COSMOS

有限元分析軟體──Cosmos

Cosmos軟體是美國SRAC（Structure Research and Analysis Corporation ）公司的產品，它具有計算速度快、解題時佔用磁碟空間少、使用方便、分析功能全面、與其他CAD/CAE軟體集成性好等優點，下面簡要介紹一下這些特點。

COSMOS為什麼速度快？

要解釋清楚這個問題應該考查一下有限元分析軟體的演演算法。有限元分析軟體基於的演演算法有兩種：一種是所謂的直接解法，一種是所謂的迭代解法。因為有限元軟體處理的對象大部分是高元方程組，因此直接解法總能求得解，但速度就不能保證很快，雖然迭代法解題的速度很快，但不能保證所有的演演算法都是收斂的，因此傳統的有限元分析軟體大都採用直接解法。1982年，前蘇聯的三位數學物理博士致力於研究有限元分析的迭代演演算法的收斂性問題，因為，如果能保證迭代法總是收斂的，就可以大幅度提高解題速度。他們採用窮舉法，分析迭代法中所有發散的演演算法，最後總結出500多種導致迭代法發散的原因並加以有效的對症下藥，終於在11年後的1993年發明了舉世矚目的FFE（快速有限元法，Fast Finite Element ）演演算法。FFE方法其實就是針對不同的迭代演演算法總能保證其收斂的改進的迭代法，Cosmos就是採用的這種FFE方法。這是Cosmos解題速度快的一個重要的原因。

Cosmos解題時為什麼佔用的磁碟空間那麼少？

Cosmos採用的演演算法是FFE技術，而FFE技術是1993年才發明的，要想把這種快速有限元技術應用到Cosmos軟體中，必須重新編寫Cosmos的源代碼，1993年世界上比較先進的C++語言技術已經成熟，面向對象技術、內存優化管理技術、磁碟管理技術也已上了一個新台階。正是因為在Cosmos的新的源代碼中利用了這些新技術，所以Cosmos才具有用少的磁碟空間解決複雜的分析問題的能力。雖然SRAC在重新編寫Cosmos源碼上付出了代價，但卻換回了其他CAE軟體不能比擬的功能。

Cosmos是基於PC+WINDOWS上的軟體，這在使用上很顯然要比基於工作站+Unix上的軟體好用的多。這對熟悉WINDOWS和UNIX使用的人就更清楚，因為有很多文章作這方面的說明，所以，就WINDOWS和UNIX的使用方面在此也不再累述。但值得說明的一點是很多有限元分析軟體都是很早以前用FORTRAN編寫的，所以界面並不都是很友好的，但Cosmos基於的操作系統就是PC機上的WINDOWS，所以就其界面來說必將越來越好。另外，COSMOS為各種分析類型建立了分析步驟示意圖，如果對分析步驟不很明了，可以打開分析步驟示意圖，它會提示應該做的每個步驟，就象馬路的交通指揮燈一樣；COSMOS還建立了智慧導向型菜單系統，如果分析問題的準備工作未做好，COSMOS就使相應的功能項變暗，使分析無法進行下去，這節省了誤操作所浪費的時間。

Cosmos軟體是按模組進行封裝的，也就是說你可以有選擇地購買需要的模組，不需要的模組不必購買。CosWorks是Cosmos的一個小產品，它是專門為Solidworks軟體做無縫集成的。它可以做的分析有：線性靜力分析（位移與應力應變計算）、挫曲分析（關鍵挫曲力與相對變形計算）、頻率分析（共振頻率與相對變形量計算）、熱傳分析（穩態與暫態熱流問題及溫度變化速率與熱流量計算）。

Cosmos/M是一個全面的CAE軟體，它除了包含Cosworks具有的全部功能外，還具有可以選擇的其它模組：

動力分析模組，包括：參數式材料性質與挫曲負截輸入、可平移之頻率輸入、剛體模式、整體質量模式、檢查Missed模態、可與Cosmos/M進階動力模組集成在一起分析。

進階動力分析模組，包括：二維與三維穩態與暫態線性動態分析。含模態時域分析、頻域分析、隨機振動、地震力風力以及反應頻譜分析等。

非線性分析模組，包括：二維與三維非線性靜力與動力分析。含大變形分析、塑性變形分析、貼彈分析、裂縫分析、非線性熱傳與后挫曲分析等。

熱傳分析模組，包括：二維與三維穩態與暫態熱傳導、熱對流與熱輻射分析、計算溫度，等溫線與熱流量等。

電磁分析模組，包括：二維與三維，高頻與低頻電磁問題分析。

疲勞分析模組，包括：二維與三維結構分析，並且計算疲勞壽命、此外尚可計算裂縫在疲勞應力下的發展趨勢。

計算流力分析模組，包括：二維與三維穩態或暫態可壓縮或不可壓縮流的分析。並且可以和熱傳分析集成做C0upling效應分析。

設計最佳分析模組，包括：二維與三維形狀與大小最佳化分析與設計、結與熱傳靈敏度分析等。

FFE-Statics/FFE-Dynamics/Ffe-Thermal，包括：使用FFE技術去做靜力、動力與熱傳分析。

值得一提的是Cosmos的功能雖然很強大，但它的硬體需求只是PC機，這也為企業引進分析軟體節約大量的投資。

Cosmos的集成性

Cosmos在CAD/DAE軟體的集成上做得是比較出色的，Cosmos的基本模組產品Cosworks與風靡全球的三維CAD軟體SolidWorks已經做到了無縫集成的境界。另外Cosmos可以直接利用Solidworks、Pro/E、IDEAS、CADKEY、AMD等三維CAD軟體的幾何模型，與CAE軟體ANSYS、NASTRAN、PATRAN等也可以進行數據溝通。因此COSMOS在企業以後的集成方面應是高枕無憂的。

SolidWorks的COSMOS軟體從2009版本開始改為SolidWorks Simulation，如下新舊名稱對照表

結論

CAE軟體是現代化企業比較高層技術的操作，它與CAD/CAM是密不可分的，如果只抓CAD，不抓CAE，企業的產品就擺脫不了傻大黑粗的陰影。CAD也發揮不出它的真正作用。所以，CAE必將越來越受到企業的重視，必將成為企業競爭的有力幫手。