Шаги анализа. Для проведения анализа с помощью cosmosXpress следует выполнить следующие пять шагов:

1. определение материала детали;

2. применение ограничений;

3. приложение нагрузок;

4. анализ детали;

5. просмотр результатов.

Использование COSMOSXpress для нескольких документов. Можно использовать COSMOSXpress только для активного документа детали. Когда в программе COSMOSXpress создается новый документ детали или открывается существующий документ, COSMOSXpress автоматически сохраняет аналитическую информацию и закрывает текущий сеанс анализа.

Интерфейс пользователя COSMOSXpress. В Помощнике COSMOSXpress содержатся инструкции, которые помогут за пять шагов определить свойства материалов, ограничения, нагрузки, проанализировать модель и просмотреть результаты. При выполнении шага COSMOSXpress мгновенно сохраняет его. Информация будет доступна, если закрыть и перезапустить COSMOSXpress, не закрывая документ детали. Необходимо сохранить документ детали для сохранения данных анализа. Ниже приводится краткое описание интерфейса пользователя COSMOSXpress.

Вкладка «Добро пожаловать». Позволяет задать единицы анализа по умолчанию и указать папку для сохранения результатов анализа. В многотельной детали необходимо выбрать тело для анализа. В сборке надо выбрать компонент для анализа и выполнить импортирование нагрузок из окна Физическое моделирование. Сборки без элементов физического моделирования не поддерживаются. Для выполнения анализа откройте документ детали в отдельном окне.

Вкладка «Материал». Присвоение детали свойств материала.

Вкладка «Ограничение». Применение ограничений к граням детали.

Вкладка «Нагрузка». Применение сил и давления к граням детали.

Вкладка «Анализ». Можно выбрать, проводить ли анализ с настройками по умолчанию или же изменить настройки.

Вкладка «Результаты». Просмотр результатов анализа следующими методами:

1. отображение критических областей, где запас прочности меньше указанного значения;

2. отображение распределения напряжения в модели с или без примечания для максимального или минимального значения напряжения;

3. отображение результирующего распределения смещения в модели с или без примечания для максимального или минимального значения смещения;

4. отображение деформированной формы модели;

5. создание отчета в формате HTML;

6. создание файлов eDrawing для результатов анализа.

Кнопка «Обновить». Выполнение анализа COSMOSXpress, если решены ограничения и нагрузки. В противном случае отобразится сообщение и потребуется решить неверные ограничения и нагрузки.

Обновление появляется при изменении геометрии после применения нагрузок или ограничений. Также появляется при изменении свойств материалов, ограничений, нагрузок или геометрии после завершения анализа. После изменения одной из перечисленных составляющих появляются восклицательные знаки на вкладках «Анализ» и «Результаты». Восклицательный знак на вкладке «Ограничение» или «Нагрузка» обозначает, что ограничение или нагрузка стали недопустимыми после изменения в геометрии.

Реакция детали зависит от того, из какого материала она сделана. Программе COSMOSXpress необходимо знать упругие свойства материала, из которого сделана деталь. Материал назначается для детали путем его выбора из библиотеки материалов. Для материалов в SolidWorks существует два набора свойств: видимые и физические (механические). COSMOSXpress использует только физический набор свойств. Библиотека материалов SolidWorks содержит уже заданные свойства материалов. Можно назначить материал для детали непосредственно в COSMOSXpress или перед его запуском. Если материал, который требуется назначить для детали отсутствует в библиотеке материалов, закройте COSMOSXpress, добавьте требуемый материал в библиотеку и снова запустите COSMOSXpress.

Материалы могут быть изотропными , ортотропными или анизотропными . В COSMOSXpress поддерживаются только изотропные материалы.

Материал называется изотропным, если его механические свойства одинаковы во всех направлениях. Изотропные материалы могут содержать однородные или неоднородные микроскопические структуры. Например, сталь демонстрирует изотропное поведение, хотя ее микроскопическая структура неоднородна.

Материал называется ортотропным, если его механические свойства уникальны и независимы в направлениях трех взаимно перпендикулярных осей. Примеры ортотропных материалов - древесина, многие кристаллы и прокатанный металл.

Материал называется анизотропным, если его механические свойства различны в разных направлениях. Вообще, механические свойства анизотропных материалов не симметричны относительно какой-либо плоскости или оси. Анизотропными иногда называются ортотропные материалы.

COSMOSXpress использует следующие свойства материала для выполнения анализа напряжения.

Модуль упругости (EX). Для линейного упругого материала требуется напряжение для модуля упругости, чтобы вызвать удельную деформацию в материале. Другими словами, напряжение делится на ассоциированную деформацию. Модуль упругости был впервые представлен Юнгом, и часто называется модулем Юнга.

Коэффициент Пуассона (NUXY). Растягивание материала в продольном направлении сопровождается сжатием в поперечных направлениях. Например, если тело подвергается растягивающему напряжению в направлении по оси X, тогда коэффициент Пуассона (NUXY) определяется, как боковое напряжение в направлении по оси Y, деленное на продольное напряжение в направлении по оси X. Коэффициенты Пуассона являются безразмерными величинами. Если они не определены, программа предполагает значение по умолчанию 0.

Предел текучести (SIGYLD). COSMOSXpress использует это свойство материала для расчета распределения запаса прочности. COSMOSXpress допускает, что материал начинает становиться податливым, когда эквивалентное (von Mises) напряжение достигает этого значения.

По завершении анализа можно просмотреть результаты.

Флажок на вкладке «Результаты» означает, что для текущей геометрии, материала, ограничений и нагрузок имеются результаты и их можно просмотреть.

Когда существующие результаты не относятся к текущей геометрии, материалу, ограничениям или нагрузкам, в левом нижнем углу окна COSMOSXpress отображается кнопка Обновить. Нажмите кнопку Обновить, чтобы выполнить повторный анализ модели и рассчитать новые результаты.

Хотя программа COSMOSXpress и рассчитывает перемещения, нагрузки и напряжения, она позволяет просматривать только напряжения.

На первом экране вкладки «Результаты» отображается минимальный запас прочности для всех местоположений в детали. В соответствии со стандартными нормативами конструирования, запас прочности должен быть не менее 1,5. Для заданного минимального запаса прочности программа COSMOSXpress отображает возможные безопасные и опасные области синим и красным цветом, соответственно (рисунок 5.4).

Рисунок 5.4 Опасные области (на основе указанного запаса прочности) отображаются красным цветом

Оценка безопасности проекта:

1. чтобы отобразить области модели с запасом прочности ниже указанного значения, введите это значение в поле и нажмите «Демонстрация»;

2. COSMOSXpress отобразит области модели с запасом прочности ниже указанного значения красным цветом (опасные области), а области с более высоким запасом прочности - синим цветом (безопасные области);

3. для просмотра дополнительных результатов надо нажать «Далее».

Для отображения распределения напряжения в модели необходимо:

1. нажать кнопку «Отобразить распределение напряжения в модели»;

2. нажать кнопку «Далее».

3. будет сгенерирована эпюра эквивалентного напряжения (напряжения von Mises).

4. далее надо выберать один из следующих вариантов:

• «Выполнить» для запуска анимации;

• «Стоп», чтобы остановить анимацию;

• «Сохранить», чтобы сохранить анимацию в отдельный файл.

5. COSMOSXpress отображает эпюру напряжений на деформированной форме детали. В большинстве случае реальная деформация настолько мала, что на масштабной эпюре деформированная форма почти совпадает с недеформированной. COSMOSXpress преувеличивает деформацию, чтобы дать более полное представление о том, каким образом деформируется деталь. Шкала деформации, отображаемая на эпюрах напряжений и деформированных форм, является шкалой, которую использует COSMOSXpress для изменения масштаба максимальной деформации на 10% по отношению к граничной рамке детали.

Для отображения распределения смещения в модели необходимо:

1. нажать кнопку «Отобразить распределение смещения в модели»;

2. нажать кнопку «Далее», будет сгенерирована результирующая эпюра перемещения.

3. выбрать один из следующих вариантов:

• выполнить для запуска анимации;

• «Стоп», чтобы остановить анимацию;

• «Сохранить», чтобы сохранить анимацию в отдельный файл.

Для отображения деформированной формы модели необходимо:

1. нажать кнопку «Отобразить деформированную форму модели»;

2. нажать кнопку «Далее». Будет сгенерирована эпюра деформированной формы.

3. выбрать один из следующих вариантов:

• «Выполнить» для анимации эпюры деформированной формы;

• «Стоп», чтобы остановить анимацию;

• «Сохранить», чтобы сохранить анимацию в отдельный файл.

5.3 CAE-приложение COSMOSWorks

COSMOSXpress - это начальная версия программы COSMOSWorks. COSMOSWorks - это приложение для анализа проектных решений, полностью интегрированное в SolidWorks. COSMOSWorks используется конструкторами, аналитиками, инженерами, студентами и другими пользователями во всем мире для проектирования безопасных, эффективных и экономичных продуктов.

В продуктах серии COSMOSWorks имеются расширенные возможности на каждом этапе процесса анализа проектных решений. Ниже приведено краткое описание возможностей продуктов серии COSMOSWorks

5.3.1 Общие возможности:

• анализ сборок: Одновременно можно выполнить анализ всей сборки, а не одного компонента. Для каждого компонента можно назначить свой материал;

• анализ напряжений при наличии условия контактирования: COSMOSWorks обеспечивает возможность анализа контактирующих компонентов, являющегося составной частью анализа напряжений. Можно назначать глобальные или локальные контакты для соприкасающихся граней или для граней, между которыми существует зазор. При анализе контактов поддерживается трение и большие перемещения;

• моделирование оболочки деталей из листового металла и тонкостенных деталей: Использование COSMOSXpress для анализа деталей из листового металла и тонкостенных деталей является неэффективным. Чем меньше толщина, тем больше элементов требуется для моделирования детали, и COSMOSXpress может не справиться с решением задачи. В COSMOSWorks используется небольшое количество элементов оболочки вместо большого количества тетраэдральных элементов, чтобы создать сетку для тонкостенных деталей. Элементы оболочки наилучшим образом подходят для моделирования этих деталей. С уменьшением толщины их эффективность не снижается.

5.3.2 Типы анализа.

Кроме множества параметров анализа напряжений на каждом этапе процесса анализа проектных решений, в COSMOSWorks возможны следующие дополнительные типы анализа:

1. частотный анализ (методом нормальных волн). Тело, выведенное из состояния покоя, начинает колебаться на определенных, так называемых собственных или резонансных частотах. При каждой собственной частоте тело принимает определенную форму, которая называется формой колебаний. При частотном анализе рассчитываются собственные частоты и ассоциированные формы колебаний. Избыточные реакции возникают тогда, когда на тело воздействует динамическая нагрузка, и оно вибрирует на одной из собственных частот. Это явление называется резонансом. Например, машина с несбалансированными колесами сильно дрожит на определенной скорости из-за резонанса. Тряска уменьшается или исчезает на других скоростях. Можно привести другой пример, когда от сильного звука, например голоса оперного певца, возникает трещина в стекле;

2. анализ продольного изгиба Для тонкостенных моделей, испытывающих сжимающие осевые нагрузки, при определенных уровнях нагрузки обычно характерны большие поперечные деформации. Это явление называется продольным изгибом. В отдельных случаях продольный изгиб возникает до разрушения материала из-за высоких напряжений. Продольный изгиб может быть глобальным или локальным;

3. COSMOSWorks помогает исключить разрушение в результате продольного изгиба путем расчета минимальных нагрузок, вызывающих продольный изгиб;

4. термический анализ. Теплообмен определяется как передача тепловой энергии из одной области в другую в результате разности температур. Существует три вида теплообмена.

• проводимость (теплообмен посредством молекулярного возбуждения в материале без общего движения материала). Проводимость - это основной вид теплообмена в твердых телах. Если температура твердого тела различна в разных его точках, тепло из точек с более высокой температурой будет передаваться в точки с более низкой температурой, чтобы восстановить тепловое равновесие;

• конвекция (теплообмен посредством движения жидкостей). Конвекция - это основной вид теплообмена между поверхностями твердых тел и граничащими с ними жидкостями. Частицы жидкостей действуют как носители тепловой энергии;

• излучение (теплообмен посредством электромагнитных волн). В отличие от проводимости и конвекции, излучение не требует наличия среды, так как электромагнитные волны могут распространяться в вакууме. Эффекты излучения увеличиваются при более высоких температурах.

Существует два типа анализа теплообмена:

- термический анализ в устойчивом состоянии: при этом типе анализа основное внимание уделяется тепловому режиму тела, когда оно достигает теплового равновесия. Время, необходимое для достижения теплового равновесия, не имеет значения;

- промежуточный термический анализ: при этом типе анализа основное внимание уделяется тепловому состоянию тела в отдельные моменты времени;

5) анализ термического напряжения. Изменения температуры могут приводить к возникновению значительных напряжений в теле. При анализе термического напряжения рассчитываются напряжения, нагрузки и перемещения, возникающие в результате тепловых эффектов;

6) анализ оптимизации. Анализ оптимизации автоматизирует поиск оптимальной конструкции.

Выполнение процесса вручную. При поиске оптимальной конструкции необходимо будет применять различные конфигурации геометрии, размеры, материалы, нагрузки и ограничения. В случае отсутствия автоматизированного анализа оптимизации необходимо приступить к ручному методу, пробуя при этом различные комбинации. После каждого изменения необходимо перезапускать анализ и изучать результаты.

Автоматизированный процесс. Анализ оптимизации автоматизирует ручную процедуру для конкретной конфигурации. Программа COSMOSWorks оснащена технологией для быстрого обнаружения трендов и определения оптимального решения с использованием минимального количества прогонов. При анализе оптимизации требуется ввести следующее:

• цель: сформулировать цель. Например, минимальный материал;

• расчетные параметры или ограничения геометрии: выберите размеры, которые могут изменяться, и задайте их диапазоны. Например, диаметр отверстия может варьироваться от 0.5" до 1.0", тогда как вытяжка эскиза может варьироваться от 2.0" до 3.0";

• ограничения в поведении: задайте условия, которым должна отвечать оптимальная конструкция. Например, напряжения, отклонения, температуры не должны превышать определенные значения, а собственная частота должна находиться в указанном диапазоне.