Предисловие ...................................................................16
Введение ..........................................................................18
Аудитория .............................................................................19
Предназначение книги ..........................................................19
Соглашения ..........................................................................20
Благодарности ......................................................................21
Контактная информация .......................................................21
SolidWorks и COSMOSWorks – инструменты инженера ...........22
Комплектация .......................................................................23
Системные требования .........................................................27
Установка..............................................................................29
Метод конечных элементов ...................................................35
Первые результаты ...............................................................37
Глава 1
Основы COSMOSWorks................................................48
1.1. Интерфейс .....................................................................50
1.1.1. Составные части ........................................................50
1.1.2. Менеджер проекта .....................................................50
1.1.3. Меню ........................................................................53
1.1.4. Панели инструментов .................................................53
1.2. Взаимодействие с SolidWorks .........................................58
1.3. Решаемые задачи и виды анализа ..................................62
1.3.1. Упражнения ...............................................................62
1.3.2. Параметры ................................................................63
1.3.3. Сценарии проектирования ..........................................64
1.4. Материалы .....................................................................66
1.5. Критерии прочности .......................................................71
1.5.1. Номенклатура ............................................................71
1.5.2. Критерий Мизеса .......................................................72
1.5.3. Критерий максимальных касательных напряжений .........74
1.5.4. Критерий Мора+Кулона ...............................................74
1.5.5. Критерий максимальных нормальных напряжений .........75
1.6. Системы координати справочная геометрия ..................76
1.7. Единицы измерения .......................................................77
1.8. Дискретизация ...............................................................78
1.8.1. Общие положения ......................................................78
1.8.2. Порядок элементов и точность расчета .........................81
1.8.3. Сетка твердотельная и сетка поверхностная..................82
1.8.4. Параметры настройки.................................................83
1.8.5. Что такое качественная сетка? .....................................86
1.8.6. Локальное уплотнение сетки .......................................91
1.8.7. Специальные приемы .................................................94
1.9. Граничные условия ....................................................... 102
1.9.1. Общие положения .................................................... 102
1.9.2. Кинематические граничные условия ........................... 105
1.9.3. Статические граничные условия ................................ 108
1.9.4. Рабочая нагрузка ..................................................... 113
1.9.5. Дистанционные нагрузки (граничные условия
на удалении) ............................................................ 117
1.9.6. Массовые нагрузки .................................................. 129
1.9.7. Симметрия .............................................................. 133
1.9.8. Задача теплопроводности ......................................... 139
1.9.9. Характерные ошибки ................................................ 139
1.10. Процедуры решения ................................................... 140
1.11. Представление результатов........................................ 141
1.11.1. Параметры отображения ......................................... 142
1.11.2. Сечения ................................................................ 148
1.11.3. Изоповерхности ..................................................... 151
1.11.4. Анимация .............................................................. 152
1.11.5. Численные значения ............................................... 153
1.11.6. Значение в точке .................................................... 157
1.11.7. Сохранение результатов в графических файлах ......... 159
1.11.8. Протоколы сценариев проектирования ..................... 160
1.11.9. Отчеты .................................................................. 167
Глава 2
Пространственная модель....................................... 169
2.1. 3D+детали..................................................................... 170
2.1.1. Особенности моделирования .................................... 170
2.1.2. Точность и эффективность ........................................ 176
2.2. 2D+детали..................................................................... 178
2.3. Исходные данные – обязательный набор ...................... 180
2.4. Характерные ошибки .................................................... 181
2.5. Результаты и их интерпретация .................................... 182
2.5.1. Состав результатов .................................................. 182
2.5.2. Напряжения в узлах и в элементах.............................. 183
2.5.3. Деформированная модель ........................................ 185
2.5.4. Локальные системы координат для результатов........... 187
2.5.5. Главные напряжения ................................................ 190
2.5.6. Сила реакции........................................................... 191
2.5.7. Критерии прочности и запасы прочности .................... 196
2.5.8. Ошибка вычисления напряжений ............................... 200
2.5.9. Адаптивные сетки в моделях на базе твердых тел ........ 203
Глава 3
Поверхностная модель ............................................. 205
3.1. Функциональные возможности ..................................... 206
3.2. Особенности моделирования ....................................... 208
3.2.1. Построение сетки..................................................... 208
3.2.2. Граничные условия ................................................... 218
3.2.3. Симметрия .............................................................. 221
3.3. Обязательный набор исходных данных ......................... 227
3.4. Параметры настройки .................................................. 227
3.5. Характерные ошибки .................................................... 229
3.6. Результаты и их интерпретация .................................... 229
3.7. Гибридные сетки – сопряжение элементов
твердых тел и оболочек ................................................ 238
Глава 4
Критические нагрузки
и формы потери устойчивости ............................. 251
4.1. Функциональные возможности ..................................... 252
4.2. Особенности моделирования ....................................... 255
4.3. Обязательный наборисходных данных ......................... 259
4.4. Параметры настройки .................................................. 260
4.5. Анализ .......................................................................... 261
4.6. Точность ....................................................................... 263
4.7. Характерные ошибки .................................................... 265
4.8. Результаты и их интерпретация .................................... 266
Глава 5
Собственные частоты и формы колебаний ...... 269
5.1. Функциональные возможности ..................................... 270
5.2. Особенности моделирования ....................................... 271
5.3. Обязательный набор исходных данных ......................... 273
5.4. Параметры настройки .................................................. 273
5.5. Анализ .......................................................................... 275
5.6. Точность ....................................................................... 276
5.7. Характерные ошибки .................................................... 276
5.8. Результаты и их интерпретация .................................... 276
Глава 6
Тепловой расчет.......................................................... 279
6.1. Функциональные возможности ..................................... 280
6.2. Граничные условия ....................................................... 282
6.3. Особенности моделирования ....................................... 289
6.3.1. Стационарный расчет ............................................... 289
6.3.2. Нестационарный расчет ............................................ 290
6.3.3. Реализация корректных граничных условий................. 292
6.3.4. Построение сетки..................................................... 293
6.4. Обязательный набор исходных данных ......................... 294
6.5. Настройки .................................................................... 294
6.6. Анализ .......................................................................... 296
6.7. Точность ....................................................................... 296
6.8. Характерные ошибки .................................................... 296
6.9. Результаты и их интерпретация .................................... 300
6.10. Задача термоупругости .............................................. 301
Глава 7
Оптимизационная задача ........................................ 309
7.1. Постановка задачи и основные алгоритмы.................... 310
7.2. Обязательный набор исходных данных ......................... 317
7.3. Точность и сходимость ................................................. 318
7.4. Параметры настройки .................................................. 319
7.5. Особенности моделирования ....................................... 321
7.6. Характерные ошибки .................................................... 322
7.7. Результаты и их интерпретация .................................... 322
Глава 8
Сборки ............................................................................. 329
8.1. Функциональные возможности ..................................... 330
8.2. Обязательный набор исходных данных ......................... 332
8.3. Ограничения функциональности ................................... 333
8.4. Особенности моделирования ....................................... 334
8.4.1. Адекватные модели. Общие рекомендации ................. 335
8.4.2. Дискретизация сборок .............................................. 335
8.5. Граничные условия ....................................................... 341
8.5.1. Общие положения .................................................... 341
8.5.2. Взаимодействие деталей и контактные
граничные условия ................................................... 343
8.5.3. Задача собственных значений для механизмов............ 346
8.5.4. Оптимизация ........................................................... 349
8.6. Монолитные сборки...................................................... 350
8.7. Контактная задача ........................................................ 351
8.7.1. Интерфейс .............................................................. 352
8.7.2. Общие положения .................................................... 356
8.7.3. Базовые типы контакта и вопросы численной
реализации ............................................................. 357
8.7.4. Перемещения малые и большие ................................ 368
8.7.5. Контакт с трением и без него ..................................... 372
8.7.6. Горячая посадка....................................................... 373
8.7.7. Контактная податливость .......................................... 377
8.7.8. Кинематика ............................................................. 378
8.8. Тепловой расчет сборок ............................................... 378
8.8.1. Функциональные возможности .................................. 378
8.8.2. Контактные граничные условия .................................. 379
8.8.3. Контактное тепловое сопротивление .......................... 384
8.8.4. Особенности моделирования излучения ..................... 389
8.9. Характерные ошибки .................................................... 402
8.10. Результаты и их интерпретация .................................. 403
8.10.1. Интерференция деталей в деформированной сборке .... 403
8.10.2. Проблема осреднения напряжений
на границе контакта.................................................. 404
8.10.3. Контактные напряжения и точность расчета ............... 406
8.10.4. Особенности применения функции Design Check ....... 408
8.11. Методология расчета.................................................. 410
8.12. Виртуальные объекты сборок ..................................... 419
8.12.1. Соединитель Rigid .................................................. 421
8.12.2. Соединитель Elastic Support ..................................... 423
8.12.3. Условие контакта Virtual Wall .................................... 431
8.12.4. Соединитель Pin ..................................................... 434
8.12.5. Соединитель Bolt .................................................... 445
8.12.6. Соединитель Spot Welds .......................................... 463
8.12.7. Соединитель Spring ................................................ 467
8.12.8. Соединитель Link .................................................... 474
8.12.9. Выводы ................................................................. 477
Глава 9
Прикладные задачи.................................................... 479
9.1. Разъемные соединения ................................................ 480
9.2. Сварные соединения .................................................... 485
9.3. Анизотропные конструкции .......................................... 494
9.4. Сосуды давления и трубопроводы ................................ 503
9.5. Расчет дисков колес ..................................................... 507
9.6. Ферменные конструкции .............................................. 517
9.7. Термоупругость теплообменника – решение
в COSMOSWorks ........................................................... 523
9.8. Термоупругость отражателя – связь
с COSMOSFloWorks ...................................................... 527
9.9. Действие ветровых нагрузок – связь
с COSMOSFloWorks ...................................................... 559
9.10. Динамика механизмов и импорт данных ..................... 568
Глава 10
Специальные методы моделирования ............... 601
10.1. Имитация падения ...................................................... 602
10.1.1. Функциональные возможности................................. 602
10.1.2. Особенности моделирования................................... 602
10.1.3. Обязательный набор исходных данных...................... 606
10.1.4. Параметры настройки ............................................. 607
10.1.5. Анализ .................................................................. 608
10.1.6. Точность ................................................................ 609
10.1.7. Характерные ошибки .............................................. 609
10.1.8. Результаты и их интерпретация ................................ 610
10.1.9. Моделирование падения кружки .............................. 620
10.2. Расчет на усталость .................................................... 625
10.2.1. Функциональные возможности................................. 625
10.2.2. Особенности моделирования................................... 626
10.2.3. Обязательный набор исходных данных...................... 630
10.2.4. Параметры настройки ............................................. 632
10.2.5. Анализ .................................................................. 634
10.2.6. Точность ................................................................ 638
10.2.7. Характерные ошибки .............................................. 639
10.2.8. Результаты и их интерпретация ................................ 639
10.3. Консультант анализа................................................... 640
10.4. Библиотека анализов .................................................. 643
Глава 11
Нелинейный анализ –
COSMOSWorks и COSMOSDesignSTAR.................. 647
11.1. Функциональные возможности COSMOSDesignSTAR ..... 648
11.2. Границы применимости линейной и нелинейной
модели ....................................................................... 648
11.3. Большие перемещения ............................................... 650
11.3.1. Изгиб пластины ...................................................... 650
11.3.2. Витая пружина ....................................................... 659
11.4. Физическая нелинейность .......................................... 661
11.5. Взаимодействие колеса с грунтом .............................. 667
11.5.1. Постановка задачи ................................................. 667
11.5.2. Кинематические граничные условия ......................... 669
11.5.3. Адаптация геометрической модели .......................... 671
11.5.4. Параметры материалов ........................................... 674
11.5.5. Нагрузки................................................................ 675
11.5.6. Настройки вычислительного процесса ...................... 677
11.5.7. Сетка .................................................................... 678
11.5.8. Дополнительные настройки решателя....................... 680
11.5.9. Результаты и их интерпретация ................................ 680
11.5.10. Выводы ............................................................... 688
11.6. Ограничения функциональности нелинейного
расчета по сравнению с линейным.............................. 689
11.7. Дополнительные интерфейсные возможности
COSMOSDesignSTAR................................................... 689
Глава 12
Рациональные модели SolidWorks ....................... 691
12.1. Общие рекомендации ................................................. 692
12.2. Управление конфигурациями ...................................... 692
12.3. Работа с листовым материалом .................................. 693
12.4. Преобразования «твердое тело →поверхность» ......... 698
12.5. Геометрические поверхностные модели ..................... 699
12.6. Геометрические модели сборок и деталей
из нескольких тел ....................................................... 701
12.6.1. Расчленение и слияние ........................................... 702
12.6.2. Сопряжения ........................................................... 706
12.6.3. Контроль ............................................................... 706
12.7. Импортированная геометрия ...................................... 707
Глава 13
Вокруг COSMOSWorks ............................................... 711
13.1. Какой компьютер лучше? ............................................ 712
13.2. Интерфейсы ............................................................... 717
13.2.1. Конечно+элементная информация ............................ 717
13.2.2. Геометрия ............................................................. 718
13.2.3. Граничные условия ................................................. 719
13.3. Полезные программы и утилиты ................................. 719
13.3.1. Очистка модели ..................................................... 719
13.3.2. Диагностика геометрии........................................... 720
13.4. Библиотеки................................................................. 720
13.5. COSMOSM .................................................................. 722
13.6. Продукты+аналоги ...................................................... 722
13.6.1. Функциональные возможности................................. 722
13.6.2. ANSYS Workbench в конфигурациях DesignSpace
и Professional ......................................................... 724
13.6.3. MSC.visualNastran Desktop 4D .................................. 726
13.6.4. CATIA V5 & Structural Analysis .................................... 727
13.6.5. Pro/ENGINEER & Pro/MECHANICA.............................. 728
13.7. Другие вычислительные модели ................................. 728
13.7.1. Кинематика и динамика – COSMOSMotion ................. 729
13.7.3. Гидрогазодинамика и теплопередача –
COSMOSFloWorks ................................................... 730
13.7.4. Электромагнетизм – COSMOSEMS ........................... 733
13.7.2. Инструменты генерации и библиотеки стандартных
объектов ............................................................... 733
13.8. Проблемы и перспективы ........................................... 734
Заключение ................................................................... 736
Приложение I
Версия 2007 года.............................................................. 737
I.1. Изменения общей функциональности ............................ 737
I.1.1. Объекты справочной геометрии, созданные
вне контекста сборки ............................................. 737
I.1.2. Сообщения об ошибках при расчете ......................... 738
I.1.3. Иконки в меню ....................................................... 738
I.1.4. Поиск контактных пар с зазорами ............................ 738
I.1.5. Диалоговое окно Options ......................................... 738
I.1.6. Подвижная легенда на диаграммах .......................... 738
I.1.7. Управляемая структура Менеджера программы ......... 739
I.1.8. Предельные значения в библиотеке анализов ........... 739
I.1.9. Чувствительные к щелчкам мыши символы на экране.... 739
I.1.10. Локализация настройки Ignore clearance ................. 739
I.1.11. Выделение цветом обязательных свойств
в диалоговом окне Material ...................................... 739
I.2. Изменения функциональности для граничных условий ..... 739
I.2.1. Соединитель Spring ................................................ 739
I.2.2. Соединитель Bolt ................................................... 740
I.2.3. Соединитель Bearing .............................................. 741
I.2.4. Соединитель Spot Weld ........................................... 743
I.2.5. Циклическая симметрия ......................................... 743
I.3. Изменения в процедурах формирования и обработки
сетки конечных элементов ............................................ 750
I.3.1. Переносимые настройки сетки ................................ 750
I.3.2. h+адаптивность при расчете сборок ......................... 750
I.3.3. Оценка времени оставшегося до завершения
построения сетки................................................... 750
I.3.4. Улучшения в построении сетки для оболочек ............. 751
I.3.5. Визуализация параметров, связанных
с качеством сетки .................................................. 751
I.4. Изменения функциональности в зависимости
от типа анализа ........................................................... 752
I.4.1. Следящие нагрузки в нелинейном анализе................ 752
I.4.2. Сила свободного тела ............................................. 754
I.4.3. Удаленные массы для анализов: статического,
резонансного, устойчивости .................................... 756
I.4.4. Рестарт для нелинейного анализа ............................ 758
I.4.5. Трение в нелинейном анализе ................................. 758
I.4.6. Соединители в нелинейном анализе ......................... 758
I.4.7. Исключение решателя FFE ...................................... 758
I.4.8. Автоматический выбор решателя ............................. 758
I.4.9. Прогноз времени решения ...................................... 758
I.4.10. Локальное влияние опции Ignore clearance
for surface contact ................................................. 759
I.4.11. Функциональности опции Use inplane effect ............. 759
I.4.12. Учет больших перемещений в моделях
с болтовыми соединениями ................................... 759
I.4.13. Пластическая модель с кинематическим
упрочнением при имитации падения ....................... 759
I.4.14. Анализ сварных конструкций посредством
балочных/стержневых моделей .............................. 759
I.5. Изменения в представлении результатов ....................... 768
I.5.1. Переключение между визуализацией результатов
и геометрии........................................................... 768
I.5.2. Отображение расстояния между двумя узлами .......... 768
I.5.3. Автоматическое выделение предельных значений
в результатах ......................................................... 768
I.5.4. Процедура Design Check для сборок ......................... 768
I.5.5. Функциональность команды Probe ........................... 768
I.5.6. Моменты реакции для оболочек ............................... 769
I.5.7. Управление диаграммами ....................................... 769
I.5.8. Визуализация посредством процедуры eDrawings ..... 769
I.5.9. Управление сечениями посредством
перемещения указателей ........................................ 770
I.5.10. Закрашивание областей с напряжениями
выше предела текучести ....................................... 770
I.6. Изменения в системе лицензирования ........................... 770