COSMOS功能模块详细介绍.pdf

COSMOSCOSMOS-功能简述功能简述 COSMOS 是当今世上最快的有限元分析软件，这是否言过其实?美国 SRAC 公司在 1993 年 推出 COSMOS/FFE 之后，所受的怀疑不亚于赞美。经过三年严格的考验，在 1996 年，SRAC公 司在设计分析的市场上，终于如所预期的坐上销售冠军的宝座。快速推出可信赖的高质量产品，已是产业界面临的挑战，为了适应新潮流，必须降低 设计和制造的成本。因此缩短设计流程，减少错误设计是唯一可行的道路。但是如何达到 此目标呢?在现代化的工业中，计算机辅助设计（CAD）,计算机辅助制造（CAM），已经减 少了不少设计者的负担。而原本被视为设计和制造过程中的配角-计算机辅助工程（CAE），已经摆脱了以前可有可无的角色，变成设计过程中不可缺少的一环。为何 CAE 在角色上会 有如此的转变呢?分析软件不仅仅可以减少建构实体模型的次数，在制造高质量产品的过 程中，良好地运用分析软件必定可以缩短产品的开发时间和减少人员成本。时至今日，计 算机辅助工程（CAE）在产业中肩负着五大使命：（1）缩短设计所需的时间和降低设计成本。（2）在精确的分析结果下制造出高质量的产品。（3）能够快速的对设计变更作出反应。（4）能充分的和 CAD 结合并对不同类型的问题进行分析。（5）能够精确的预测出产品的性能。SRAC 公司的产品就是为了符合此五大使命而开发出来的。Structurra1 Research and Analysis Corporation（简称 SRAC）创建于 1982 年，是一 个全力发展有限元分析软件的公司，公司成立的宗旨是为工程界提供一套高品质并且具有 最新技术的有限元软件，而且这套软件必须价格低廉，能为大众所接受，在成立的同一年 S RAC 公司就发表了适用于主流计算机系统上的有限元分析软件。早在 1985 年，SRAC 公司就将 焦点由主流计算机系统转移到微机上，同年在微机上运行的 COSMOS/M 就已上市，SRAC 公司 成为第一个专注于微机市场上的有限元分析软件公司。在 1996 年 SRAC 公司在 FEA 市场上作了 三项预测，且将这三项预测作为未来的发展目标：（1）随着微机技术的飞速发展，在微机上进行有限元分析将是必然趋势，SRAC 公司将在微 机上继续全面发展适合工程设计人员的有限元分析软件。（2）在竞争日渐激烈的市场上，能够快速的满足市场需求成为企业生存的必要条件，虚拟样机成为企业在商海中制胜的法宝，而有限元分析也成为虚拟样机设计流程上不可 缺少的一环。SRAC 公司认为有限元分析市场将会持续蓬勃发展，而 SRAC 公司承诺提供给企 业界高性价比的有限元分析软件，将快速有限元分析方法推广到企业中去。（3）由于在微机上基于视窗平台的软件已成为潮流，流畅的使用者界面已是用户的基 本要求，SRAC 公司将把精力投注到 Windows 集成环境中，为用户提供无缝集成、高品质的 有限元分析软件。现今，以上内容已经成为有限元分析业界遵循的标准。1998 年 SRAC 公司再次提出新的 标准，已着手对有限元分析软件进行以 Parasolid 为几何核心，全新写起。以 Windows 视窗 界面为平台，给使用者提供操作简便的友好界面，包含实体建构能力的前、后处理器的有 界面为平台，给使用者提供操作简便的友好界面，包含实体建构能力的前、后处理器的有 限元分析软件-GEOSTAR。GEOSTAR 根据用户的需要可以单独存在，也可以与所有基于 Window s 平台的 CAD 软体达到无缝集成。SRAC 公司在 1993 年发表了快速有限元算法（FFE）之后，广受瞩目，也备受争议。这主 要是由于 SRAC 公司在有限元分析算法突破传统，大幅创新的缘故。在传统有限元分析的数 值计算方法之中，有直接计算法（Direct Solver）与迭代法（Iterative）两种。由于在 过去的经验中，迭代法一直无法直接而有效的保证数值计算的收敛性，因此，直接计算法 在多数有限元素分析软件中，仍然是一种主流的计算方法。SRAC 公司从 1982 年开始，公司 的三位前苏联的物理与数学博士，致力于开发一种可以保证求解过程中能够收敛的迭代法 ，此收敛的迭代法确保提高解题速度，减少解题时间。这三位工程师锲而不舍地找寻迭代 法在有限元素分析应用中造成发散的所有原因，并且在迭代法计算过程之中加入了严密的 检查过程，终于在 11 年之后的 1993 年首度将保证收敛的迭代法-又称做快速有限元法导入C OSMOS 的产品之中。由于开发快速有限元法的过程中需要完全重写求解器部分的程序，因此 ，SRAC 公司将传统的有限元分析求解器重新以 C+语言开发。新的有限元分析软件对磁盘空 间上的要求大幅降低，占用计算机系统的内存也大大减少，因此分析速度大幅加快，超越 传统甚多。快速有限元算法（FFE）是工程设计分析人员的分析利器。不管您有没有实际的分析经 验，快速有限元算法中图形化的操作界面可使您直观地划分网格单元、定义边界载荷条件 及快速地求解计算结果，您会发现其分析结果与理论结果十分相近，并且速度快似子弹，最近有一位应用快速有限元算法的工程师这么评说：快速有限元算法如此实用，你甚至连 喝咖啡的时间都没有了。应用快速有限元算法的工程师们明显地体会到了缩短产品开发 时概念设计与分析时间的快乐。快速有限元算法成为产品提早上市并降低成本风险的坚强 后盾。SRAC 公司的快速有限元算法（FFE）模块除了速度快之外，还会针对不同分析问题，自动选择正确的求解器来求解。另外它提供预警功能，在正式解题之前，快速有限元算法 首先会检查待分析的模型是否完全定义，否则快速有限元算法将停止计算，使计算机不必 浪费时间来做无谓的运算；并且在解题之前，快速有限元算法会自动评估您的磁盘空间，判断您的磁盘空间是否足够用来分析您的工程模型。在分析过程中，快速有限元算法亦会 显示计算进度及计算时间，以方便您了解求解的进度。总之，从最近的测试表明，快速有 限元算法（FFE）提升了传统算法 50100 倍的解题速度，并降低磁盘储存空间，只需原来的 5%就够了；更重要的是，它在微机上就可以解决复杂的分析问题，节省使用者在硬件上的 投资。SRAC 公司的快速有限元算法（FFE）比较突出的原因如下：1.快速有限元算法参考以往的有限元求解算法的经验，以 C+语言重新编写程序，程 序代码中尽量减少循环语句，并且引入当今世界范围内软件程序设计新技术的精华。因此 极大提高了求解器的速度。2.快速有限元算法使用新的技术开发、管理其资料库，使程序在读、写、打开、保存 资料及文件时，能够大幅提升速度。3.快速有限元算法按独家数值分析经验，搜索所有可能的预设条件组合（经大型复杂 运算测试无误者）来解题，所以在求解时快速而能收敛。所以，在微机上应用的工程分析软件，有了快速有限元算法，就好比一个引擎加上涡 轮增压器，这使您的软件运行一直处于加速状态。过去在工作站上运行的工程分析问题，现在可以拿到每位工程师的微机上来解决，这一次是快速有限元算法帮助你大显身手，并 且让你实现同步工程的梦想。COSMOS 产品的功能相当齐全，现在已经成为有限元分析市场上最成熟的分析产品之一 ，其完整的分析能力可解决绝大部分工程界的问题。COSMOS 的功能模块 (1).前、后处理器（GEOSTAR）GEOSTAR 是一个在交互图形用户环境中完全结合特征几何造型和前后处理的处理器。作 为最直观的前后处理器之一，GEOSTAR 解决复杂模型问题很容易。把 COSMOS/M 的结构、热力 、流力、电磁和优化模块加在一起，GEOSTAR 将帮助你与当今快速发展的全球设计环境并驾 齐驱。(2).静力分析模块（STAR）静力分析模块提供了一个完全集成的带有强大静态分析性能的前后处理器，它将在操 作环境中即时显示设计过程。专家级的有限元分析用户和新手都能够使用参数输入，大单 元库和多载荷等特征可让你分析起来更快更容易。它的低价位使我们使用有限元分析软件 立竿见影。(3).频率及挫屈分析模块（DSTAR）使用 DSTAR 你能确定在真实的操作环境下，你的设计时怎样进行的。它可以评估出自然 频率和系统相应的模式形状。DSTAR 也能计算挫屈载荷和相关的挫屈问题特征模式形状。(4).热效分析模块（HSTAR）热效分析模块用来分析稳态和瞬态加热条件如对流、传导和辐射问题（二维和三维），计算温度，温度梯度和热流，解算模拟场应用，比如通过多孔介质的流体。HSTAR 帮助你 绘制真正的时间与随温度变化的载荷和边界条件的关系图。(6).非线性分析模块（NSTAR）非线性分析模块提供二维和三维非线性静态和动态分析功能，包括大位移，大塑性，超塑性，粘性，蠕变，非线性热力和柱体挫屈分析。你也能够研究三维模型交叉曲面的非 线性接触问题。(7).疲劳分析模块（FSTAR）疲劳分析模块分析在循环机械和热力载荷的影响下，机构受到的疲劳程度。无论你在 设计一个零件或是整座桥梁，FSTAR 将提示你产品的疲劳周期影响并显示疲劳破坏的断面。疲劳分析模块计算局部和整体疲劳使用系数，列出选择点的综合应力结果，显示出疲劳云 图、矢量云图，在疲劳断裂发生的部位应用高亮的颜色表示。(8).优化和灵敏性分析模块（OPTSTAR）优化和灵敏性分析模块提供结构和热应用问题的二维和三维尺寸和形状优化和灵敏度 分析方案，进行优化设计。你可以从基本模型入手，然后设定参数（称为目标函数），按 你最大最小情况设定。接着你可以选择模型响应限制（行为约束），最后你就可以进行你 的改进设计了。OPTSTAR 帮助你进行尺寸和形状优化，给定可选择的变量范围。你的目标函 数可能是体积，重量，应力，应变，位移，自然频率，挫屈载荷因子，温度，热流或温度 梯度。行为约束可能是应力，应变，位移，频率，挫屈载荷，温度，热流，温度梯度或这 些因素的组合。优化和灵敏性分析模块的新性能是同 COSMOS/M 的动力分析模块（ASTAR）和疲劳模块（FSTAR）一起使用。这给定你一个真实的多规律优化系统。(9).流力分析模块（FLOWSTAR）流力分析模块分析三维非对称或曲线管道的内部流质问题，也分析环绕任意形状物体 的外部流质问题。流力分析模块分析稳态和瞬态流体，同时考虑热传问题和二维、三维的 非压缩流体问题。流力分析模块还分析压缩性流体，包括流体内部的超音速压缩性流体。F LOWSTAR 允许你指定随温度变化的速度和内部热源。流力分析模块中流体材料的范围包括牛 顿流体和非牛顿流体（比如玻璃，金属和塑料等）。(10).紊流分析加强模块（FLOWPLUS）紊流分析加强模块通过在不同的雷诺系数范围构建跨音速、超音速和次音速的压缩性 和非压缩性气体和流体模型，保证获得真实的分析结果。分析力系数，自然，混合和辐射 热传效应。紊流分析加强模块特点功能：瞬态流体和/或热传导允许分析流体和热的时间函数，提供随时间变化的求解运算。两相流体（潮湿气体和水混合物）允许分析两种不同状态的两相流体，具有更大的灵 活性。柱坐标方便地解决了旋转坐标物体（比如推进器或螺旋桨）的流体问题，因此扩充了 C FD 分析的范围。受空间周期性边界条件影响旋转设备。此类设备比如风扇，螺旋桨或推进器都具备对 称的多叶片结构，在进行有限元分析时，只分析其中一个叶片。影响沿墙面移动的流体状态的滑动墙提供非正交对称边界条件，因此使用户分析此类 流体更方便。对于未知边界条件指定可压缩流体的外围条件，从而加速了分析进程。棱锥或四面体单元允许 FLOWPLUS 使用由 COSMOS/M 生成的此类单元，这对于用户在不同 模块之间使用更容易。紊流分析加强模块给出了三种紊流模型-简单但强常数涡流粘度模型，传统的强 K-E 模 型和完美的 RNG 模型。你可以利用极其精确的模型技术，这些模型与强大的涡流墙模型一起 和自动涡流启动算法，使高度非线性、几何复杂涡流问题解决更为顺利。一旦你完成了分 析，FLOWPLUS 提供外部图形来显示流体模型的速度、压力和温度分布来帮助你理解你的设 计过程，(11).低频电磁分析模块（ESTAR）低频电磁分析模块进行二维和三维的静态电磁场、瞬态和交流电涡流、静电和电流的 分析，求解力、力矩、涡流、电阻、电感和电容矩阵等参数。设计分析的结果用云图和矢 量图绘制表示。ESTAR 也提供检查电器设计中热和/或机械性能的影响，分析结果也很容易 地与 COSMOS/M 的结构和热力模块链接。(12).高频电磁分析模块（HIFIS）HIFIS 特征为二维准静态，二维全波和时间域上交调失真分析能力。它集成在 COSMOS/M 的 GEOSTAR 的前后处理器中。高频电磁分析模块可以为判断一个电路高频特征提供一种准确 、灵活、快速的方法。例如，在提交一个原理之前，你可以充分了解你设计的情况。你可 以很容易地建模，包括开放和属性封闭的结构，获得所有相关的电路参数，HIFIS 使得研究 多种电路参数的分布特性和完成建模分析变得容易。在 COSMOS/M 环境下，使用内在时域仿真器自动连接到场域仿真器，你可以对互联进行 串音分析。这意味着，没有电路参数计算的话，互联装载和激发的参数分析是很不容易的 。此外，SRAC 公司亦提供和其它有限元分析软件沟通的文件转换程序，COSMOS 产品和世界上 着名的 CAD 软件可以无缝集成或应用标准格式读入，包括 Pro/ENGINEER、Solid Edge、Eure ka Gold、MicroStation、Mechanic Desktop 等。各种不同三维 CAD 强大的实体模型绘图能 力加上 COSMOS 的强大而完整的分析能力，使工程师在设计造型与机构模拟之后，得以快速 而直接的取得该设计的有限元分析信息。COSMOS 可实现您在微机硬件上做专业有限元分析 的梦想。因此，过去使用工作站的烦人系统问题、昂贵的系统硬件及维护费用、以及宛如 天价般的软件价格，已随着微机 CAD/CAE 软件的问世而烟消云散。COSMOS/DesignStar-强大的面向工程设计人员的设计分析工具 无论您是一位电子机械工程师，还是一位工作在航空，运输，能源，汽车，医药，建 筑工业等领域的工程设计师。COSMOS/DesignStar 能够帮助您：缩短开发时间 削减测试花销 提高产品质量 增加企业利润 减少市场投入期 .真实的设计仿真 COSMOS/DesignStar 给工程设计人员引进分析和设计检查的新概念。容易使用和直观的 效果进行复杂零件和装配件分析，超过您想象的计算速度和令您满意的准确结果是 COSMOS /DesignStar 不同于其它有限元分析软件的特点。软件的开放结构给您提供开发空间。新概念 o 拖动式分析 o 设计检查向导 o 高级动态仿真 o 网络报告生成 o 可选性装配分析 o 网格加密细化 o 实体和壳单元 .多设计工程分析模拟.结果检查向导 用户界面 内嵌视窗环境 多文档性能 完全用户化的 API 功能和软件集成 分析仿真特征管理器 零件和装配件分析 单零件的自动实体网格划分 多零件的自动实体网格划分 应用仿真器的装配件设定 装配件的接触分析 载荷和边界条件 结构 结构载荷和边界条件可以应用在全局坐标系和局部坐标系中。COSMOS/DesignStar 支 持笛卡儿坐标系、柱坐标系和球坐标系。方向位移 集中力 力矩 压力 体力（重力、离心力）热载荷 热力 温度 热流 对流 辐射 热能 体热 材料库 用户材料库 用户特殊材料 材料库：可加入 30,000 种材料 分析类型 线性应力和位移分析 频率和模式变形 线性挫曲 热力（稳态和瞬态）分析 接触分析 解算方法 COSMOS/FFE COSMOS/M 稀疏算法 结果仿真 COSMOS/DesignStar 支持基于 OpenGL 的三维图形高级结果仿真。动态多视角提供快速、简单和准确的分析结果，包括：应力、应变、变形、位移、能量、误差和应变能密度的绘制和列表 频率列表、模式形变的绘制和列表 温度、温度梯度、热流绘制和列表 动画 动态的截面和等截面视角 查询结果 设计检查向导 工程应用 HTML 报告生成 AVI，VRML，Bitmaps Visual Basic 和 C+API 支持 OLE Automation Dispatch 和 COM 界面 COSMOS/DesignStar 模块 基本模块：FFE 和稀疏算法 线性结构分析 线性挫曲 频率分析 热力分析 稳态热力分析 瞬态热力分析 耦合静力/热力 装配分析、接触分析（附加费用）中阶模块：基本模块 非线性分析 动态响应 装配分析、接触分析 高阶模块：中阶模块 疲劳分析 低频电磁分析 其它服务 流体和高频电磁分析 材料库 ANSYS 和 NASTRAN 的输出接口 维护、热线支持和程序更新 培训