实验六数字化仿真技术一、实验目的1.掌握COSMOSWorks静态应力分析的方法和步骤2.掌握COSMOSWorks优化设计的方法和步骤二、实验内容1.完成托架零件的静态应力分析2.完成悬臂支撑架的形状优化三、实验步骤（一）零件的静态应力分析托架由合金钢制作，在两个孔处固定，并承受有7Mpa 的力载荷，如图所示。
1.打开零件打开零件“static.SLDPRT”2.从 SolidWorks 材料库中指派合金钢材料：(1)单击菜单—>COSMOSWorks—>材料—>应用材料到所有，材质编辑器PropertyManager 出现。
(2)在材料下，执行如下操作：a.从下拉菜单中选择SolidWorks 材料。
b.单击钢后面的加号，然后选择合金钢。
c.合金钢的机械属性出现在物理属性框中。
(3)单击确定。
指派的材料名称显示在 FeatureManager 树中。
3.生成静态研究(1)单击 COSMOSWorks 管理器标签。
(2)单击 COSMOSWorks 主工具栏上研究。
(3)在 PropertyManager 的名称下面：a.键入“静态-1”。
b.在网格类型中选择“实体网格”。
(4)在类型下，单击静态。
(5)单击确定。
COSMOSWorks 将在 COSMOSWorks 管理器树中生成研究。
注意，实体图标上的复选标记表示您已指派了材料。
4.固定两个孔：(1)单击 COSMOSWorks 载荷工具栏上的约束。
约束 PropertyManager 出现。
(2)在类型下，选择“不可移动（无平移）”。
(3)在图形区域中，单击两个孔的面（如图显示）。
面<1> 和面<2> 会出现在约束的面、边线、顶点框内。
要更改约束符号的颜色，单击“符号设定”下的“编辑颜色”。
颜色调色板打开。
选择所需的颜色，然后单击确定。
(4)单击确定。
COSMOSWorks 固定两个孔的面，在 COSMOSWorks 管理器树中的载荷/约束文件夹内生成名称为“约束-1”的图标。
5.应用压力：(1)单击 COSMOSWorks 载荷工具栏上的约束。
压力 PropertyManager 出现。
(2)在“压力类型”下，单击“垂直于所选面”。
(3)在图形区域中，选择圆柱体的前面（如图显示）。
面<1> 出现在“压力的面”框内。
(4)在“压力值”下，设定单位为“SI”，然后在“压力值”框内键入7e6。
如果您通过键入新值改变了单位，COSMOSWorks 会将值转换成新的单位。
单击确定。
COSMOSWorks 应用7MPa 压力，并在 COSMOSWorks 管理器树中的载荷/约束文件夹内生成名称为压力-1 的图标。
6.将零件网格化并运行静态研究(1)单击 COSMOSWorks 主工具栏上网格。
网格 PropertyManager 出现，显示默认的“整体大小”和“公差”值。
(2)单击确定。
网格化开始，“网格化进程”窗口出现。
网格化结束之后，COSMOSWorks 显示网格化的模型。
(3)单击 COSMOSWorks 主工具栏上运行。
完成分析之后，在 COSMOSWorks 管理器树中将生成默认的图解。
7.显示网格信息：(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，用右键单击“网格”，然后选择“细节”。
COSMOSWorks显示网格信息：(2)关闭网格细节列表框。
(3)要隐藏或显示网格：单击 COSMOSWorks 结果工具工具栏上的显示/隐藏网格。
COSMOSWorks 切换网格的显示状态。
8.观阅结果在成功的运行静态分析之后，COSMOSWorks 将在管理器树中生成应力、位移、应变、变形和设计检查文件夹。
这些文件夹包含静态分析的默认图解。
9.绘制应力图解：(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击应力文件夹旁边的加号。
图解1 出现。
(2)双击图解1。
显示应力图解。
要在不同的单位系统下观阅应力图解，请右键单击图解图标，然后单击“编辑定义”。
在显示框内，设定“单位”为所需单位系统，然后单击确定。
10.绘制合力位移图解：(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击位移文件夹旁边的加号。
图解1 出现。
(2)双击“图解1”。
显示合力位移图解。
11.绘制对等要素应变图解：(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击应变文件夹旁边的加号。
图解1 出现。
(2)双击图解1。
显示以下对等应变图解：12.查看模型的安全系数分布：(1)单击设计检查文件夹旁边的加号。
图解1 图标出现。
(2)双击图解1。
显示以下图解：13.绘制零件的关键区域图解：(1)单击 COSMOSWorks 结果工具工具栏上设计检查向导。
设计检查PropertyManager 出现。
(2)在步骤 1（共 3 步）框中，执行以下操作：a.设定准则为最大 von Mises 应力。
出现对应于所选准则的设计目标。
b.单击下一步。
(3)在步骤 2（共 3 步）框中，执行以下操作：a.选择应力极限下面的到屈服强度。
注意，这里列出了零件材料的弹性属性以及最大 von Mises 应力。
b.单击下一步。
(4)在步骤 4（共 5 步）框内，单击安全系数以下的区域并确保值框内出现 1。
列表框中列出了根据选定准则的模型最小安全系数。
(5)单击确定,关闭设计检查 PropertyManager。
安全系数低于 1 的区域（不安全区域）显示为红色。
安全系数较大的区域（安全区域）显示为蓝色。
要更好的观阅模型关键区域，您可能需要隐藏约束和压力符号。
用右键单击载荷/约束，然后选择隐藏所有。
双击设计检查下的图解2再次显示安全系数图解。
（二）形状优化悬臂托架按如图方式进行支撑和施加载荷。
根据功能要求，托架的外部尺寸不能变化。
中心切除大小由 D11@Sketch1、D12@Sketch1 和 D13@Sketch1 控制。
这些尺寸可以在一定的范围内变化。
通过以下条件减小悬臂托架的体积：(1)von Mises 应力不得超过特定值。
(2)最大位移不得超过特定值。
1.打开零件“Optimization.SLDPRT”2.生成名称为初始研究实体网格静态研究3.指派材料和应用约束和载荷(1)从 COSMOS 材料库中为零件指派合金钢材料。
(2)对托架的竖直面应用固定约束。
(3)对托架的水平面沿垂直方向施加均匀 5e6 牛顿/米2压力。
4.网格化模型和运行初始静态研究要将零件网格化并运行初始静态研究：(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，用右键单击网格图标，然后单击生成。
网格PropertyManager 出现。
(2)单击选项。
The 选项对话框出现，并且网格标签打开。
(3)执行下列操作：a.选择：高、标准、4 点和光滑表面。
b.消除：自动过渡和为实体激活自动成环。
c.单击确定。
(4)选中网格化后运行分析。
(5)单击确定以接受默认整体大小和公差。
5.观阅初始设计的 von Mises 应力和合力位移要观阅 von Mises 应力：(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击应力文件夹旁边的加号。
图解1 图标出现。
用右键单击图解1图标并选择显示。
von Mises 应力图解显示在图形区域。
(2)用右键单击图解1，然后选择编辑定义。
应力图解 PropertyManager 出现。
(3)在显示框内，设定单位为牛顿/米^2。
(4)清除变形形状复选框。
(5)单击确定。
显示以下的 von Mises 应力图解。
欲观阅合力位移：(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，单击位移文件夹旁边的加号。
图解1 图标出现。
(2)用右键单击图解1图标并选择显示。
合力位移图解显示在图形区域中。
(3)用右键单击图解1，然后选择编辑定义。
位移图解 PropertyManager 出现。
(4)在显示框内，设定单位为毫米。
清除变形形状复选框。
(5)单击确定。
显示合力位移图解。
6.生成优化研究接下来，将生成优化研究。
要生成优化研究：(1)在 COSMOSWorks 管理器树中，用右键单击悬臂托架，然后选择研究。
(2)在 PropertyManager 中的名称下输入MinVolume。
(3)在类型下，单击优化，然后单击确定。
优化研究使用在目标功能约束定义中引用研究的网格。
(4)用右键单击MinVolume研究，然后选择属性。
(5)在对话框中，在品质下单击高。
(6)单击确定。
7.定义目标该优化研究的目标是减小零件的体积。
要定义目标:(1)单击 COSMOSWorks 优化工具栏上目标。
(2)在 PropertyManager 的目标下：a.选择最小化。
b.在品质类型中选择体积。
(3)单击确定.在优化研究的目标图标上出现复选符号。
8.定义设计变量您可以定义可变化的尺寸。
要定义设计变量：(1)单击 COSMOSWorks 优化工具栏上设计变量。
(2)在图形区域中，选择尺寸D11@Sketch1。
(3)在 PropertyManager 的接线下：a.设定下界为10。
b.设定上界为25。
c.单击确定.所选的尺寸出现在设计变量文件夹内。
(4)重复步骤 1-3 以将尺寸 D12@Sketch1 添加到设计变量列表。
使用与 D11@Sketch1相同的上下界。
(5)重复步骤 1-3 以将尺寸 D13@Sketch1 添加到设计变量列表。
分别输入 20 和 50作为下界和上界。
设计变量文件夹列出三个设计变量。
9.定义 von Mises 应力约束最大 von Mises 应力不应超过 3x108牛顿/米2。
要定义 von Mises 应力约束：(1)单击 COSMOSWorks 优化工具栏上约束。
(2)在 PropertyManager 中的反应下，选择：∙分析类型为静态。
∙设定结果类型为节应力。
∙设定VON：von Mises 应力为零部件。
(3)在界限下：a.选择牛顿/米^2作为单位。
b.输入0作为下界。
c.输入3e8作为上界。
(4)单击确定。
von Mises 应力约束出现在约束文件夹内。
10.定义位移约束最大合力位移不得超过 0.21 毫米。
要定义位移约束：(1)用右键单击约束文件夹，然后选择添加。
(2)在 PropertyManager 中的反应下，选择：a.分析类型为静态。
b.设定位移作为结果类型。
c.设定 URES:合力位移作为零部件。
(3)在界限下：a.选择毫米作为单位。
b.输入0作为下界。
c.输入0.21作为上界。
(4)单击确定。
位移约束出现在约束文件夹内。
11.运行优化研究要运行优化研究：在 COSMOSWorks 管理器树中，用右键单击MinVolume研究图标，并选择运行。
分析开始。
完成第一个循环之后，程序更改尺寸并再次运行。