COSMOS/DesignSTAR

COSMOS/DesignSTAR (CDS) — мощный, интуитивно понятный пакет для конечно-элементного анализа состояния элементов конструкции. Работает как самостоятельно, так и совместно с Autodesk Inventor, SolidWorks, Solid Edge, устанавливая с этими CAD-системами полную ассоциативную связь (прямой интерфейс). Наличие прямого интерфейса позволяет с минимальными затратами времени проводить многовариантный анализ модели, построенной в параметрической графической системе. В среде COSMOS/DesignSTAR пользователю нужно только один раз ввести данные, необходимые для решения задачи: определить краевые условия и нагрузки, параметры конечно-элементной сетки, ссылочную геометрию (точки, оси и плоскости, которые вводятся пользователем для привязки при задании краевых условий и нагрузок). Если в CAD-системе корректируется геометрия модели, то при наличии прямого интерфейса она автоматически обновляется в программе COSMOS/DesignSTAR; после этого требуется только перестроить конечно-элементную сетку (с чем система прекрасно справляется) и запустить расчетный модуль.

COSMOS/DesignSTAR может открывать следующие типы файлов:

• COSMOS/DesignSTAR Part Files (*.DgxPrt);
• COSMOS/DesignSTAR Assembly Files (*.DgxAsm);
• Autodesk Inventor Files (*.ipt, *.iam);
• Solid Edge Files (*.par, *.psm, *.asm);
• SolidWorks files (*.sldprt, *.sldasm);
• Parasolid Assembly Files (*.x_t,*.x_b,*.xmt_txt,*.xmt_bin);
• ACIS Files (*.sat);
• STEP Files (*.stp, *.step);
• IGES Files (*.igs, *.iges);
• Pro/Engineer part files (*.prt);
• CATIA Files (*.mod, *.model).

Возможности COSMOS/DesignSTAR 3.0

• Линейный статический анализ трехмерных твердотельных объектов и оболочек — расчет перемещений, деформаций и напряжений, возникающих в конструкции при заданных нагрузках и граничных условиях. В качестве нагрузок могут выступать точечная сила, давление, объемные силы (гравитация, центробежная сила), термическая нагрузка. На систему можно накладывать ограничения в виде предписанных перемещений для точек, ребер и поверхностей.
• Расчет сборок с условием контактного взаимодействия между компонентами с учетом и без учета трения.
• Частотный анализ — определение собственных (резонансных) частот и соответствующих форм колебаний.
• Линейный анализ устойчивости элементов конструкции — определение критических нагрузок и соответствующих форм потери устойчивости.
• Термический анализ — определение температурных полей и градиентов, тепловых потоков в конструкции. Рассчитываются стационарные состояния и переходные процессы в линейной и нелинейной постановке. Предусмотрена возможность моделирования следующих краевых и начальных условий: температура, тепловой поток, теплообмен путем конвекции и радиационного излучения. Моделируется также объемное тепловыделение.
• Задачи нелинейного деформирования материалов — 12 моделей; среди них две линейно-упругие модели деформирования, а также модели, описывающие нелинейно-упругое поведение материала (1 модель), пластичность (5 моделей), гиперупругость (3 модели) и вязкоупругость (1 модель).
• Низкочастотный электромагнитный анализ (модуль COSMOS/EMS — электростатика, магнитостатика, магнитные поля переменных токов, переходные процессы в цепях).

Для реализации различного рода нелинейностей в CDS предусмотрена возможность формирования кривых нескольких видов: временно-зависимых, температурно-зависимых, зависимостей напряжение-деформация, напор-давление и некоторых других. Эти кривые используются для аппроксимации свойств материала, создания истории нагружения конструкции, но применимы и при решении задач с условиями на границах и внутри расчетной области, зависящими от времени.

Можно, например, проводить анализ нестационарных тепловых процессов с изменяющимися во времени параметрами нагружения и краевыми условиями, в качестве которых могут выступать тепловые потоки, объемное тепловыделение, профиль температуры и некоторые другие величины.

Для определения свойств материалов элементов конструкции используется соответствующая библиотека. Подходящую библиотеку, в том числе созданную своими силами, можно выбрать из списка. Библиотека свойств формируется или редактируется с помощью очень удобной программы «Material Browser».

Комплекс включает модуль для оценки результатов линейного статического анализа (оценка прочности элементов конструкции). Пользователь имеет возможность назначить критерий прочности в зависимости от свойств материала (пластичный или хрупкий, одинаковые или разные предельно допустимые напряжения для материала при испытаниях на растяжение и сжатие).

Алгоритм решения задачи методом конечных элементов в COSMOS/DesignSTAR

Укрупненно алгоритм можно представить следующим образом:

• Определяются тип анализа и его параметры (задача).
• В соответствии с типом решаемой задачи задаются характеристики материалов.
• Задаются нагрузки и ограничения.
• Строится конечно-элементная сетка.
• Проводится расчет.

Если вы хотите внести какие-либо изменения и определить реакцию системы, это можно сделать двумя способами: сформировать новую задачу (вы можете активно применять функцию копирования нагрузок, ограничений и материалов, используя в качестве образца исходные данные уже реализованного проекта) или модифицировать имеющийся проект и снова запустить расчетный модуль. Старые результаты будут при этом заменены новыми. Модифицируя проект, можно менять всё за исключением вида анализа и его имени.

Геометрические объекты

Вся геометрия конструкции и редактирование должны быть выполнены в вашей CAD-системе. Среда CDS не предоставляет возможности влиять на геометрию конструкции — за исключением подавления и восстановления отдельных ее компонентов с помощью команды Feature Suppess (Подавление объекта). В то же время CDS может установить прямой интерфейс с такими CAD-системами, как SolidWorks, Solid Edge и Autodesk Inventor, что позволяет автоматически обновлять геометрию (и не только геометрию) при ее изменении в CAD-системе.

При формировании расчетной схемы (определении краевых условий, нагрузок и т.д.) используется возможность выделения геометрических объектов (вершин, граней, поверхностей и целых компонент), на которые накладываются условия. Пользователь может формировать и так называемую ссылочную геометрию, которая представляет собой точки, оси и плоскости.

Интерфейс CDS

Окно CDS имеет две панели — дерево проекта и графическую область. Опции, доступные из дерева проекта, дублируются функциями, которые включены в выпадающие меню и панели инструментов. Чем предпочтительнее пользоваться — дело вкуса и привычек: оба варианта поддерживают полный цикл анализа от формирования расчетной схемы до получения результатов.

Системы единиц

При задании нагрузок, граничных условий, а также при визуализации результатов расчета CDS предоставляет вам полную свободу в выборе единиц. Используя пункт меню Tools, Options, Units, вы можете установить предпочтительные единицы, которые будут использоваться по умолчанию. Установка предпочтительной системы единиц не препятствует вводу исходных данных в любой другой системе. При вводе исходных данных используется меню единиц, из которого можно выбрать необходимую размерность. То же самое касается представления результатов расчета.

Единицы длины, температуры и угловой скорости имеют особый статус: их можно установить и использовать по умолчанию независимо от выбранной системы единиц.

Работа со сборками

Работая со сборками вы можете использовать опцию полупрозрачного показа, чтобы при подготовке проекта и визуализации результатов видеть скрытые компоненты сборки. Чтобы скрыть те или иные компоненты, используйте функцию Hide (Скрыть). Скрытые элементы также подвергаются конечно-элементной разбивке.

Для подавления компонента используется функция Suppress (Подавление). Если компоненты подавляются до генерации сетки, то при получении сетки они игнорируются и впоследствии не будут учитываться при анализе. Эту особенность полезно использовать при формировании проектов для отдельных частей или групп элементов (подсборок), входящих в состав сборки.

Создание отчетов

CDS позволяет генерировать отчеты в формате HTML (эта функция пока недоступна при проведении нелинейного анализа твердотельных структур и анализе переходных термических процессов).

Сохранение результатов в графическом виде

CDS позволяет сохранить картинки с результатами в форматах bitmap и VRML, создать анимацию в формате AVI (видеофайл). С помощью генератора отчетов (Report Wizard) эти результаты можно включить в отчет.

Экспорт проекта в другие системы конечно-элементного анализа

Данные из CDS можно экспортировать в COSMOS/M GEOSTAR, ANSYS, NASTRAN, PATRAN и IDEAS.

Для выполнения тех видов анализа, которые недоступны в CDS, но возможны в COSMOS/М, генерируются файлы GEOSTAR (*.geo).

Интуитивно понятный интерфейс и тщательно продуманная серия примеров, сопровождающихся подробнейшей пошаговой инструкцией и соответствующими иллюстрациями, позволяет освоить программу в самый короткий срок.

Большинство экспертов сходятся во мнении, что программы группы COSMOS имеют наилучшее соотношение возможностей и стоимости.