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1、。,COSMOSXpress 设计分析工具,SolidWorks 为用户提供了初步的应力分析工具COSMOSXpres，利用它可以帮助用,户判断目前设计的零件是否能够承受实际工作环境下的载荷。,COSMOSXpress 是 COSMOS/Works 产品的一部分。,1 概述,COSMOSXpress 利用设计分析向导为用户提供了一个易用的、一步一步的设计分析方,法。向导要求要求用户提供用于零件分析的信息，如材料、约束和载荷，这些信息代表了零件的实际应用情况。,如图 6-96 所示，读者可以考虑一下当手轮转动时会出现什么情况。轮轴安装在一个零,件上，该零件将会对轮手产生一个反转动的作用力，对于轮
2、轴来说，这是一个“约束”，它约束了轮轴的转动。当转动摇把旋转手轮时，有一个作用力作用在手轮轮辐的摇把安装孔上，这就是“负载”。这种情况下，会对轮辐造成什么影响呢?轮辐是否弯曲？轮辐是否会折断？这个问题不仅依赖于手轮零件所采用的材料，而且还依赖于轮辐的形状、大小以及负载的大小。,图 6-96 约束和负载,.2 网格,为了对模型进行分析，COSMOSXpress 会自动对模型进行网格划分，即将整个模型细,分成更小的、更易于分析的“块”，这些块称为“元素”,尽管用户看不到模型中划分的元素，但可以在分析零件之前设置网格划分的精细程度。,。,图 6-97 理解元素的概念,.3 分析结果,可以指定不同的方
3、式查看零件分析的结果，如安全系数、应力分布和变形形状。,6.13 使用 COSMOSXpress 设计分析向导,COSMOSXpress 设计分析向导可以指导用户一步一步地完成分析步骤，这些步骤包括：1 选项设置,设置通用的材料、负载和结果的单位体系，还可以设置用于存放分析结果的文件位,置。,1 材料设置,从标准的材料库或用户自定义的材料库中选择零件所采用的材料。,1 约束设置,选择面，指定分析过程中零件的约束信息零件固定的位置。,1 载荷设置,指定导致零件应力或变形的外部载荷，如力或压力。,1 分析,开始运行分析程序，可以设置零件网格的划分程度。,1 查看结果,显示分析结果：最小安全系数（F
4、OS）、应力情况和变形情况，这个步骤有时也称为“后处理”,用户可以选择下拉菜单的【工具】|【COSMOSXpress】命令，来启动 COSMOSXpress,设计分析工具。,1.启动 COSMOSXpress,选择下拉菜单的【工具】|【COSMOSXpress】命令，将打开 COSMOSXpress 设计,分析向导。如图 6-98 所示。,。,】,图 6-98 COSMOSXpress 设计分析向导界面,6.13.1 第 1 步 选项设置,选项设置的内容包括单位体系设置和结果位置设置。,2.设置选项,单击【选项】按钮，弹出【选项】对话框中。如图 6-99 所示。从【单位体系】下,拉列表框中选择
5、【英制（IPS），单击【确定】按钮关闭对话框。,图 6-99 设置单位体系,6.13.2 第 2 步 材料设置,当用户完成前一个步骤设定后，向导将自动进入到下一步骤。如果用户正确完成了,一个步骤，设计分析向导的相应标签上会显示一个“通过”符号,下一个步骤是选择零件所采用的材料。可以从系统提供的标准材料库中选择材料，,也可以添加用户自己的材料。,3.选择材料,单击【定义】按钮，弹出【材料】对话框中。如图 6-100 所示。在【选择材料源】,选项组中，选择【库文件】单选按钮，选择“Coswkmat.lib”材料库文件。选择“Aluminum Alloys”(铝合金)材料类的“2014 Alloy”
6、作为零件使用的材料，,单击【确定】按钮。,图 6-100 选择材料,4.已经通过材料选择,当前零件的材料已经设置为“2014 Alloy”，如图 6-101 所示。,单击【下一步】按钮。,图 6-101 完成材料设置,6.13.3 第 3 步 约束设置,零件在分析过程中保持不动，约束就是用于“固定”零件的表面。用户必须至少约束零,件的一个面，以防由于刚性实体运动而导致分析失败。,5.提示性信息,COSMOSXpress 设计分析向导将提示用户下一步的操作内容，出现图 6-102 所示的,提示信息。,单击蓝色超级链接的文本，即可获得更详细的在线帮助。,单击【下一步】按钮。,图 6-102 指定约
7、束提示性信息,6.选择约束面,按住 Ctrl 键，选择“D”形切除特征的表面（一个圆柱面和一个平面）。如图 6-103,所示。,单击【下一步】按钮。,图 6-103 选择约束面,用户最好使用更加有说明意义的文字命名约束名称，这里使用默认的约束名称“约束 1”。,7.显示约束符号,选中【显示符合】复选框，在模型上显示约束情况。如图 6-104 所示。,单击【下一步】按钮。,图 6-104 显示约束符号,8.已经确定的约束,通过这一步，用户可以添加、编辑或删除约束。如图 6-105 所示。,尽管 COSMOSXpress 允许用户建立多个约束组，但这样做没有太多的价值，因为分析过程中，这些约束组将
8、被组合到一起进行分析。在完整的 COSMOS/Works 软件中，设置多个约束组将非常有用，因为 COSMOS/Works 允许用户通过不同的约束组和载荷,进行多个专题的“可能情况”分析。,单击【下一步】按钮。,图 6-105 管理约束,6.13.4 第 4 步 载荷设置,利用【载荷】标签，用户可以在零件的表面上添加外部力和压力。“力”是指应用于某一表面上的作用力的总和，如 200 磅，适用于指定受力方向的表面。而“压力”是指平均分布到某一表面上的作用力，如 300 磅，适用于垂直受力的表面。,注意，指定的作用力值应用于每一个表面，例如，如果用户选择了 3 个面，并指定作用力的值为 50 磅，
9、那么 COSMOSXpress 认为总的作用力大小为 150 磅，也就是说每一个表面都受到 50 磅的作用力。,9.提示性信息,本例中，将采用“力”来作为载荷类型。如图 6-106，单击【下一步】按钮。,图 6-106 指定载荷提示性信息,10.确定载荷类型,选择【力】单选按钮，单击【下一步】按钮。如图 6-107 所示。,图 6-107 选择载荷类型,11.选择受力表面,选择图 6-108 所示的圆柱面作为受力表面，单击【下一步】按钮。,图 6-108 选择受力表面,12.确定受力方向,选择【与参考基准面正交】单选按钮，然后从 FeatureManager 设计树中选择“Right”,平面，
10、并指定力的大小，200 磅。如图 6-109 所示。,选中【显示符号】复选框，确保模型的载荷方向是图 6-109 显示的方向。如果方向,不正确，用户可以选中【反转方向】复选框。,单击【下一步】按钮。,图 6-109 确定受力方向,13.完成载荷设置,上面步骤指定的载荷命名为“载荷 1”，并显示在列表中。如图 6-110 所示。和“约束”的设置方法类似，这些载荷也可以编辑或删除。单击【下一步】按钮。,图 6-110 管理载荷,6.13.5 第 5 步 分析,经过以上步骤后，COSMOSXpress 已经收集到了进行零件分析的所必需的信息，,现在可以计算位移、应变和应力。,14.提示性信息,如图
11、6-11 所示，COSMOSXpress 提示用户可以进行分析，选择【是】单选按钮，,单击【下一步】按钮。,图 6-111 可以进行分析信息,15.开始分析,单击【运行】按钮开始零件分析。这时将出现一个状态窗口，显示出分析过程和利,用的时间。如图 6-112 所示。,图 6-112 零件分析过程,，,6.13.6 第 6 步 查看结果,用户可以通过【结果】标签显示零件分析的结果。第一个分析结果是安全系数（FOS）,该系数是材料的屈服强度与实际应力的对比值。,COSMOSXpress 使用最大 von Mises 应力标准来计算安全系数分布。此标准表明，当等量应力（von Mises 应力）达到
12、材料的屈服强度时，柔性材料开始屈服。屈服强度(SIGYLD),定义为一种材料属性。COSMOSXpress 对某一点安全系数的计算是屈服强度除以该点的等量应力。,用户可以通过安全系数，检查零件设计的是否合理,1 某位置的安全系数小于 1.0，表示该位置的材料已屈服，设计不安全。1 某位置的安全系数为 1.0，表示该位置的材料刚开始屈服。1 某位置的安全系数大于 1.0，表示该位置的材料尚未屈服。,16.安全系数,如图 6-113 所示，最低安全系数小于 1。这表明安全系数小于 1 的区域应力过大，,设计不安全。,图 6-113 最低安全系数,单击【显示范例】按钮，在图形区域显示出模型的安全系数
13、上色图，代表模型每个,位置的安全系数。红色的区域表示安全系数小于 1。如图 6-114 所示。,单击【下一步】按钮。,图 6-114 安全系数上色图,17.查看结果,通 过图 6-115 所 示的界面 还可 以通 过“应 力 分布”和“变 形形状”来查 看,COSMOSXpress 分析结果。,图 6-115 以不同方式查看分析结果,下面列出了不同方式显示的结果，“应力分布”和“变形形状”两种类型的结果可,以显示动画并可以保存成“*.AVI”文件。1 应力分布,图 6-116 应力分布图,1 变形形状,通过视图动画可以看到模型的变形情况。,图 6-117 观看变形动画,1 HTML 报告,图
14、6-118 生成的 HTML 格式的报告,1 Edrawing 分析结果,图 6-119 用 Edrawing 格式保存的分析结果,18.关闭并保存,单击【关闭】按钮，关闭 COSMOSXpress 设计分析向导，并保存 COSMOSXpress,分析数据。如图 6-120 所示。,图 6-120 关闭 COSMOSXpress 分析向导,6.13.7 更新分析结果,通过分析结果，用户可以得到模型的修改方向，并对模型做出正确的修改。当模型修改以后，COSMOSXpress 设计分析工具可以利用修改后的模型，重新进行分析，并更新设计分析结果。,19.修改零件,修改轮辐特征的截面。如图 6-121
15、 所示，将轮辐的高度（原来为 16mm），修改成10mm，轮辐的宽度（原来为 8mm）修改成 20mm。这样做两个目的：增大了轮辐截面,的面积；重新调整了轮辐的截面方向，增大了受力方向上的宽度。,图 6-121 修改模型,20.重建模型,21.更新分析数据,再次启动 COSMOSXpress 设计分析向导，注意向导的界面发生了变化。如图 6-122,所示。【分析】和【结果】两个标签显示了错误标记，单击【更新】按钮，重新分析零件。,图 6-122 再次启动 COSMOSXpress,用户在再次分析零件之前，也可以重新设置其他的选项，如材料、约束和载荷。22.分析结果,零件修改后，所计算的最小安全系数大于 1，说明零件可以承受应力。如图 6-123,所示。,图 6-123 显示更新后的安全系数,23.减小的应力分布图,由于安全系数的增大，轮辐受到得应力也会变小，变形也会同样更小。如图 124,所示。,图 6-124 关闭 COSMOSXpress 分析向导,
