cosmos COSMOS与其他有限元分析软件的比较

2009年后，宇宙公司更名为模拟公司，SRAC著名的计算机辅助工程软件开发商被SolidWorks收购

Cosmos是SolidWorks环境下优秀的有限元分析软件。

现在，企业面临的最大挑战是如何快速推出可靠的高质量产品。实现这一目标的唯一途径是缩短设计周期，降低产品制造成本。这种问题可以针对稍微有点头脑的人提出来。问题是怎么缩短。怎么减少？

在现代企业中，CAD/CAM减轻了很多设计师的负担。CAE(计算机辅助工程)在过去被认为是CAD/CAM中的辅助角色，现在已经不是可有可无的了，而是高质量设计中不可缺少的一部分。CAE不仅可以减少计算机辅助设计中制造实体模型的数量，还可以帮助设计人员在计算机辅助设计中合理地构建几何实体模型。因此，CAE的合理使用可以缩短产品的开发时间，降低产品的制造成本。也从一个侧面说明了CAD/CAE/CAM离不开整体效益，向集成化发展是必然趋势。具体来说，CAE可以使企业达到现代化水平，即可以:

1.缩短设计时间，降低设计成本。

2.做出分析结果准确的优秀产品。

3.快速响应设计变更。

4.它可以与CAD完全集成，分析不同类型的问题。

5.它可以准确预测产品的性能。

CAE软件如何选择

CAE属于企业高层次技术的范畴。所以CAE软件产品的选择要从技术角度出发，但软件的计算速度、分析问题所需的硬盘空、使用软件的方便性、软件的分析功能以及与其他CAD/CAE软件的集成性是评价CAE软件的基本标准。

目前世界上有很多CAE软件产品，如COSMOS、ANSYS、NASTRAN、PATRAN、ADINA、SAP、MARC、ASKA、RASNA、JIFEX(国产)等。

以下是加州理工学院的Paul M. McEcroy博士对部分CAE软件的测试结果，在此公布，供部分企业参考。值得一提的是，保罗·m·麦克罗伊博士完全是在公正中立的立场下开展这项工作的，这些结果得到了其他相关专家的进一步证实，现已成为国际公认的结论。测试这些结果的前提是，各种分析题目与各种软件相比，节点数、元素数、自由度相同。由于篇幅限制，这里不描述这些相同的设置结果。分析结果如下表所示

宇宙、NASTRAN和ANSYS试验结果的比较；

从三种流行分析软件的测试表可以看出，COSMOS和NASTRAN的分析结果非常接近，而ANSYS的误差较大。NASTRAN通过牺牲速度来达到精度，而ANSYS通过放弃精度和增加解决问题的磁盘时间来提高速度。分析表1中技术指标的平均值(当然某个领域的分析可能与这个平均值有些出入)。COSMOS、NASTRAN、ANSYS解题速度比为1: 16: 9，解题占用磁盘比例为1: 14: 22。也就是说，COSMOS解题的平均速度分别比NASTRAN和ANSYS快16倍和9倍，而解题占用的磁盘空分别减少了14倍和22倍。从这些图中可以看出，COSMOS软件在有限元分析软件上是有优势的。

──宇宙:有限元分析软件

Cosmos软件是SRAC(结构研究分析公司)的产品，具有计算速度快、解题占用磁盘空少、使用方便、分析功能全面、与其他CAD/CAE软件集成性好等优点。

COSMOS为什么快？

要解释清楚这个问题，就要考察有限元分析软件的算法。基于有限元分析软件的算法有两种:一种是所谓的直接解法，一种是所谓的迭代解法。由于有限元软件处理的对象大多是高元方程，直接求解总能得到解，但速度不能保证很快。虽然迭代法求解速度很快，但不能保证所有算法都收敛，所以传统的有限元分析软件大多采用直接求解。1982年，三位来自前苏联的数学物理博士研究生致力于研究有限元分析迭代算法的收敛性，因为如果迭代方法总能收敛，那么求解问题的速度就能大大提高。他们用穷举法分析了迭代法中的所有发散算法，最后总结出了导致迭代法发散的500多种原因，并给出了有效的补救措施。终于在11年后的1993年，他们发明了举世瞩目的FFE算法。FFE方法实际上是一种改进的迭代方法，它总能保证不同迭代算法的收敛性，而Cosmos就是现在的FFE方法。这是Cosmos快速解决问题的重要原因。

为什么Cosmos在解题时占用的磁盘很少空？

宇宙号采用的算法是1993年才发明的FFE技术。要将这种快速有限元技术应用到Cosmos软件中，必须重写Cosmos的源代码。1993年，世界上先进的C++语言技术已经成熟，面向对象技术、内存优化管理技术和磁盘管理技术也达到了一个新的水平。正是因为在Cosmos的新源代码中使用了这些新技术，Cosmos才有能力用更少的磁盘空解决复杂的分析问题。虽然SRAC为重写宇宙源代码付出了代价，但它又变回了其他CAE软件无法比拟的功能。

使用方便

Cosmos是基于PC+WINDOWS的软件，显然比基于工作站+Unix的软件好用多了。这一点对于熟悉WINDOWS和UNIX使用的人来说就更清楚了。因为解释这方面的文章很多，这里就不重复WINDOWS和UNIX的使用了。但是值得说明的是，很多有限元分析软件很久以前都是用FORTRAN写的，所以界面不是很友好。但是基于Cosmos的操作系统是PC上的WINDOWS，所以它的界面会越来越好。此外，COSMOS还为各种分析类型建立了分析步骤图。如果分析步骤不清晰，可以打开分析步骤图，会提示每一个应该做的步骤，就像路上的红绿灯一样；COSMOS还建立了一个面向智能的菜单系统。如果分析问题的准备没有做好，COSMOS会将相应的功能项变暗，使分析无法进行，节省了误操作所浪费的时间。

宇宙的功能

Cosmos软件是按模块打包的，也就是说你可以有选择的购买需要的模块，不需要的模块就不用买了。CosWorks是Cosmos的小产品，专门为Solidworks软件无缝集成而设计。可以做线性静力分析(位移、应力、应变计算)、屈曲分析(关键屈曲力和相对变形计算)、频率分析(共振频率和相对变形计算)、传热分析(稳态和瞬态热流问题以及温度变化率和热流计算)。

Cosmos/M是一款全面的CAE软件，不仅包含了Cosworks的所有功能，还具有其他可选模块:

动态分析模块，包括参数材料特性和屈曲负割输入、可平移频率输入、刚体模态、整体质量模态、缺失模态检查，可与Cosmos/M高级动力模块集成进行分析。

高级动态分析模块，包括二维和三维稳态和瞬态线性动态分析。包括模态时域分析、频域分析、随机振动、地震力和风力、反应谱分析等。

非线性分析模块，包括二维和三维非线性静态和动态分析。包括大变形分析、塑性变形分析、弹性分析、裂纹分析、非线性传热和后屈曲分析等。

传热分析模块包括二维和三维稳态和瞬态热传导、热对流和辐射分析、温度、等温线和热通量的计算等。

电磁分析模块，包括二维和三维，高频和低频电磁问题分析。

疲劳分析模块包括二维和三维结构分析，计算疲劳寿命，还计算疲劳应力下裂纹的发展趋势。

计算流力分析模块，包括:二维和三维稳态或瞬态可压缩或不可压缩流分析。并可结合传热分析做耦合效应分析。

设计了优化分析模块，包括:2D和三维形状和尺寸的优化分析与设计、连接和传热灵敏度分析等。

FFE-静力学/FFE-动力学/FFE-热学，包括:利用FFE技术进行静态、动态和传热分析。

值得一提的是，Cosmos虽然功能强大，但硬件要求只有PC，为企业引进分析软件节省了大量投资。

宇宙的整合

Cosmos在CAD/DAE软件的集成方面做得很好。Cosworks是Cosmos的基础模块产品，与世界流行的三维CAD软件SolidWorks实现了无缝集成。另外，Cosmos可以直接使用Solidworks、Pro/E、IDEAS、CADKEY、AMD等三维CAD软件的几何模型与CAE软件ANSYS、NASTRAN、PATRAN进行通讯。所以COSMOS在未来的企业整合中要有安心。

结论

CAE软件是现代企业的高级技术操作，与CAD/CAM密不可分。如果只重视CAD，不重视CAE，企业的产品就无法摆脱愚蠢的阴影。CAD发挥不了真正的作用。因此，CAE将越来越受到企业的重视，并将成为企业竞争的有力助手。(注:CAE不限于有限元分析，动力学、运动学等其他仿真问题也属于这一类，但本文不讨论这些方面，后面会在其他专题文章中讨论。)

本文来自范姜科学网博客