CosmosWorks實例教程二

2013-06-01  by:廣州有限元分析、培訓中心-www.br5w05v.cn  來源:仿真在線

 

* 坐標系統(tǒng)

※  全球坐標系統(tǒng)

    在COSMOS/Works 中方向的輸入?yún)⒖既肿鴺讼到y(tǒng)為準的缺省值(X、Y、Z),該坐標系統(tǒng)以Plane1 為基準,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。

※  局部坐標系統(tǒng)

    除了全局坐標系統(tǒng)外,還有局部坐標系統(tǒng)。COSMOS/Works 提供了很大的靈活性,使你可以方便的確定負荷和約束的方向。例如,當你選擇一個圓柱面的時候,可以通過徑向、圓周和軸向的設置來確定方向。當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荷和約束

為了指定負荷和約束的方向,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系統(tǒng)。你也可以創(chuàng)造其他的坐標系統(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系。

*  輸入運動負荷

    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,來進行虛擬樣機的3D 模型設計仿真。當確定機械裝置在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荷下進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)字工具進行工程設計分析。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定。

※ 適當?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定。

9. 運行分析

    當進行完設定材料、定義負荷和約束、對模型進行網(wǎng)格劃分后,就可以進行分析了。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準的結(jié)果報告。例如,程序為靜態(tài)分析產(chǎn)生5 個標準的輸出項。你可以通過在管理樹上點擊相應的輸出項,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. 單擊鼠標右鍵,選擇Animate。顯示Animate 對話框。

3. 設置楨和速度。

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。

* 設計檢查向?qū)?/P>

設計檢查向?qū)?根據(jù)預先設置好的靜力分析失敗標準估計模型的安全性。COSMOS/Works 支持下列的失敗標準:

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,可以進行裝配體的接觸條件設置,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定一個接觸條件。部件接觸條件,設定一個部件和其他部件接觸面的所有接觸條件,它的設定優(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。當對裝配體進行分析時,請注意以下幾點:

1、確認自動以輕化狀態(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。當使用自動以以輕化狀態(tài)裝入零件時,可以明顯提高進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行壓縮。

3、可以使用常規(guī)或爆炸視圖。

13、單位設置

當對負荷和邊界進行定義時,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 總是使用當前的單位進行分析。為了避免混亂,現(xiàn)在使用的

單位設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定與執(zhí)行。以往設計工程師的任務并不包含分析程序,然而隨著軟件愈來愈易學易用,設計工程師逐漸能夠在設計時,做簡單的分析工作,以增強設計的可行性。 1、COSMOSWORKS下拉菜單內(nèi)容 1).模型與主菜單    在進行分析之前必須先繪制模型(也可以用其他格式導入)。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子菜單在于設定約束與加載。約束 restraints 為限制條件或位移的設定、壓力pressure為均布力負載,力force為集中力負載、重力gravity為直線加速度負載、向心力centrifugal force為旋轉(zhuǎn)加速度負載。其他尚有temperature溫度負載、convection對流負載、heat flux熱通量負載、heat power熱功率產(chǎn)生的負載以及radiation熱輻射負載. 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)格的預設尺寸、邊界圖元的處理設定以及公差等數(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,并接受系統(tǒng)預設的網(wǎng)格尺寸。

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5).圖表子菜單

   結(jié)果的圖標plot results有變形deformation shape圖標、位移displacement圖標、應力stress圖標、應變strain圖標以及熱t(yī)hermal分析結(jié)果圖標等。其中又有對話框,可供設定以彩色圖塊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、應力stress列表、應變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以及坐標軸axes等設定。

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8).最優(yōu)化子菜單

   最優(yōu)化子菜單包括設計目標objective、設計變量design variables以及最優(yōu)化的限制條件constrains。還有設計循環(huán)的結(jié)果 design cycle、設計歷史圖表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

   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,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)、負載工具欄圖標

負載工具欄相當于插入子菜單,在于設定約束與負載。

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11)、結(jié)果工具欄圖標

結(jié)果工具欄相當于結(jié)果工具子菜單。

2、建立新分析程序

    現(xiàn)在開始進行分析設定。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)預設的材料名稱與性 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,可視應用條件選擇相應的單位。

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)預設的元素尺寸及公差值。按下ok后,系統(tǒng)即進行劃分網(wǎng)格,并顯示相應的信息窗口。

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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 ,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 ,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,接著將進行外部條件的設定。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,接受預設值按下確定。

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