门终于向普通工程师敞开了,把高高在上的有限元技术平民化,它易学易用,简洁直观,能够在普通的PC机上运行,不需要专业的有限元经验。普通的工程师都可以进行工程分析,迅速得到分析结果,从而最大限度地缩短设计周期,降低测试成本,提高产品质量,加大利润空间。
做为世界上最快的有限元分析软件,COSMOS采用FFE(Fast finite Element)技术使得复杂耗时的工程分析时间大大缩短,有一位工程师打趣说"自从有了COSMOS FFE技术,我连喝咖啡的时间都没有了"。
传统的方法在分析装配体时是先把零件拆散,然后一个个分别处理,耗时耗力,又存在计算结果不精确的缺点。COSMOS提供了多场/多组件的复杂装配分析,从而大大简化工程师的劳动,使得分析能够更好地模拟真实情况,结果也就更精确。
   COSMOS主要功能模块(产品):
         COSMOSWorks
         COSMOSDesignSTAR
         COSMOSMotion
         COSMOSFloworks
         COSMOSM GeoStar
其中COSMOSWorks 、COSMOSMotion、 COSMOSFloworks做为标准插件集成在SolidWorks中,整个的使用界面完全是Solidworks的风格,只须简单的操作,便可进行分析。COSMOSDesignSTAR是独立的分析界面,它不依赖于您使用的CAD,您的设计可以方便地输入输出。GeoStar是另一个独立的界面,它提供COSMOS所有的分析功能。

COSMOS/Works是完全整合在SOLIDWORKS 中设计分析系统的,提供压力、频率、约束、热量,和优化分析。为设计工程师在SolidWorks的环境下,提供比较完整的分析手段。凭借先进的快速有限元技术(FFE),工程师能非常迅速地实现对大规模的复杂设计的分析和验证,并且获得修正和优化设计所需的必要信息。分析的模型和结果和Soli -dWorks共享一个数据库,这意味着设计与分析数据将没有繁琐的双向转换操作,分析也因而与计量单位无关。在几何模型上,可以直接定义载荷和边界条件,如同生成几何特征,设计的数据库也会相应地自动更新。计算结果也可以直观地显示在SolidWorks精确的设计模型上。这样的环境操作简单、节省时间,且硬盘空间资源要求很小。

COSMOS/WORKS能够做哪些方面的分析,分别解决什么问题呢?

其基本模块能做线性应力、位移、频率和室温、热分析,含装配体分析,还可以选择购买运动分析和流体分析模块。
静应力分析----零件会断裂吗?是超安全标准设计吗?热应力作用下会失效吗?

频率分析----确定零件或装配的造型与其固有频率的关系,会发生共振吗?在需要共振效果的场合,如超声波焊接喇叭,音叉,获得最佳设计效果。

失稳分析----在压载荷作用下,薄壁结构件会发生失稳吗?在这些情况下一般不会达到材料失效(应力超过材料屈服极限)。

热分析----零件会过热吗?热量在整个装配体中如何发散?用辐射、对流和传导三种方式研究热量在零件和装配中的传播。

非线性分析----用于分析橡胶类或者塑料类的零件或装配体的行为,还用于分析金属结构在达到屈服极限后的力学行为。也可以用于考虑大扭转和大变形,如:突然失稳。

间隙/接触分析----在特定载荷下,两个或者更多运动零件相互作用。例如:在传动链或其他机械系统中接触间隙未知的情况下分析应力和载荷传递。

优化----在保持满足其他性能判据(如应力失效)的前提下,自动定义最小体积设计。

后动力分析----零件或装配体在动态激励下的线性动力学分析,如地震激励分析。

疲劳分析----预测疲劳对产品全生命周期的影响,确定可能发生疲劳破坏的区域,

流体动力学计算(CFD)----跟踪导管内部或者螺旋桨等表面的气体、液体流动状况。例如:CPU内的空气循环和冷却,螺旋桨的升降。

电磁分析----研究导电原件的电磁相互作用,确定线圈和磁体感应产生的机械力。

SRAC公司早在1985年她就开发出了世界上第一套应用于PC机的有限元分析程序,1995年成为SolidWorks的第一家合作伙伴,1997年成为SolidWorks的第一家黄金认证合作伙伴,2002年4月SRAC加入SolidWorks公司,从此COSMOS/WORKS 正式成为 SolidWorks 产品。

COSMOS/WORKS是SolidWorks® 家族最热销的分析解决方案,尤其适合于那些有分析需求但是缺乏相关有限元专业知识的工程师们的需要。COSMOS/WORKS集功能强大、计算精确和简单好用三大特点为一身,能够让工程师们在一天之内开始设计分析,并且迅速得到分析结果。COSMOS/WORKS能够提供广泛的分析工具去检验和分析复杂零件和装配,它能够进行应力分析、应变分析、变形分析、热分析、设计优化、线性和非线性分析。使用COSMOS/WORKS,工程师可以最大限度地缩短设计周期,降低测试成本,提高产品质量,加大利润空间。

只有COSMOS/WORKS含有精确应力分析模块(AccuStress),这是精确应力计算中一个有着划时代意义的工具, 象征着一个过渡期的划分网格新技术。在局部区域网格划分更细密以提供更精确的应力计算结果进行产品设计优化。

由于受到本行业高速解决方案的推动,COSMOS/WORKS能够让您只花上传统FEA软件价钱的一个零头,就可以得到高端的COSMOS/WORKS的功能,从结构分析、热应力分析到含间隙的装配分析和接触摩擦分析,COSMOS/WORKS无所不能。

使用革新化的精确工具,COSMOS/WORKS的计算结果相当准确足以优化您的真实设计形状,COSMOS/WORKS可以进行虚拟试验,在整个设计周期中进行优化,把投入造型和分析的财力和时间降至最低水平。

谈到精确应力分析结果时,大量的基准试验已经证明主流的分析软件中没有一个能与COSMOS/WORKS相提并论。只有COSMOS/WORKS含有精确应力分析模块(AccuStress),这是精确应力计算中一个有着划时代意义的工具, 象征着一个过渡期的划分网革新技术。在局部区域网格划分更细密以提供更精确的应力计算结果进行产品设计优化,植入SolidWorks的优化和仿真功能使COSMOS/WORKS帮助您无需频繁地重新定义分析就可以更快更准确地修改设计。

COSMOS/WORKS提供给您功能强大而又快速、精确的设计分析工具,确保您的设计分析更加轻松。

2.安装要

COSMOS/WORKS 的使用需要下列的软硬件环境:

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

* 基于Pentium 或AMD 的计算机

* 鼠标

* CD-ROM 驱动器

* 最小64MB 内存

* 100MB 磁盘空间

   必须的授权文件

必须拥有授权文件才能运行COSMOS/Works。授权文件有三种文件格式:FLEXlm 授权文件(license.inf),license 文件(validat -e.com)和硬件锁。COSMOS/Works 有三种安装类型:单机,网络安装和一个授权服务器,网络安装和一个授权和文件服务器。

3.设计专题概念

在用SolidWorks 设计完几何模型后,您可以使用COSMOS/Works 对其进行分析。分析模型的第一步是建立一个设计专题。设计专题是由一系列参数定义的,这些参数完整的表述了物理问题的有限元分析。当对一个零件或装配体进行分析时,典型的你想得到它在不同工作条件下的不同反应。这就要求您运行不同类型的分析,实验不同的材料,或指定不同的工作条件。每个专题都描述其中的一种情况。运用强大的有限元模型和解决技术,COSMOS/Works让你快速的研究多种条件下的情况。

一个设计专题的完整定义包括以下几方面:

※ 分析类型和选项

※ 材料

※ 负荷和约束

※ 网格

网格描述几何模型的物理模型。它是有限元分析所必需的。更多的信息请参考划分网格一节。定义一个专题后,您就能进行分析并查看分析结果了。您可以为不同的分析情况创建新的专题。所有的专题的分析结果都将被保存。当然您也可以在同一个专题中,修改相应的参数后再次进行分析,但新的分析结果将取代旧的分析结果。定义一个专题时输入参数没有先后次序的要求。

4.使用设计专题

有两种情况您需要运用有限元分析:

1)检验一个已存在的零件

当检验一个已存在的零件或装配体时,模型的几何形状已经确定变化的只是有限元分析的参数象:分析选项、负荷和边界条件、网格尺寸等。

2)进行一个新的设计

当进行一个新的设计时,您想要拿出一个优化的设计以满足预期的工作环境和特殊需求。当为满足特定需求进行优化设计时,你也许需要扩展专题的概念,专题将包括:模型几何形状的变化。这些变化只是通过SolidWorks 对一些特征的参数进行调整。

5.COSMOS/Works 的管理

COSMOS 文档窗口分为两栏。

*  COSMOS/Works 管理设计树:以树结构的方式显示组织所有与分析有关的内容,其形式与SOLIDWORKS 的特征管理树一样。

*  图形显示区,进行针对各个文档的操作。

*  分析类型和属性

   你可以创建下列类型的专题:

※ Static(静态):计算压力、拉力和变形。

※ Frequency(频率):计算共振频率和。

※ Buckling(弯曲):计算临界的弯曲负荷。

※ Thermal(热流):计算温度、和热流动。

※ Optimization(优化):对设计进行优化,以满足功能、变化(尺寸变化)和约束的要求。

每种类型的专题,也具有不同选项的属性。

6. 材料

在运行一个专题前,你必需定义好指定的分析类型所响应需要的材料属性。在装配体中,每一个个零件可以是不同的材料。对壳定义用面属性,每一个壳体具有不同的材料和厚度。有三种方法定义材料的属性:

※  从COSMOS/M 材料库中指定。

※  手工指定材料的属性值。

※  从CENTOR MATERIAL LIBRARY(一个插件)中指定。

*  材料的编辑/浏览

COSMOS/WORKS 中包含一个材料编辑/浏览器。你可以自己定义材料的参数,并将这种材料加入到COSMOS 材料库中。

7. 负荷和约束

负荷和约束定义模型的工作条件。每个约束或负荷条件都以图标的方式在Load/Restraint(负荷/约束)文件夹中显示。COSMOS/Works 提供一个智能的对话框来定义负荷和约束。只有被选中的模型具有的选项才被显示,其不具有的选项则为灰色不可选项。例如,如果选择的面是圆柱面或是轴,对话框则让你定义半径、圆周、轴向抑制和压迫力。负荷和约束是和几何体相关联的,当几何体改变时,他们自动调节。在运行分析前,你可以在任意的时候指定负荷和约束。运用拖动(或拷贝粘贴)功能,COSMOS/Works 允许你在管理树中将条目或文件夹拷贝到另一个兼容的专题中。

设定负荷和约束的一般过程

1. 选择一个面或边线或顶点。

2. 按住Ctrl 键选择更多的面、边线或顶点。

3. 如果需要按住Ctrl 键并选择一个参考轴或参考平面。

4. 在COSMOS/Works 管理树中选择想要设置的选项,单击鼠标右键。打开相应的对话框。

5. 指定方向和其他信息如数值和单位。

6. 单击OK。


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