10 - 2005

Новые «космические» высоты: осваиваем COSMOSWorks 2006 и COSMOSMotion 2006

Владимир Пономарев

Новые возможности COSMOSWorks 2006

COSMOSWorks Professional

COSMOSWorks Advanced Professional

Новые возможности COSMOSMotion 2006

Заключение

В сентябрьском номере «САПР и графика» мы рассказали читателям о новых функциональных возможностях пакета SolidWorks 2006. Сегодня же, продолжая тему 2006-й версии, подробнее рассмотрим семейство программ для инженерных расчетов COSMOS 2006, в частности COSMOSWorks 2006 — модуль анализа прочности деталей и сборок и COSMOSMotion 2006 — модуль анализа кинематики и динамики механизмов. Пользователи уже успели по достоинству оценить удобство работы с этими программами. Прежде всего, модули COSMOS объединяет полная интеграция с SolidWorks, а также имеется широкий набор функциональных возможностей, позволяющий обычному инженеру-конструктору проводить серьезные и разнообразные проверки спроектированного изделия, пользуясь удобными и мощными средствами описания расчетной модели и визуализации результатов.

Новые возможности COSMOSWorks 2006

В новой версии COSMOSWorks реализовано более 100 нововведений, главной целью которых было сделать программу максимально доступной для проведения расчетов даже инженеру со средней подготовкой. При этом разработчики сосредоточили внимание на следующих задачах:

• повысить способность инженеров анализировать конструкцию;

• максимально приблизить интерфейс пользователя COSMOSWorks к стандарту SolidWorks;

• упростить процедуру генерации сетки КЭ;

• расширить диапазон решаемых задач.

Учитывая различные по уровню и спектру задач запросы пользователей, SolidWorks Corp структурировала подмодули COSMOSWorks, выделив наиболее часто встречающиеся задачи прочностного анализа в отдельный пакет COSMOSWorks Designer. Этот пакет поставляется заказчикам как независимый модуль SolidWorks либо в составе пакета SolidWorks Premium. Перечень пакетов COSMOSWorks и их функциональных возможностей приведен в таблице.

Состав пакетов COSMOSWorks

Состав пакетов COSMOSWorks

Для тех, кто только начинает осваивать COSMOSWorks 2006, первые самостоятельные шаги легче сделать с использованием консультанта по анализам (рис. 1). Достаточно ответить на несколько наводящих вопросов — и система предложит вам необходимый тип расчета, поможет в создании сетки конечных элементов и в интерпретации результатов.

Рис. 1. Консультант по анализам

Рис. 1. Консультант по анализам

Пользователи программы теперь могут сохранять типовые расчетные схемы в специальной библиотеке анализов (рис. 2), которая органично вписалась в окно библиотеки проектирования SolidWorks. Для того чтобы воспользоваться расчетным шаблоном, достаточно всего лишь переместить его мышью в окно модели и указать места приложения усилий и ограничений.

Рис. 2. Библиотека анализов

Рис. 2. Библиотека анализов

Широко применяемую в машиностроении точечную сварку теперь очень легко описать в расчетной модели, используя дополнительный соединительный элемент — точечные сварные швы (рис. 3).

Теперь COSMOSWorks позволяет задавать контакт между телом и виртуальным основанием (рис. 4). При описании контакта с таким основанием можно указать его жесткость и силу трения.

Рис. 3. Расчетная модель с точечной сваркой

Рис. 3. Расчетная модель с точечной сваркой

Другая возможность упрощения расчетной модели — условное болтовое соединение — теперь включает описание условного неподвижного основания. Это позволяет избавиться и от включения в расчет дополнительных компонентов.

Если вследствие конструктивных особенностей пара компонентов в сборке принудительно сохраняет постоянное расстояние между друг другом, то можно исключить из расчетов конструктивный элемент, обеспечивающий это расстояние, заменив его условным жестким соединителем (рис. 5).

Рис. 4. Виртуальное основание упрощает расчетную модель

Рис. 4. Виртуальное основание упрощает расчетную модель

В списке граничных условий также пополнение. Шарнир, как одно из наиболее часто используемых ограничений цилиндрической грани, теперь выделен в отдельную связь с минимальным вводом данных — достаточно указать лишь цилиндрические поверхности отверстий или выступов (рис. 6).

Рис. 5. Жесткий соединитель перераспределяет нагрузку в модели

Рис. 5. Жесткий соединитель перераспределяет нагрузку в модели

Расчет прочности — ответственная работа, в которой важно всё. Поэтому информационное обеспечение исследования — один из решающих факторов успешного результата. В новой версии COSMOSWorks реализован доступ к обширной базе знаний, наработанной компанией за многие годы по вопросам пользователей программы. Если у вас есть Интернет — эта база всегда будет под рукой. А в дополнение к исходной учебной базе материалов вы можете загружать целевым образом необходимые материалы из Интернета со специального сайта www.matweb.com в формате COSMOSWorks, пользуясь списком из более чем 48 тыс. позиций. Поиск материала осуществляется по фрагменту наименования, свойству, составу (например, для легированной стали) и даже по производителю (рис. 7).

Рис. 6. Описание шарнира в COSMOSWorks 2006

Рис. 6. Описание шарнира в COSMOSWorks 2006

Рис 7. Окно интерактивных ресурсов COSMOSWorks 2006

Рис 7. Окно интерактивных ресурсов COSMOSWorks 2006

Значительные усовершенствования были сделаны и в области построения сетки конечных элементов. Во-первых, COSMOSWorks 2006 теперь работает с многотельными деталями, расчет которых практически ничем не отличается от расчета сборок. Во-вторых, добавлена возможность совмещать в одной модели сетки разных типов — с объемными и оболочечными элементами, которые назначаются отдельным телам (рис. 8). И в-третьих, оболочки можно использовать при расчете сборок.

Большинство сборок имеют конструктивные зазоры между компонентами. Это обстоятельство требовало дополнительных геометрических модификаций для описания контактных взаимодействий. В новой версии расширены возможности описания контакта между несоприкасающимися компонентами, так что существующие зазоры можно оставлять при описании контакта (рис. 9).

Рис. 8. Комбинированная сетка конечных элементов

Рис. 8. Комбинированная сетка конечных элементов

Для повышения точности результатов разработчики ввели настройку сходимости при выполнении расчетов с разбиением сетки h-элементами (рис. 10). Таким образом, сетка может сгущаться и укрупняться согласно промежуточным результатам расчета, в частности, на основании значений потенциальной энергии деформации, а не только на базе геометрических особенностей модели, что обеспечивает более точные результаты.

Опытные пользователи SolidWorks, привыкшие к максимальному сервису, оценят удобное окно диагностики «Что неверно» для расчетной модели COSMOSWorks. При изменении геометрии, материала, нагрузок или ограничений в окне сообщений «Что неверно» появляются предупреждения и подробные сведения об ошибках (рис. 11).

Рис. 9. Игнорирование физического зазора при расчете сборки

Рис. 9. Игнорирование физического зазора при расчете сборки

Рис. 10. Изменение сетки КЭ при использовании h-адаптивного метода

Рис. 10. Изменение сетки КЭ при использовании h-адаптивного метода

Теперь COSMOSWorks позволяет пользователям добавлять или редактировать линейные, нелинейные, температурные и усталостные характеристики материала за один шаг, с помощью встроенного редактора материалов.

Большое количество индивидуальных настроек в SolidWorks всегда обеспечивало гибкость программы. Отныне и COSMOSWorks может похвастаться аналогичными возможностями. Например, пользователи могут выбрать сохранение файлов результатов в одной папке с моделью в подпапке в месте расположения модели или назначить папку результатов по умолчанию. К тому же пользователи могут указать отдельную папку результатов для каждого расчета.

Другие настройки охватывают вид отображения символов по умолчанию, подробности оформления эпюр результатов, настройку панелей инструментов.

Рис. 11. Удобные средства диагностики расчетной модели

Рис. 11. Удобные средства диагностики расчетной модели

COSMOSWorks новой версии позволяет пользователю указать, какие эпюры будут созданы сразу после проведения расчета (рис. 12). Например, можно определить отображение всех собственных форм изделия при частотном анализе. Согласитесь, что это быстрее, чем создавать каждый эпюр по отдельности.

Применение оболочечных (пластинчатых) расчетных моделей существенно снижает потребность в вычислительной мощности за счет уменьшения количества конечных элементов. Теперь пользователи могут проанализировать сборки из листового металла либо отдельные тонкостенные компоненты сборки, используя оболочки. При этом можно задавать необходимые условия контакта.

Рис. 12. Настройки управления результатами расчетов

Рис. 12. Настройки управления результатами расчетов

Рис. 13. Приведенные напряжения в комбинированном срезе детали

Рис. 13. Приведенные напряжения в комбинированном срезе детали

Стало более наглядным представление результатов с помощью секущих поверхностей (рис. 13). Появилась возможность комбинировать несколько таких поверхностей в один сложный срез, добиваясь таким образом наилучшей визуализации критических зон.

Усиление интеграции COSMOSWorks с другими модулями SolidWorks проявилось в 2006-й версии и в расширении поддержки eDrawings. COSMOSWorks теперь может создавать единый компактный файл eDrawings с несколькими эпюрами результатов. К тому же пользователи могут скрывать выбранные детали сборки с целью наглядного представления результатов.

В начало В начало

COSMOSWorks Professional

Целый ряд нововведений расширил область применения появившегося в предыдущей версии COSMOSWorks анализа падения (Drop Test). Этот анализ позволяет исследовать поведение модели при соударении с неподвижным основанием. В качестве исходной информации используется скорость при ударе либо высота и гравитация. Если в предыдущей версии такой анализ был применим только к деталям, то в новой версии, благодаря включению контактных взаимодействий, тест падения можно выполнять для сборок и многотельных деталей. Настройки теста пополнились также учетом жесткости и толщины основания. Таким образом, пользователи смогут имитировать падение объекта на полы различных типов, например на доски, бетон либо на ковровое покрытие.

По окончании расчета пользователь может построить графики перемещений и ускорений выбранных точек конструкции во времени (рис. 14). Причем значение ускорения можно вывести в единицах g, то есть как перегрузку.

Расчет на усталость, появившийся в COSMOSWorks сравнительно недавно, позволяет определить прочность конструкции при циклическом изменении нагрузки. В дополнение к традиционным данным этот вид расчета требует ввода графиков зависимости критических напряжений от количества циклов нагружения. Помимо ручного задания, такие графики можно получить из встроенной базы данных материалов (рис. 15). А для проведения усталостного расчета сборок кривые можно задавать отдельно для каждого компонента сборки.

И еще одно полезное нововведение: для описания циклической нагрузки можно использовать несколько схем приложения нагрузок и ограничений, то есть можно подробно смоделировать процесс изменения нагрузки в одном цикле.

Рис. 14. График скоростей точек модели при ударе

Рис. 14. График скоростей точек модели при ударе

Рис. 15. Свойства материала для расчета усталости

Рис. 15. Свойства материала для расчета усталости

В начало В начало

COSMOSWorks Advanced Professional

Не остался без внимания и блок нелинейных расчетов. Пользователи могут определять или импортировать данные инженерных кривых в базу материалов COSMOSWorks с целью автоматического расчета характеристик для гиперэластичных и вязко-эластичных материалов. Время экономится за счет автоматического расчета констант материала вместо сложных вычислений вручную. База данных COSMOSWorks теперь имеет предопределенную модель материала с нелинейными свойствами (рис. 16).

Рис. 16. Выбор модели материала

Рис. 16. Выбор модели материала

В завершение нашего обзора отметим, что COSMOSWorks 2006 содержит множество типовых примеров (свыше 70) по оценке и верификации результатов расчетов для линейных и нелинейных задач. Примеры демонстрируют точность получаемых результатов в сравнении с классическими аналитическими решениями. Таким образом, сомневающиеся могут правильно поставить и решить ряд задач и укрепить свое доверие к программе и получаемым результатам.

В начало В начало

Новые возможности COSMOSMotion 2006

Новые возможности модуля COSMOSMotion 2006 прежде всего коснулись улучшения интеграции с конструкторским пакетом SolidWorks и расширения возможностей манипуляции данными расчетов.

Поддержка всех видов сопряжений SolidWorks . Подобно другим программам для кинематического расчета, приложение использует специальные соединения, которые определяют степени свободы компонента в месте его присоединения. Пользователь может описать расчетную модель, создавая такие соединения вручную и назначая в каждом узле соответствующий тип: шарнир, ползун и т.д. Однако одним из неоспоримых достоинств COSMOSMotion является именно автоматическое преобразование сборочных сопряжений в соединения. В предыдущей версии порой возникала необходимость создавать подобные соединения вручную, поскольку в Motion отсутствовали аналоги соединений для некоторых необычных сопряжений, таких как касательность «конус-плоскость», и дополнительных сопряжений: сопряжения редуктора, сопряжения с заданием диапазона подвижности и сопряжения кулачка. Пользователи версии 2006 будут приятно удивлены возможностью программы распознавать все виды сопряжений, которые были назначены компонентам сборки.

Рис. 17. Использование данных физической симуляции SolidWorks в COSMOSMotion

Рис. 17. Использование данных физической симуляции SolidWorks в COSMOSMotion

Импорт данных физического моделирования (симуляции). Замечательная возможность моделировать сборки с подвижными компонентами в SolidWorks была заложена изначально. Вскоре добавились дополнительные возможности исследования механизмов: определение конфликтов и физическая динамика. Затем разработчики пошли еще дальше — для более полной имитации движения вооружили конструктора инструментами задания движителей, пружин и гравитации. Эта функциональность в виде панели инструментов «Симуляция» доступна на уровне базового конструкторского пакета SolidWorks. В SolidWorks 2006 движители имеют атрибуты численного указания угловой и линейной скорости, жесткости пружин и гравитации. При наличии у пользователя программы COSMOSMotion эти исходные данные автоматически переносятся в расчетную модель, что позволяет решать более сложные вопросы для того же механизма, например учитывая трение или временное действие нагрузки (рис. 17).

Поддержка точек эскиза . COSMOSMotion допускает использование точек эскизов SolidWorks для задания положения соединений, сил, крепления пружин и т.д. В предыдущей версии положение определялось вершиной, центром окружности, сферы, тора или серединой прямолинейной кромки, но теперь пользователям не нужно изменять геометрию (например, создавая разделяющие кривые), когда необходимо указать точное положение, — достаточно создать соответствующий эскиз или сослаться на уже существующий (рис. 18).

Рис. 18. Точки эскиза определяют положение крепления пружины

Рис. 18. Точки эскиза определяют положение крепления пружины

Податливые соединения . При моделировании задачи с дверными петлями раньше пользователи COSMOSMotion, как правило, получали сообщение о неопределимости системы, поскольку наличие более одного соединения жестко ограничивает перемещение вдоль одной оси. В этом случае приходилось дорабатывать расчетную модель, устраняя излишние ограничения. В новой версии достаточно указать, что соединение обладает определенной податливостью, а система соответственно распределит нагрузку между опорами. Настройка податливости соединений обеспечивает большую точность результатов в случае, когда создается несколько шарниров (рис. 19).

Рис. 19. Податливые соединения в сборке позволяют равномерно распределить нагрузку на соединения

Рис. 19. Податливые соединения в сборке позволяют равномерно распределить нагрузку на соединения

Нелинейные пружины и амортизаторы. Для более реалистичного моделирования COSMOSMotion теперь поддерживает нелинейную зависимость усилия от деформации в пружинах и амортизаторах.

Трехмерные эскизы траекторий . COSMOSMotion предыдущих релизов уже отображал пространственную кривую траектории движения любой точки механизма. Также можно было вынести пошаговые данные координат в таблицу. Однако сама кривая появлялась на экране только в момент просмотра данных расчета. Теперь такие кривые можно автоматически сохранять в файл детали и в случае необходимости использовать для построения геометрии компонентов сборки, например для моделирования геометрии кулачка (рис. 20).

Рис. 20. Применение траектории для создания формы кулачка

Рис. 20. Применение траектории для создания формы кулачка

Сравнение результатов разных исследований . COSMOSMotion теперь позволяет сохранять графики результатов исследования в файл и затем сравнивать их с результатами другого расчета. Это дает возможность производить тонкое сравнение результатов моделирования движения, выбирая оптимальную геометрию механизма.

Разумеется, новшества в COSMOSMotion, и не ограничиваются тем, что мы сейчас перечислили. Различные доработки делают программу еще более удобной и наглядной. Например, пользователи теперь могут отображать XY-графики задаваемых переменных величин (нагрузок и движителей), создавать текстовые примечания в окне модели, а также переименовывать элементы в дереве модели COSMOSMotion (рис. 21).

Рис. 21. График изменения инициирующего перемещения

Рис. 21. График изменения инициирующего перемещения

В начало В начало

Заключение

В заключение остается только добавить, что COSMOSWorks 2006, COSMOSMotion 2006 и другие интегрированные модули комплексного пакета SolidWorks 2006 уже поступили в продажу. По вопросам приобретения и технического сопровождения новых версий COSMOS следует обращаться в центральный и региональные офисы компании SolidWorks-Russia, где вам окажут квалифицированную поддержку. Желаем успешной работы!

Владимир Пономарев

Ведущий инженер «Интерсед-Украина».

В начало В начало

САПР и графика 10`2005