Solidworks三维设计 COSMOS运动仿真 Simulation有限元分析
基于SolidWorks和Cosmos的模具结构三维设计及有限元分析
2004年4月第21卷第2期沈阳航空工业学院学报Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering Apr.2004Vol.21 N o.2文章编号:10071385(2004)02004402基于Solid Works 和Cosmos 的模具结构三维设计及有限元分析包明宇 曹国强(沈阳航空工业学院机械与汽车学院,辽宁沈阳 110034)摘 要:复杂结构注塑模具的设计和强度、刚度分析是注塑行业的重要难题。
利用Solid Works 三维设计软件实现了注塑模具的三维实体建模,并运用COSM OS/Wo rks 软件对注塑模具的典型部件进行了有限元分析,验证设计的零件是否符合实际工作情况是实现注塑模具现代化设计的重要途径。
通过G earT r ax 2001Plus 、T oolbox 等外挂、内挂插件的使用,大大地简化了建模过程,克服了原有设计方法的不足,为解决较复杂的结构设计和理论分析问题提供了一种新的途径。
关键词:三维设计;有限元分析;注塑模具;建模中图分类号:T G24文献标识码:A注射模具的结构是由注射机的形式和制件的复杂程度等因素决定的。
凡是注射模具,均可分为动模和定模两大部分。
注射时动模与定模闭合构成型腔和浇注系统,开模时动模与定模分离,取出制件。
定模安装在注射机的固定板上,而动模则安装在注射机的移动模板上。
根据模具上各个部件所起的作用,可细分为成型零部件、浇注系统、导向部分、分型抽芯机构、分型抽芯机构、螺纹型芯和芯圈的退芯机构、冷却和加热机构等部分[1](如图1所示)。
图1 模具结构图示(1)凹模的设计成型塑件外表面的零件称为凹模或型腔。
凹模的结构形式可分为整体式,整体嵌入式,局部镶嵌式,组合式等。
本文采用组合式凹模设计方法。
设计时应尽量应下列要求:收稿日期:20031104作者简介:包明宇(1968),女,辽宁彰武人,讲师将型腔的内形加工变为镶件或组合件的外形加工。
基于SolidWorks和Cosmos_Works的有限元分析
随着电子计算机软硬件技术的不断发展和应用领域的日益扩大，计算机快速、准确的运算功能和图形功能，被广泛应用于现代设计方法中。
在现代设计阶段，解决的主要问题之一是一个承受载荷的组合体在各种运行条件下，内应力和变形要保持在一定的范围内，并要同时考虑在选用材料、工艺方法等技术限度内要达到优化设计的最佳状态。
在设计中通常利用计算机，并借助一些数学、力学工具来做大量的分析研究工作，其中包括对各种方案的分析比较。
当前采用的基本方法是应用范围极广泛的有限元法。
有限元法是以电子计算机作为计算工具的电算方法，它是对大型、复杂结构进行分析的有力工具。
近年来国外的一些大型商品化结构有限元分析程序得到了较大的发展，其中最著名的有AN-SYS、NASTRAN等。
然而，由于有限元分析本身具有专业性强和建模复杂繁琐的特点，所以即使是使用目前最先进的有限元分析程序进行大型复杂结构的有限元分析，仍需要投入较大的人力和物力。
为了降低有限元分析的成本，SRAC公司开发了面向微型计算机的大型结构有限元分析程序Cosmos/Motion，其目标是在微型计算机上完成原需要在中小型或大型计算机上才能完成的有限元分析计算，为工程师提供了在SolidWorks环境下的完整分析手段，可快速地对设计模型进行分析验证，获得最准确的修正数据来完善产品的设计。
其载荷和边界条件完全提取于SolidWorks模型，且随着SolidWorks几何特征的改变而更新；结合有限元算法（FEM）[2]，直观智能地划分网格单元、定义边界载荷条件，快速地求解计算结果；多种形式输出分析结果：应力、应变、形变等各类图表、梯度表、曲线图，基于动画等形式产生结果的仿真显示和报告。
分析的模型和结果与SolidWorks共享一个数据库，这意味着设计与分析数据将没有繁琐的双向转换操作，分析也因而与计量单位无关，计算结果也可以直观地显示在SolidWorks精确的设计模型上。
这样的环境既操作简单、又节省时间，而且硬盘空间资源要求很小。
SolidWorks3D软件和COSMOS分析软件应用介绍
SolidWorks3D软件和COSMOS分析软件应用介绍目前，我们能够以很高的质量标准完成航天和军工领域的研发订单。
这些最终证实了3D CAD 软件SolidWorks 和分析软件COSMOS 的优势。
本文介绍了SolidWorks3D软件和COSMOS分析软件应用相关内容。
当今社会，令人满意的事物主导着我们的生活。
不久前似乎还不可能完成的事情，现在已经变得轻而易举：最高的建筑、最快的车、或者最大的客轮。
这些当代的巨作之所以能够变为现实，离不开不同领域公司的参与以及工作之间的相互交流，而研发总是扮演着开路先锋的角色，为可持续发展、成功的生产理念奠定必要的基础。
位于德国Niestetal的iw-Maschinenbau 股份有限公司，长期参与大型项目(例如当今世界上最大客机)的研发工作。
为了能按时完成任务，设计顾问们采用了SolidWorks3D软件和COSMOS分析软件等现代化创新和的资源，对三维设计模型进行全面的分析验证。
从2D到3Diw-Maschinenbau 的设计顾问们把注意力集中在机器和仪表技术的解决方案、以及程序和系统工程上，提供了从设计计算到设计组装的全套服务。
无论是专用机器、驱动装置还是装备设计，这家中型企业的产品都以设计精确和安全著称。
iw-Maschinenbau在2002 年之前一直提供2D 和3D 设计。
但之后面对不断增长的客户需求，该公司不得不对形势进行重新评估。
Dipl.-Ing. Frank Grabow 作为iw-Maschinenbau 股份有限公司的一名高管，他表示：“在当今市场上，公司必须不断的进步才能保持竞争力。
而如今我们面临的很多问题，3D 系统也无法满足我们的全部要求，所以我们不得不重新审时度势，寻找新的解决方案。
最后我们决定向2D 说永别。
”除了要加速设计过程，iw-Maschinenbau 还希望相关公司和客户能够加强彼此之间的沟通。
这样就可以在不耗费更多时间的情况下，轻松实现数据交换从而保证他们能够了解整个研发过程中各个步骤的信息，以便采取相应的措施。
SolidWorksSimulation图解应用教程（一）
SolidWorksSimulation图解应⽤教程（⼀）SolidWorks Simulation图解应⽤教程（⼀）SolidWorks Simulation作为SolidWorks COSMOSWorks的新名称，是与SolidWorks完全集成的设计分析系统。
它提供了单⼀屏幕解决⽅案来进⾏应⼒分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析，凭借着快速解算器的强有⼒⽀持，使⽤户能够使⽤个⼈计算机快速解决⼤型问题。
SolidWorks Simulation提供了多种捆绑包，可满⾜各项分析需要。
为什么要分析?在我们完成了产品的建模⼯作之后，需要确保模型能够在现场有效地发挥作⽤。
如果缺乏分析⼯具，则只能通过昂贵且耗时的产品开发周期来完成这⼀任务。
⼀般产品开发周期通常包括以下步骤：1)建造产品模型;2)⽣成设计的原型;3)现场测试原型;4)评估现场测试的结果;5)根据现场测试结果修改设计。
这⼀过程将⼀直继续、反复，直到获得满意的解决⽅案为⽌。
⽽分析可以帮助我们完成以下任务：1)在计算机上模拟模型的测试过程来代替昂贵的现场测试，从⽽降低费⽤;2)通过减少产品开发周期次数来缩短产品上市时间;3)快速测试许多概念和情形，然后做出最终决定。
这样，我们就有更多的时间考虑新的设计，从⽽快速改进产品。
SolidWorks Simulation作为SolidWorks COSMOSWorks的新名称，是与SolidWorks完全集成的设计分析系统。
它提供了单⼀屏幕解决⽅案来进⾏应⼒分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析，凭借着快速解算器的强有⼒⽀持，使⽤户能够使⽤个⼈计算机快速解决⼤型问题。
SolidWorks Simulation提供了多种捆绑包，可满⾜各项分析需要。
为了使读者能更详尽地了解SolidWorks Simulation的分析应⽤功能，从本期开始，我们将分期介绍其强⼤的分析功能。
⼀、线性静态分析当载荷作⽤于物体表⾯上时，物体发⽣变形，载荷的作⽤将传到整个物体。
solidworkssimulation有限元法概述
SolidWorks Simulation概述SolidWorks Simulation是一款基于有限元（即FEA数值）技术的设计分析软件，是SRAC 开发的工程分析软件产品之一。
SRAC是DS SolidWorks@公司的子公司，成立于1982年，是将有限元分析带入微型电脑的先驱。
1995年，SRAC开始与DS SolidWorks@公司合作开发了COSMOSWorks软件，从而进入了工程界主流有限元分析软件的市场，成为了DS SolidWorks@公司的金牌产品之一。
同时，它作为嵌入式分析软件与SolidWorks无缝集成，迅速成为顶级销售产品。
整合了SolidWorks CAD软件的COSMOS-Works软件在商业上取得了成功，并于2001年获得了Dassault Systemes（DS SolidWorks@母公司）的认可。
2003年，SRAC公司与DS SolidWorks⑤公司合并。
COSMOSWorks推出的2009版被重命名为Solid-Works Simulation。
SolidWorks是一款基于特征的参数化CAD系统软件。
和许多最初在UNIX环境中开发，后来才向Windows系统开放的CAD系统不同，SolidWorks与SolidWorks Simulation茌一开始就是专为Windows操作系统开发的，所以相互整合是完全可行的。
SolidWorks Simulation有不同的程序包或应用软件以适应不同用户的需要。
除了SolidWorks Simula-tionXpress程序包是SolidWorks的集成部分之外，所有的SolidWorks Simulation软件程序包都是插件式的。
不同程序包的主要功能如下：·SolidWorks SimulationXpress：能对带有简单载荷和支撑的零件进行静态分析。
·SolidWorks Simulation：能对零件和装配体进行静力分析。
SolidWorks Simulation有限元分析培训教程
/SOLIDWORKS © Dassault Systè mes | 机密信息 | 12/14/2020 | 参考： 3DS_Document_2012
Simulation中的单元类型
一阶（草稿质量）四面体单元 共有四个节点，每个角上有一 个。每个节点有三个自由度， 意味着节点可完全由三个位移 分量来表示。
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SolidWorks Simulation基础培训
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SolidWorks Simulation培训目录
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FEA中的误差
理想化误差
创建数学模型 离散为有限元模型
数值误差
解算过程
离散化误差是FEA特有的，也只有这个误差能够在使用FEA方法时被控制。 影响数学模型的建模误差，是在FEA之前引入的，只能通过正确的建模技 术来控制。求解误差是在计算过程中积累的，难于控制，但它们通常都很 小。 不要只根据该软件的结果进行设计决策。请结合试验数据和实际经验来使 用这些信息。最终设计必须接受现场测试的检验。软件可通过减少、而不 是完全免除现场测试，来帮助您缩短投入市场的时间。
SolidWorksSimulation有限元分析培训教程1
SolidWorksSimulation有限元分析培训教程1SolidWorksSimulation有限元分析培训教程1SolidWorks Simulation 是一种基于有限元分析的工程仿真软件，可用于对各种结构和组件进行强度、刚度、振动、热分析等。
为了正确使用和掌握SolidWorks Simulation，许多工程师和设计师都需要接受相应的培训教程。
本文将详细介绍SolidWorks Simulation的培训教程1 SolidWorks Simulation培训教程1主要介绍了软件的基本概念和应用技巧。
首先，教程会帮助学员了解有限元分析的基本原理和步骤。
有限元分析是一种工程计算方法，通过将结构或组件分成有限数量的小元素，并对每个元素进行力学、热学等计算，从而得到整体结构的行为特性。
了解有限元分析的原理和步骤对于正确使用SolidWorks Simulation非常重要。
接下来，教程将介绍SolidWorks Simulation软件的界面和功能。
学员将学习如何打开SolidWorks Simulation，并了解软件的各个工具和选项。
教程还将演示如何创建分析模型、定义材料属性和加载条件等。
同时，教程还会介绍SolidWorks Simulation中的求解器和结果显示工具，以及如何对结果进行解释和分析。
在教程的后半部分，学员将通过一系列示例来学习SolidWorks Simulation的具体应用技巧。
教程将涵盖不同类型的分析，如静力学分析、模态分析和热传导分析等。
每个示例都会详细演示如何设置分析条件、运行分析和解释结果。
除了基本的应用技巧，教程还将介绍一些进阶的功能和应用。
例如，学员将学习如何进行优化设计，以实现最佳的结构性能。
此外，教程还将介绍如何使用SolidWorks Simulation进行疲劳分析和动力学分析等更高级的技术。
总结起来，SolidWorks Simulation培训教程1 是学习SolidWorks Simulation的入门教程，它将帮助学员了解有限元分析的基本原理和步骤，并掌握SolidWorks Simulation的基本功能和应用技巧。
SolidWorksSimulation有限元分析培训教程1
SolidWorksSimulation有限元分析培训教程1SolidWorksSimulation有限元分析培训教程1SolidWorks Simulation是一种基于有限元分析（FEA）的软件工具，它能够帮助工程师们更好地理解和预测产品在不同工况下的性能。
本文将介绍SolidWorks Simulation有限元分析培训教程的第一部分内容。
SolidWorks Simulation有限元分析培训教程的第一部分主要涵盖了以下几个方面的内容：介绍有限元分析的基本原理和应用、软件界面的介绍和操作、建立有限元模型、设置边界条件、进行求解和结果分析。
首先，教程会介绍有限元分析的基本原理和应用。
有限元分析是一种数值计算方法，通过将实际结构或系统分割成有限数量的小元素，再通过求解这些小元素之间的相互作用，从而得到整个结构或系统的行为和性能。
有限元分析广泛应用于产品设计和工程分析领域，能够帮助工程师们更好地优化产品设计，提高产品的性能和可靠性。
同时，教程还会介绍如何设置边界条件。
边界条件是有限元分析中非常重要的一部分，它决定了结构或系统在分析过程中的约束和加载情况。
教程将会介绍如何设置约束条件和加载条件，如固定支撑、力加载、压力加载等。
最后，教程会介绍如何进行求解和结果分析。
求解是有限元分析的核心过程，它通过数值方法求解有限元模型的方程组，得到结构或系统的响应结果。
教程将会介绍如何进行求解，以及如何对求解结果进行后处理和分析，如应力分析、位移分析、变形分析等。
综上所述，SolidWorks Simulation有限元分析培训教程的第一部分内容涵盖了有限元分析的基本原理和应用、软件界面的介绍和操作、建立有限元模型、设置边界条件、进行求解和结果分析等方面的内容。
通过学习这些内容，工程师们能够更好地掌握SolidWorks Simulation有限元分析的基本技能，从而能够更好地应用于产品设计和工程分析中。
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Ansys培训Solidworks培训有限元分析机构运动仿真
Animator动画仿真、CosmosWork有限元分析：强度、安全系数、正应力、撞击掉落测试、机构尺寸优化、频率分析、扭曲分析、疲劳分析、设计情形等。
CosmosMotion机构运动仿真：机构零部件的质心加速度、角加速度、瞬时速度、动量、动能等运动几何关系数据并输出数据表格及曲线图等。
COSMOS的详细功能模块
(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。
(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。
(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。
(5)、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，也能够研究三维模型交叉曲面的非线性接触问题。
(6)、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。
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。
(7)、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。
(8)、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。
FLOWSTAR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。
(9)、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的流体问题，因此扩充了CFD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。
(10)、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。
(11)、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。
COSMOSWorks分析类型
静应力分析——零件会断裂吗？是超安全标准设计吗？热应力作用下会失效吗？
频率分析——确定零件或装配的造型与其固有频率的关系，会发生共振吗？在需要共振效果的场合，获得最佳设计效果。
失稳分析——在压载荷作用下，薄壁结构件会发生失稳吗？在这些情况下一般不会达到材料失效（应力超过材料屈服极限）。
热分析——零件会过热吗？热量在整个装配体中如何发散？用辐射、对流和
传导三种方式研究热量在零件和装配中的传播。
非线性分析——用于分析橡胶类或者塑料类的零件或装配体的行为，还用于分析金属结构在达到屈服极限后的力学行为。
也可以用于考虑大扭转和大变形，如：突然失稳。
间隙/接触分析——在特定载荷下，两个或者更多运动零件相互作用。
优化——在保持满足其他性能判据（如应力失效）的前提下，自动定义最小体积设计。
后动力分析——零件或装配体在动态激励下的线性动力学分析，如地震激励分析。
疲劳分析——预测疲劳对产品全生命周期的影响，确定可能发生疲劳破坏的区域。
流体动力学计算（CFD）——跟踪导管内部或者螺旋桨等表面的气体、液体流动状况。
电磁分析——研究导电原件的电磁相互作用，确定线圈和磁体感应产生的机械力。