COSMOSWorks¶

COSMOSWorks — это программный комплекс для инженерного анализа методом конечных элементов (МКЭ), предназначенный для выполнения расчётов напряжённо-деформированного состояния, теплопередачи, частот собственных колебаний, устойчивости и других задач механики твёрдого тела. Разработан компанией Structural Research and Analysis Corporation (SRAC), впоследствии приобретённой корпорацией Dassault Systèmes. COSMOSWorks интегрировался в среду трёхмерного моделирования SolidWorks (начиная с версии 2001 года) и служил основой для модуля SolidWorks Simulation, который впоследствии заменил его.

¶История

Разработка COSMOSWorks началась в конце 1980-х годов как часть более широкой линейки продуктов COSMOS (Computer-Oriented System for Modeling and Optimization of Structures), создаваемой SRAC. Первоначально COSMOS представлял собой самостоятельный пакет для расчётов на суперкомпьютерах и рабочих станциях, но с ростом популярности персональных компьютеров и систем автоматизированного проектирования (САПР) возникла потребность в тесной интеграции расчётного модуля с CAD-системой.

В 1995 году компания SRAC заключила соглашение с SolidWorks Corporation (тогда дочерней компанией Dassault Systèmes) о создании версии COSMOSWorks, встроенной непосредственно в интерфейс SolidWorks. Первая коммерческая версия была выпущена в 1996 году. Она позволяла проводить линейный статический анализ деталей и сборок, используя метод конечных элементов, и автоматически создавать сетку на основе геометрии модели.

В 2001 году Dassault Systèmes приобрела SRAC, и COSMOSWorks стал официальным модулем расчёта в составе SolidWorks. В 2008 году, с выходом SolidWorks 2009, продукт был переименован в SolidWorks Simulation, а название COSMOSWorks было выведено из употребления. Однако вплоть до версии SolidWorks 2010 в документации и интерфейсе сохранялись упоминания COSMOSWorks как устаревшего названия.

¶Архитектура и принцип работы

COSMOSWorks, как и его преемник SolidWorks Simulation, является встроенным модулем, работающим в единой среде SolidWorks. Это означает, что геометрия модели, созданная в CAD-системе, автоматически передаётся в расчётный модуль без необходимости экспорта/импорта файлов. Пользователь задаёт граничные условия, нагрузки, материалы и параметры сетки непосредственно в окне SolidWorks.

¶Основные этапы расчёта

1. Подготовка модели — упрощение геометрии (удаление фасок, отверстий, мелких элементов, не влияющих на результат), назначение материалов (из библиотеки SolidWorks или с заданием пользовательских свойств).
2. Задание граничных условий — фиксация перемещений, приложение сил, давлений, моментов, температур, а также контактных взаимодействий между деталями сборки.
3. Генерация сетки — автоматическое построение тетраэдральной сетки конечных элементов. В COSMOSWorks использовался адаптивный алгоритм, позволяющий сгущать сетку в зонах с высокими градиентами напряжений.
4. Решение — выполнение расчёта с использованием решателя (собственного разработки SRAC, оптимизированного под задачи механики твёрдого тела).
5. Визуализация результатов — отображение полей напряжений, деформаций, перемещений, температур, запасов прочности и других величин в виде цветовых карт, анимаций и графиков.

¶Функциональные возможности

COSMOSWorks поддерживал несколько типов анализа, которые впоследствии стали стандартом для SolidWorks Simulation:

• Линейный статический анализ — расчёт напряжений, деформаций и перемещений при статических нагрузках, не превышающих предела упругости материала.
• Частотный анализ — определение собственных частот и форм колебаний конструкции.
• Анализ устойчивости — расчёт критических нагрузок, при которых конструкция теряет устойчивость (потеря несущей способности).
• Тепловой анализ — стационарный и переходный расчёт распределения температур, тепловых потоков и тепловых напряжений.
• Анализ сборок — учёт контактных взаимодействий между деталями (трение, зазор, склеивание).
• Оптимизация — подбор параметров конструкции (толщины, размеров, формы) для минимизации массы или максимизации жёсткости при заданных ограничениях.

¶Интеграция с SolidWorks

Главным преимуществом COSMOSWorks перед автономными пакетами МКЭ была полная ассоциативность с геометрией SolidWorks. Любые изменения в CAD-модели автоматически обновляли расчётную модель, что позволяло проводить итерационные расчёты в процессе проектирования без повторного задания граничных условий. Эта функция получила название «ассоциативный анализ».

¶Применение

COSMOSWorks использовался в машиностроении, авиастроении, приборостроении, строительстве и других отраслях, где требовалась оценка прочности и надёжности деталей и узлов. Благодаря низкому порогу входа (интеграция с популярной CAD-системой) и относительно невысокой стоимости по сравнению с профессиональными пакетами (такими как ANSYS или Abaqus), он был востребован в малых и средних конструкторских бюро, а также в учебных заведениях.

¶Критика и ограничения

Несмотря на удобство интеграции, COSMOSWorks имел ряд ограничений по сравнению с более мощными пакетами МКЭ:

• Ограниченная точность — тетраэдральная сетка, используемая по умолчанию, могла давать менее точные результаты в зонах с высокой кривизной по сравнению с гексаэдральными элементами, используемыми в ANSYS.
• Отсутствие нелинейных расчётов — в ранних версиях не поддерживался анализ больших деформаций, пластичности и ползучести (эти возможности появились только в SolidWorks Simulation Professional).
• Зависимость от SolidWorks — для работы требовалась установленная лицензия SolidWorks, что увеличивало общую стоимость.
• Ограниченная поддержка сложных граничных условий — например, для моделирования гидродинамических нагрузок требовались дополнительные модули.

¶Наследие

После переименования в SolidWorks Simulation функциональность COSMOSWorks была значительно расширена. В настоящее время (по состоянию на 2025 год) SolidWorks Simulation включает в себя все возможности COSMOSWorks, а также нелинейный анализ, усталостные расчёты, анализ композиционных материалов и многодисциплинарные задачи. Однако термин COSMOSWorks остаётся в истории как один из первых успешных примеров встраивания МКЭ-расчётов в массовую CAD-систему, что способствовало демократизации инженерного анализа.

¶Источники

• SolidWorks Simulation: Theory and Applications. — Dassault Systèmes, 2009.
• К. А. Болдырев. Основы метода конечных элементов в SolidWorks. — М.: ДМК Пресс, 2012.
• Официальная документация SolidWorks 2008–2010. — Dassault Systèmes.
• История развития COSMOSWorks. — SRAC Technical Reports, 1995–2001.