Система COSMOS/M включает пре- и постпроцессоры, различные мо¬дули анализа, интерфейсы с CAD-системами, трансляторы и утилиты.

GEOSTAR: пре- и постпроцессор
Модуль GEOSTAR представляет собой работающий в графическом режиме трехмерный интерактивный геометрический моделировщик, позволяю¬щий генерировать сетки конечных элементов, а также выполняющий функции пре- и постпроцессора при анализе МКЭ. Геометрические возможности GEOSTAR базируются на методе смешанных граничных представлений (В-гер) и параметрических кубических уравнениях.
Основное назначение GEOSTAR - выполнение функций пре- и пост¬процессора для системы анализа МКЭ COSMOS/M. Пользователь может созда¬вать модель, вводить всю необходимую для анализа информацию, выполнять собственно анализ, используя расчетные модули COSMOS/М и, наконец, визуально оценивать результаты. Все это доступно непосредственно в среде GEOSTAR в графическом интерактивном режиме под управлением падающего меню.
Разнообразные возможности геометрического моделирования в соче¬тании с гибкими средствами генерации конечно-элементных сеток, позволяют легко создавать сложные расчетные модели. Нагрузки, граничные и начальные условия могут быть приложены к соответствующему геометрическому элементу модели в любой заранее определенной системе координат.
Программу GEOSTAR выгодно отличает сочетание мощных воз¬можностей, интуитивно понятной структуры и легкости в освоении.
Модели, созданные в других системах геометрического моделиро¬вания (CAD), могут быть введены в GEOSTAR с помощью форматов DXF и IGES. Пользователю в процессе работы в CAD-системе необходимо получить файл в одном из этих форматов, а потом воспользоваться одной из команд GEOSTAR для ввода модели. Также легко можно получить описание модели, построенной в GEOSTAR, в выходном файле в формате DXF или IGES для последующего использования в одной из CAD-систем.

STAR: модуль линейного статического анализа

Модуль STAR использует для вычисления деформаций конст¬рукций линейную теорию, использующую предположение малости перемеще¬ний. Для расчета напряжений STAR вызывает дополнительный модуль STRESS. Ниже приведены основные особенности модулей STAR и STRESS:
• Расширенная библиотека элементов.
• Изотропные, ортотропные, анизотропные и композитные свойства материа¬лов.
• Критерий разрушения для композитных материалов.
• Предписанные начальные смещения узлов с учетом или без учета других нагрузок.
• Связанные степени свободы.
• Задание уравнений связи.
• Тепловые, весовые и центробежные нагрузки. „
• Балочные нагрузки.
• Плоскостные эффекты при оценке жесткости.
• Расчет для составного нагружения за один прогон модуля.
• Введение в матрицу жесткости дополнительной небольшой упругости для предотвращения ее возможного вырождения.
• Техника суперэлементов.
• Взаимодействие жидкости с твердым телом.
• Элемент "Зазор с трением".
• Постпроцессорные возможности:
вывод листинга смещений и напряжений; автоматический выбор экстремальных значений смещений и компонент на¬пряжений; визуализация деформированного состояния; анимация деформи¬рованного состояния; многоцветное представление полей деформации и на¬пряжения; представленные полей деформации и напряжения в изолиниях; векторное представление полей деформации и напряжения; вывод в листинг и визуализация сдвиговых и моментных компонент балочных элементов; управляемое пользователем масштабирование; комбинирование смещений и компонент напряжения различных вариантов нагружений.

STRESS: дополнительный модуль вычисления напряжений для задач линейной статики.

Модуль STRESS вычисляет напряжения в элементах и узлах для большинства элементов библиотеки, используя результаты, полученные STAR. Напряжения, вызываемые составными нагрузками, вычисляются за один проход модуля, а комбинирование нагружений возможно на постпроцессорной стадии. Напряжения могут быть получены в любой предварительно определен¬ной системе координат. Модуль STRESS поддерживает все возможности STAR

DSTAR: модуль вычисления собственных частот и анализа устойчивости
Модуль DSTAR оценивает собственные частоты и соответствую¬щие им формы свободных колебаний конструкции. Он также позволяет найти критические нагрузки и связанные с ними формы потери устойчивости. Да¬лее отмечены наиболее важные особенности модуля DSTAR.
• Наличие нескольких методов отыскания собственных значений итераций в подпространстве (вплоть до 150 значений), Ланцоша (вплоть до 150 значе¬ний), Якоби (все собственные значения), обратный степенной (одно собст¬венное значение).
• Вычисление комплексных собственных значений.
• Вычисление собственных значений в заданной частотной области путем задания частотного сдвига.
• Использование последовательности Штурма для выделения кратных собст¬венных значений.
• Матрицы сосредоточенных и распределенных масс.
• Учет влияния плоской нагрузки на жесткость. Возможность добавить малую упругость.
• Постпроцессорные возможности:
вывод листинга собственных частот и форм; вывод листинга экстремальных значений форм; визуализация форм; анимации форм; управляемое пользователем масштабирование.

HSTAR: модуль решения задач теплопроводности

Модуль HSTAR решает задачи теплопроводности, включающие теп¬лообмен за счет проводимости, конвекции и излучения. Далее отмечены наи¬более важные особенности модуля HSTAR.
• Линейная и нелинейная, стационарная и нестационарная теплопроводность.
• Температурно-зависимые свойства материалов.
• Источники и стоки тепла, зависящие от времени и температуры.
• Граничные условия, зависящие от времени и температуры: тепловые потоки; конвекция; излучение.
• Предписанные температуры, задаваемые как функции времени. (Несколько итерационных вычислительных алгоритмов): метод Ньютона - Рафсона; мо¬дифицированный метод Ньютона - Рафсона.
• Вычисление коэффициентов направленности излучения.
• Постпроцессорные возможности:
вывод в листинг и визуализация темпера¬тур, температурных градиентов и тепловых потоков; вывод экстремальных зна¬чений; представление многоцветной областью, в изолиниях и в векторном виде.

ASTAR: Модуль динамического анализа

Модуль ASTAR использует результаты, вычисленные модулем DSTAR, и метод разложения по собственным формам для вычисления динамической реакции конструкции. Далее отмечены некоторые важные особен¬ности модуля ASTAR.
• Расширенная библиотека элементов.
• Возможности анализа:
возбуждение во временной области; возбуждение через основание (включая сейсмические нагрузки); возбуждение в частотной области; ударный спектр; генерация спектра ответа; случайная вибрация; стационарный гармонический анализ; спектральная плотность мощности (случайный отклик).
• Модели демпфирования: скалярная; амортизационная; с дискретной вязко¬стью; с модальной вязкостью; конструкционная.
• Начальные условия.
• Функции времени для масштабирования нагрузок.
• Анализ напряженных состояний.
• Двух узловые элементы "зазор с трением", работающие на сжатие или рас¬тяжение.
• Постпроцессорные возможности:
вывод в листинг и визуализация реакций (смещения, скорости, ускорения и напряжения); построение графиков функ¬ций времени или частоты для реакций отдельных узлов и элементов; вывод в листинг экстремальных значений, визуализация в многоцветных и вектор¬ных полях, а также изолиниях, масштабирование под управлением пользо¬вателя.

NSTAR: модуль нелинейного анализа конструкции

Модуль NSTAR решает задачи нелинейного статического и динами¬ческого анализа конструкций. Далее отмечены некоторые важные особенно¬сти модуля NSTAR.
• Расширенная библиотека элементов.
• Геометрическая нелинейность:
большие перемещения (общая и модифици¬рованная формулировка Лагранжиана); большие деформации (резиноподобные материалы); управляемые зазоры, линии и поверхности контакта.
• Физическая нелинейность:
нелинейная упругость (билинейная и произволь¬ная кривая - напряжение-деформация); гиперэластичность; пластичность; ползучесть; термопластичность; несжимаемость.
• Вычислительные методы:
методы управления включают: управление нагруз¬кой; управление перемещением (определяет движение узла как функцию времени в заданном направлении).
• Итерационные методы включают:
обычный метод Ньютона - Рафсона (метод касательных); модифицированный метод Ньютона - Рафсона (метод каса¬тельных); BFSG-метод (Бройдена-Флетчера-Голдфарба-Шанно) (метод се¬кущих), поиск линии для улучшения сходимости; управление числом итера¬ций и погрешностью.
• Нагрузки:
сосредоточенные силы; давление; температуры; центробежные; весовые; консервативные и неконсервативные; временные функции для масштабирования нагрузок.
• Дополнительные возможности:
нелинейная устойчивость (анализ предель¬ной нагрузки); повторный запуск для продолжения вычислений с заданного шага (нагрузки, метод решения и шаг интегрирования могут быть изменены перед каждым повторным запуском); связанные степени свободы.
• Постпроцессорные возможности:
вывод в листинг перемещений, деформа¬ций и напряжений; вывод в листинг экстремальных значений перемещений, деформаций и компонент напряжений; визуализация деформированных форм в заданных точках процесса; анимация деформированных форм; ви¬зуализация в многоцветных и векторных полях, а также изолиниях; масшта¬бирование под управлением пользователя, построение графиков функций времени для реакций отдельных узлов и элементов.

CSTAR: модуль анализа динамики разрушений

Модуль CSTAR выполняет анализ динамики разрушений в реальном времени, используя точные схемы. Далее отмечены некоторые особенности модуля CSTAR.
• Элементы: трехмерный стержень (ферма) (TRUSS3D); трехмерная балка (ВЕАМЗD); толстая и тонкая трехузловая оболочка (SНЕLL3 и SНЕLL3Е); четырехузловая оболочка (SHELL4); объемный упругий элемент (SOLID).
• Двух- и трехмерный нестационарный анализ.
• Физическая и геометрическая нелинейность.
• Автоматическое вычисление шага интегрирования по времени исходя из величины критического шага для предупреждения неустойчивости, возмож¬ной вследствие слишком большого шага.
• Простой и эффективный оболочечный элемент (SНЕLL4), требующий мало памяти.
• Граничные условия: смещения; скорости; ускорения.
• Нагрузки: сосредоточенные силы; давление; предписанные смещения; временные кривые для масштабирования нагрузок в различных местах.
• Постпроцессорные возможности:
вывод в листинг перемещений, деформа¬ций и напряжений; вывод в листинг экстремальных значений перемещений, деформаций и компонент напряжений; визуализация деформированных форм в заданных точках процесса; анимация деформированных форм; ви¬зуализация в многоцветных и векторных полях, а также изолиниях; масшта¬бирование под управлением пользователя; построение графиков функций времени для реакций отдельных узлов и элементов.

FSTAR: модуль анализа усталостной прочности

Модуль FSTAR использует результаты расчета напряжений, полученные другими модулями, для выполнения анализа усталостной прочности. Модуль позволяет оценить усталостную долговечность (коэффициент запаса при уста¬лостной эксплуатации) механической конструкции при циклическом нагружении. Далее отмечены некоторые важнейшие особенности модуля FSTAR.
• Расширенная библиотека элементов.
• Процедуры анализа:
правило Минера; АSМЕ-нормы для котлов и сосудов давления; упрощенная упругопластическая формулировка, использующая спецификацию АSМЕ.
• Вычисление коэффициента эксплуатационного запаса в заданных положе¬ниях.
• Автоматическое вычисление коэффициента эксплуатационного запаса во всех узлах.
• Упрощенный ввод.
Напряжения берутся из результатов линейного, нелинейного и дина¬мического анализа, а также могут быть непосредственно введены пользователем. Профили напряжений, основывающихся на результа¬тах, полученных из других модулей, могут быть модифицированы пользователем перед выполнением анализа усталостной прочности.
• Параметры явления усталости и соответствующее число циклов.
• Постпроцессорные возможности:
вывод в листинг коэффициентов эксплуа¬тационного запаса; визуализация распределения коэффициентов запаса при усталостной эксплуатации в виде многоцветных и векторных полей, а также в виде изолиний; масштабирование под управлением пользователя.

FLOWSTAR: модуль анализа потоков жидкости

Модуль FLOWSTAR позволяет решать двух- и трехмерные стацио¬нарные и нестационарные задачи течения жидкости, в которых также могут быть учтены и тепловые эффекты. Модуль использует метод штрафных функций для решения уравнений Навье-Стокса и уравнения энергии для профилей скорости, давления и температуры. Анализируются как внешние потоки вокруг тел произ¬вольной формы, так и внутренние течения в клапанах и теплообменниках. Далее отмечены некоторые важнейшие особенности модуля FLOWSTAR.
• Ламинарное течение вязкой несжимаемой жидкости с учетом теплопереноса.
• Двух- и трехмерные ламинарные течения.
• Температурно-зависимые свойства жидкости.
• Стационарные и нестационарные потоки.
• Ньютоновские и неньютоновские жидкости.
• Изотермические и неизотермические потоки.
• Естественная и вынужденная конвекция.
• Наличие источников тепла.
• Граничные условия задаются для следующих величин: скорость; кинетиче¬ская энергия; коэффициент диссипации энергии; узловое расстояние от же¬сткой стенки; плотность; энергия; нулевая нормальная скорость для гранич¬ных элементов; температура; давление; тепловые потоки: конвекция.
• Постпроцессорные возможности:
вывод в листинг и визуализация скоро¬стей, давлений, температур, сдвиговых напряжений, функции тока, темпе¬ратурных градиентов, турбулентной кинетической энергии и коэффициен¬тов диссипации энергии; вывод в листинг экстремальных значений всех вышеперечисленных величин; визуализация в виде многоцветных и век¬торных полей, а также в виде изолиний; масштабирование под управлени¬ем пользователя.

ESTAR: модуль электромагнитного анализа

Модуль ESTAR позволяет решать задачи электромагнетизма. Далее отмечены некоторые важнейшие особенности модуля ESTAR.
• Типы анализа:
двумерный, осесимметричный и общий трехмерный магнито-статический анализ с источниками тока и постоянными магнитами; двух- и трехмерный электростатический анализ; двумерный и осесимметричный не¬стационарный электромагнитный анализ; нелинейный анализ, определяе¬мый кривыми намагничивания (В-Н) и/или кривыми размагничивания магни¬тов; анализ течения тока в проводниках для вычисления распределения тока и потерь.
• Итерационные методы решения нелинейных задач: обычный метод Ньютона-Рафсона; модифицированный метод Ныотона-Рафсона.
• Граничные условия:
узловые токи; плотность тока на элементе; напряжение и магнитный потенциал; магнитная связь; периодические граничные усло¬вия.
• Постпроцессорные возможности:
вывод в листинг и визуализация плотности магнитных потоков, интенсивности магнитного поля, магнитных потенциа¬лов, напряжений, плотности электрического поля и плотности электрическо¬го тока; вывод в листинг экстремальных значений всех вышеперечисленных величин; визуализация в виде многоцветных и векторных полей, а также в виде изолиний; масштабирование под управлением пользователя, сохране¬ние электрической энергии для электростатического анализа; магнитная энергия для магнитостатического анализа; крутящий момент для магнитостатического анализа с использованием принципа виртуальной работы.
• Другие свойства:
электротермическая связь для анализа течения тока и за¬дач магнитодинамики; анализ краевых токов; магнитомеханическая связь, когда результирующие магнитные силы могут быть включены в задачи ме¬ханического анализа.

MODSTAR, PLOTSTAR и GRAPHSTAR

MODSTAR это ранний вариант препроцессора, работающий в текстовом режиме и использующийся для генерации модели и запуска на выполнение различных расчетных модулей. Для реализации графических возможностей при этом используются модули PLOTSTAR и GRAPHSTAR. Эти модули могут быть выполнены непосредственно из среды GEOSTAR.

OPTSTAR: модуль оптимизации конструкции

Модуль OPTSTAR это конечно-элементная программа численной опти¬мизации конструкций. Задача оптимизации базируется на использовании веса конструкции или ее механических характеристик в качестве целевой функции, площади поперечного сечения или толщины как конструкторских переменных и, наконец, веса конструкции или ее механических характеристик как ограниче¬ний. Численная программа оптимизации с возможностями анализа чувстви¬тельности выполняется в соответствии со следующими положениями.
• Возможные целевые функции:
вес модели; перемещения узлов в заданных направлениях; компоненты напряжений на элементе; относительные пере¬мещения между двумя узлами.
• Конструкторские переменные:
площадь поперечного сечения стержня (фермы); ширина и высота балки; толщина плосконапряженной пластины; толщина оболочечного элемента.
• Конструкторские ограничения:
компоненты перемещения в узле; относитель¬ные перемещения между двумя узлами; компоненты напряжений на элемен¬те; верхний предел для веса модели; пределы на конструкторские переменные.
• Другие возможности:
нагрузки в виде сосредоточенных сил и давлений; случай многовариантности нагружений; встроенный анализ чувствительно¬сти; связывание конструкторских переменных; точная аппроксимация огра¬ничений.