CosmosWorks for Solidworks.docx

CosmosWorks for Solidworks.docx

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CosmosWorksforSolidworks

（presscontrol&clickhere）

一CosmosWorks介绍

1.简介

COSMOS是SRAC（StructuralResearch&AnalysisCorporation）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（FastfiniteElement）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COSMOSFFE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

COSMOSMGeoStar

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.安装要求

COSMOS/WORKS的使用需要下列的软硬件环境：

*MicorsoftWindows95,98,2000,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-）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CENTORMATERIALLIBRARY（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。

*坐标系统

※全球坐标系统

在COSMOS/Works中方向的输入参考全局坐标系统为准的缺省值（X、Y、Z），该坐标系统以Plane1为基准，其原点位于零件或装配

体的原点。

Plane1是第一个出现在管理树中的平面，它也可以有不同的名字。

该图表示出零件或装配体的plane1、plane2、plane3和X、Y、Z轴的关系。

此处：

X是plane1的方向1，Y是plane1的方向2、Z是垂直于Plane1。

※局部坐标系统

除了全局坐标系统外，还有局部坐标系统。

COSMOS/Works提供了很大的灵活性，使你可以方便的确定负荷和约束的方向。

例如，当你选择一个圆柱面的时候，可以通过径向、圆周和轴向的设置来确定方向。

当你选择一个球面的时候，则可通过半径、经度和纬度来定义方向。

此外还可以使用参考平面和参考轴。

*使用轴和平面定义负荷和约束

为了指定负荷和约束的方向，你需要借助于参考几何体。

COSMOS/Works使用Plane1来定义全局笛卡儿坐标系统。

你也可以创造其他的坐标系统来指定别的方向。

*使用参考轴

如图所示，通过一个参考轴来定义一个圆柱面的笛卡儿坐标系。

*使用参考平面

如下图所示，通过一个参考平面定义一个笛卡儿坐标系。

*输入运动负荷

很多产品中含有可运动的零部件装配体，这些装置往往是产品中的一个重要的组成部分。

StructuralResearchandAnalysis公司和MechanicalDynamics公司分别推出了嵌入SolidWorks的COSMOS/Motion和DynamicDESIGNER/Motion软件，来进行虚拟样机的3D模型设计仿真。

当确定机械装置在COSMOS/Motin（或者DynamicDe-signer/Motion）中可以正常工作后，您通常要确定在输入的负荷下进行指定运动时装配体中的零件是安全可靠的。

COSMOS/Works可以自动的从COSMOS/Motin输入运动载荷。

8.网格

有限元分析提供了一个可靠的数字工具进行工程设计分析。

首先，要建立几何模型。

然后，程序将模型划分为许多具有简单形状的小的块（elements），这些小块通过公共点（node）连接。

这个过程称为网格划分。

有限元分析程序将集合模型视为一个网状物，这个网是由离散的互相连接在一起的元构成的。

在分析中，网格划分是一个重要的步骤。

COSMOS/Works需要你创建一个固体网格（四面体）或一个壳网格（三角形）。

固体网格使用于大体积的和复杂几何形状的模型。

壳网格适用于薄的零件（钣金零件）。

分析的精度很大程度依赖于网格划分的质量。

网格质量主要靠以下几点保证：

※网格类型（实体、壳使用中面、或壳使用表面）。

这一选项在定义专题时设定。

※适当的网格参数。

※网格控制。

※静力分析和热装配中的接触条件。

※元的平均大小和公差。

*选择网格类型

COSMOS/Works提供三种类型的网格划分。

网格类型在定义专题时指定。

三种类型是：

※SolidMesh（固体网格）：

适用于大体积和复杂形状的模型。

※ShellUsingMidsurfaces（中面）:

适用于薄的零件（如钣金零件）。

程序自动选取中面并确定厚度。

※ShellUsingSurfaces（表面）：

表面网格可以用于零件和装配体。

它只对曲面模型有效。

壳用手工定义。

每个壳的材料和厚度可分别设定。

9.运行分析

当进行完设定材料、定义负荷和约束、对模型进行网格划分后，就可以进行分析了。

要运行一个专题，在管理树中用右键单击该专题，选择RUN（运行）或者点击工具栏中的RUN按钮。

*COSMOS/Works解决方案

COSMOS/Works运行快速、稳定、准确。

使用了新的技术减少了分析时间、磁盘空间和内存大小。

COSMOS/Works提供以下几中解决方案：

※TheDirectSparesolver

※TheFFesolver（iterative）

※TheFFEPlussolver（iterative）

在上面三个解决方案中都运用了state-of-the-art有限元技术，以达到两个目的：

精确、快速

10.观察结果

运行分析后，系统自动为每种类型的分析生成一个标准的结果报告。

例如，程序为静态分析产生5个标准的输出项。

你可以通过在管理树上点击相应的输出项，观察分析的结果。

*保存输出绘图

COSMOS/Works允许以位图、VRML、XGL、ZGL格式保存结果绘图，并且可以用AVI格式保存动画。

你可以用ReportWizard将这些结果都保存在报告中。

以BMP、VRML、XGL、ZGL形式保存结果绘图的步骤：

1.选择需要输出的项。

2.单击鼠标右键，选择SaveAs。

3.从另存为类型下拉列表菜单中选择需要的文件格式。

4.确定保存的路径和文件名。

5.单击Save。

用AVI格式保存动画：

1.选择需要输出的项。

2.单击鼠标右键，选择Animate。

显示Animate对话框。

3.设置桢和速度。

4.选择SaveasAVIFile。

视频压缩对话框打开。

5.从Comperssor（压缩器）中，选MicrosoftVideo1，单击OK。

6.指定保存路径。

7.关闭动画对话框。

*报告

产生一个分析报告的步骤：

1.在COSMOS/Works管理器中选择专题名称，单击鼠标右键。

2.点击Report（报告）启动ReportWizard（报告向导）。

3.选择你需要的分析内容。

4.单击OK。

*设计检查向导

设计检查向导，根据预先设置好的静力分析失败标准估计模型的安全性。

COSMOS/Works支持下列的失败标准：

TheMaximumvonMisesStresscriterion

ThemaximumShearStresscriterion

TheMohr-CoulombStresscriterion

TheMaximumNormalStresscriterion

11、接触问题

COSMOS/Works在静力和热分析中，可以进行装配体的接触条件设置，但网格的类型必需是SolidMesh（实体网格）。

在分析中可以考虑两个接触面间的摩擦。

当指定接触条件时，一个Contact/Gaps的图表出现在管理树中。

指定模型中接触面的接触类型是一个非常简单的操作。

两面之间的接触类型可以设置为以下几种类型:

※Bonded

※Free

※Nodetonode

※Surface（face-to-face）

不同的接触面具有不同的接触条件。

工作过程如下：

全局接触条件为所有的接触面设定一个接触条件。

部件接触条件，设定一个部件和其他部件接触面的所有接触条件，它的设定优先于全局接触条件。

局部接触条件，指定两个面之间的接触条件，其设定优先于部件接触条件。

12、结果数据库

一个专题的所有输入和分析结果都保存在一个数据库文件中。

当对装配体进行分析时，请注意以下几点：

1、确认自动以轻化状态装入零件选项被关闭，关闭这个选项，可执行以下操作：

工具，选项，系统选项，性能。

当使用自动以以轻化状态装入零件时，可以明显提高进行模型的大装配操作时的性能，但在COSMOS/Works中则会引起一系列错误。

2、可在对模型创建专题之前和之后，对零件或子装配体进行压缩。

3、可以使用常规或爆炸视图。

13、单位设置

当对负荷和边界进行定义时，COSMOS/Works允许自由选择所用的单位。

你可以通过以下操作设顶首选单位：

点击COSMOS/Works，Preferences,然后单击单位表。

直到你更换首选单位之前，COSMOS/WORKS总是使用当前的单位进行分析。

为了避免混乱，现在使用的

单位设置总是显示在输入数据和结果中。

14、语言

COSMOS/Works还具有以下几种语言的版本：

繁体中文、法文、德文、日文

二COSMOS/Works实例

一般而言，分析程序概略分为六个步骤：

1、绘制模型

2、指定材料、元素和截面

3、网格生成

4、约束与加载

5、执行分析

6、结果显示

在市场上常见的分析软件Cosmos、Ansys与Nastran等，都可以由上述六个步骤设定与执行。

以往设计工程师的任务并不包含分析程序，然而随着软件愈来愈易学易用，设计工程师逐渐能够在设计时，做简单的分析工作，以增强设计的可行性。

1、COSMOSWORKS下拉菜单内容

1）.模型与主菜单

在进行分析之前必须先绘制模型（也可以用其他格式导入）。

本模块可接受的模型为实体与曲面模型。

实体模型以3-D实体元素建立网格，无需定义截面特性。

曲面模型一2-D元素建立网格，必须定义截面厚度。

下图为一简单的实体模型。

为节省时间，以实心的实体模型，而不以常用的薄壳实体零件进行分析，然而其程序是完全相同的。

下图右为CosmosWorks模块的主菜单，若已经安装了该模块，而主菜单未显示于窗口中，可在下拉式菜单中选取工具>插件命令，并勾选该模块即可。

本分析模块的执行程序简述如下：

1.建立分析程序study

2.指定材料applymaterialstoall

3.插入（约束与负载）insert（restrainsandloads）

4.

建立网格mesh

5.执行分析run

6.图表结果plotandlistresults

在主菜单中有插入insert、薄壳shells、网格mesh、图标结果plotresults、列表结果listresults、结果工具resultstools以及最优化optimization等次菜单。

2）.插入子菜单

插入insert子菜单在于设定约束与加载。

约束restraints为限制条件或位移的设定、压力pressure为均布力负载，力force为集中力负载、重力gravity为直线加速度负载、向心力centrifugalforce为旋转加速度负载。

其他尚有temperature温度负载、convection对流负载、heatflux热通量负载、heatpower热功率产生的负载以及radiation热辐射负载.

3）.薄壳子菜单

薄壳shells子菜单在于设定曲面架构的模型，以2-D元素建立网格，必须定义截面厚度。

4）.网格子菜单

网格mesh子菜单壳定义网格的预设尺寸、边界图元的处理设定以及公差等数值。

通常网格的产生可以直接按工具栏的网格图标，并接受系统预设的网格尺寸。

5）.图表子菜单

结果的图标plotresults有变形deformationshape图标、位移

displacement图标、应力stress图标、应变strain图标以及热thermal分析结果图标等。

其中又有对话框，可供设定以彩色图块fringes、向量图vector、剖面图sector以及等值曲面图iso-plot等。

6）.列表子菜单

结果的列表listresults有变形deformationshape列表、位移displacement列表、应力stress列表、应变strain列表以及热thermal分析