[文章]：结构计算、辅助设计类软件简介

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结构计算、辅助设计类软件简介

1、UniGraphics简介

关于公司
Unigraphics Solutions (UGS)是全球发展最快的机械 CAD 公司之一，Unigraphics Solutions 已用UGS名称在纽约股票交易所上市。UGS在全球最大和最积极的VPD实施项目中支持通用汽车公司，Unigraphics成为日本主要的汽车配件生产商Denso的标准，并且成为如Anvistir Detroit Diesel、Winnebago和 Robert Bosch等领先的制造公司所选择的系统。在美国航天航空工业已安装有１００００多套UG, 并占有９０％的俄罗斯航空市场和８０％的北美汽油淌轮发动机市场。UGS领导了喷气发动杨，拥有如普惠（Pratt & Whitney）,GE喷气发动机等客户，其它的航天航空客户包括：BE Aerospace、Boeing Defence、以色列飞机工业公司(IAI) 、英国航天航空公司、Northrop Grumman、、Ilyushin和Antoaou。UGS目前也遍及到机械、医疗设备、电子、高技术和消费品工业，包括客户如3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、Digital Eguipment Corp、Philips Electronic、The Gillette Company、Timex、Eureka和Arctic Cat。

新的强大的UG功能

业界最好的工业设计软件包，包括一个灵活的复合建模模块以及功能强大的逼真照相的渲染，动画和快速的原型工具，复合建模让用户可在下例建模方法中选择：实体建模（Solid）、曲面建模(Surface) 、线框建模 (Wireframe)及其于特征的参数化建模。UG创新的系统级工程方法－WAVE－获得定义，控制和评估新产品概念的最佳效益和效率的方法。UG高速加工应用已经被发现：每个冲模加工过程的NC准备时间可平均减少５０％，每个冲模的差错率可平均减少８０％。 UG/SHOPS为初级用户和机械师二者提供复杂冲模／注塑模和机加工另件的粗，精加工的＂最佳实践＂模板。UG/几何公差 (Geometric Tolerancing) 模块递交组件级 (Compont-Ievel) 的几何尺寸和形位公差 (GD&T)，使用户通过公差特征能够快速和准确地相关公差信息到几何对象。 从Moldflow取得许可权的Part Adviser 模块，递交功能强大的注射过程的建模能力（参见１９９７年Industry Week ＂Technology of the year＂）。

完整的软件包

Unigraphics确使完全相关的和无缝的数字化实休模型数据共享，该系统易于使用，用广泛的租用、购买、移植和合作伙伴计划，该系统可以快速执行和提供，软件被设计成是易于与你的公司的最佳实践和系统进行集成。Unigraphics在最激烈的产品开发竞争中取得胜利，在MCAD行业中，UG的特征和功能相比之下，有许多独到之处，例如：Unigraphics提供：一个功能强大的编程框架，使客户和软件供应商能够开发与UG很好集成和完全相关的应用程序。

在业界，最紧密地CAD/CAM/CAE与PDM集成。

在客户的扩展企业的意义上的数据相互可*作性，甚至包括对那此有问题的输入数据的高成功率。 包括培训，直接技术支持，项目实施，系统集成，数据交换和工程应用的完整服务。以领先前沿的软件供应商为特征的广泛联盟计划，他们的产品因为由Unigraphics使用而被优化。虚拟产品开发评估，它用图表表示一个公司采用制造业认可的最佳实践的程度。 完整的可升级的产品线，为各层次用户优化的产品线，因而，一个公司可以在需要时以最合适的价格购置或租用仅仅是它需要的那些模块
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Unigraphics CAD/CAM/CAE软件产品模块(V15)

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<>Unigraphics 软件入口 UG / Gateway 入口
<>计算机辅助设计 CAD
UG/Solid Modeling实体建模
UG/Feature Modeling特征建模
UG/Freeform Modeling自由形状建模
UG/User-defined用户定义的特征
UG/Drafting制图
Assembly Modeling 装配建模
UG/Advanced Assemblies 高级装配
UG/Photo UG/FAST UG/WAVE控制
UG/Geometric Tolerancing(几何公差)

<>计算机辅助工程CAE

UG/Scenario for FEA
UG/FEA UG/Mechanism机构
UG/MF Part Adviser

<>计算机辅助制造CAM

UG/CAM Base 基础
UG/Postprocessing 后处理
UG/Lathe(车加工)
UG/Core & Cavity Milling 芯和型腔铣削
UG/Fixed-Axis Milling 固定轴-铣削
UG/Flow Cut 流通切削-半自动清根
UG/Variable Axis Milling 可变轴铣前
UG/Sequential Milling 顺序铣切削
UG/Genius 4000 制造资源管理系统 Vericut 检验切削
UG/Wire EDM 线切割
UG/Graphical Tool Path Editor 图形刀轨编辑器
UG/Unisim 机床仿真
UG/Shops
Nurbs (B-Spline) Path Generator Nurbs(B-样条)轨迹生成器

<>Sheet Metal Applications 钹金应用

UG/Sheet Metal Design 钹金设计
Sheet Matel Manufacturing 钹金制造

<> Customization 用户化

<>Web Application Web 应用

UG/Web Express

<>Routing Application 走线应用

UG/Routing走线
UG/Harness导线配线系统

<>Special Application 特殊应用

UG/Rapid Prototyping(快速成型样机)
UG/Manager(管理者)

<> Data Exchange 数据交换

UG/MX
UG/Genconnect

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UG V16 - 和预测工程的元件

Unigraphics Solution 发布 Unigraphics 版本16--标志着预测工程引入了一个重要的新版本， 这种新技术组合已被证实的工程实践与强大的产品建模能力， 可实现帮助用户 “预测”一个特定产品的特性的应用。 作为结果， 产品知识， 如最适宜的材料或公用另件的再使用， 可以数字化进行编码， 用改编到一专门过程的菜单，杠杆应用到每一个新的设计或系统中， 如模具设计或冲模工程。预测工程通过提供一个环境添加价值到产品开发过程， 在该环境中工程知识被捕捉和再使用。 使得用户能够在设计过程早期考虑上游的约束。

UGV16 的预测工程包括：

Process Wizard (过程向导)集成真实世界的专家知识，如最佳实践和特性考虑在全功能的软件应用中，引导您通过的工程活动。

Analysis and Optimization Tools (分析和优化工具)包括为运动的机械系统的虚拟原型的 UG/Scenario for Motion+. 这种集成的相关能力是为了大位移复杂运动的机械系统的建模， 仿真和评估， 包括对静态， 运动学和动力学 (动态) 仿真的支持。

Design Studio (设计工作室)目标针对工业设计师和风格设计专家， 包括直接*纵曲面， 动态的纹理映家象工具以及互地分析工具， 它们中的所有是与 Unigraphics的其它应用完全集成的灾些工具捕充设计过程的创造性的一面， 使Design Studio 成为概念产品设计的一种自然的解决方案。

新的现代技术水平的Windows 用户介面

除了 12 个 V16的新模块和几百个贯穿设计到制造应用的功能增强之处， 是一个 Unigraphics新的现代技术水平的本地 Windows 用户介面。V16 是与 Windows NT 图形用户介面完全Windows 依以的， 二个现代的 外观与感觉， 这样用一个完全熟悉的*作环境提供给在 Windows 的 Unigraphics用户， 因此增加生产率。 Unigraphics 现在采用标准的 Windows文件选择 对话， 打印机， 颜色工具和剪贴板， 并且是与 Excel 电子表格应用完全集成。“预测工程引入到 Unigraphics V 16 中的推动，Unigraphics Solutions 到以知识为中心的机械设计自动化能力的最前方”

过程线索驱动的虚拟产品开发
Unigraphics CAD/CAE系统通过提供一个独特的基于过程线索的方法来优化客户公司的事业到领先的前沿，这种方法使得能够实现一个无缝的数字化的从设计到制造的环境，或虚拟产品开发环境(VPD) 过程驱动技术成为Unigraphics和其它MCAD系统的一个关键区别。


2、PROE软件模块简介
本世纪的一个重大变革是全球市场的统一，它使市场竞争更加激烈，产品更新更快，但是有限的资源加上消费者对复杂产品的需求日益增加，使你合很难保持市场分额。在这种背景下，CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)/CAE（计算机辅助测量）技术得到迅速普及和极大发展。海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的十大技术中，CAD/CAM/CAE技术便榜上有名。在为数众多的CAD/CAM/CAE软件中， 主流软件包种类繁多，PRO/E，UG，CIMATRON，MDT，I－DEAS，MASTERCAM都是个中极品，但PRO/E工业解决方案地位显赫，它是美国PTC公司的拳头产品，技术领先，在机械、电子、航空、航天、邮电、兵工、纺织等各行各业都有应用，是CAD/CAM/CAE领域少有的顶尖“人物”。

PRO/E的最新版本为PRO/E2000i，它可运行于Windows/NT和UNIX平台上，共有六大主模块，下面我把它们逐一介绍给大家。

l PRO/E概述

PRO/ENGINEER软件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能。PRO/E能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。其中PRO/E V2000I更增加了行为建模技术使其成为把梦想变为现实的杰出工具。

一、工业设计(CAID)模块

工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，以前，在零件未制造出时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用3DS可以生成实体模型，但用3DS生成的模型在工程实际中是“中看不中用”。用PRO/E生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用。事实上，PRO/E后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。

包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(动画模拟)、 PRO/DESIGNER(概念设计)、PRO/NETWORKANIMATOR(网络动画合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（图片转三维模型）、PRO/PHOTORENDER(图片渲染)几个子模块。

　　二、机械设计(CAD)模块

机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面，如图1中的摩托车轮轱，这些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用 PRO/E生成曲面仅需2步～3步*作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此PRO/E可以迅速建立任何复杂曲面。

它既能作为高性能系统独立使用，又能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等标准。包括：PRO/ASSEMBLY（实体装配）、PRO/CABLING（电路设计）、PRO/PIPING（弯管铺设）、PRO/REPORT（应用数据图形显示）、PRO/SCAN-TOOLS（物理模型数字化）、PRO/SURFACE（曲面设计）、PRO/WELDING（焊接设计）

三、 功能仿真(CAE)模块

功能仿真(CAE)模块主要进行有限元分析。我们中国有句古话：“画虎画皮难画骨，知人知面不知心”。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件的内部变化情况是难以知晓的。有限元仿真使我们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态。利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，便可充分优化零件的设计。著名的可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近20％，而其功能丝毫不受影响，仅此一项就取得了极大的经济效益。

包括：PRO/FEM~POST（有限元分析）、PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定义载荷输入）、PRO/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序连接）、PRO/MECHANICA MOTION（指定环境下的装配体运动分析）、PRO/MECHANICA THERMAL（热分析）、PRO/MECHANICA TIRE MODEL（车轮动力仿真）、PRO/MECHANICA VIBRATION（震动分析）、PRO/MESH （有限元网格划分）。

四、 制造(CAM)模块

在机械行业中用到的 CAM制造模块中的功能是NC Machining(数控加工)。说到数控功能，就不能不提八十年代著名的“东芝事件”。当时，苏联从日本东芝公司引进了一套五座标数控系统及数控软件CAMMAX，加工出高精度、低噪声的潜艇推进器，从而使西方的反潜系统完全失效，损失惨重。东芝公司因违反“巴统”协议，擅自出口高技术，受到了严厉的制裁。在这一事件中出尽风头的CAMMAX软件就是一种数控模块。

PRO/ES的数控模块包括：PRO/CASTING（铸造模具设计）、PRO/MFG（电加工）、PRO/MOLDESIGN（塑料模具设计）、PRO/NC-CHECK（NC仿真）、PRO/NCPOST（CNC程序生成）、PRO/SHEETMETAL（钣金设计）。

五、 数据管理(PDM)模块

PRO/E的数据管理模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各种故障的原因，帮助你对症下药，排除产品故障，改进产品设计。它就像PRO/E家庭的一个大管家，将触角伸到每一个任务模块。并自动跟踪你创建的数据，这些数据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了所有数据的安全及存取方便。

它包括：PRO/PDM（数据管理）、PRO/REVIEW（模型图纸评估）。

六、 数据交换(Geometry Translator)模块

在实际中还存在一些别的CAD系统，如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它们门户有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中，往往需要接受别的CAD数据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。

PRO/E中几何数据交换模块有好几个，如：PRO/CAT（PRO/E和CATIA的数据交换）、PRO/CDT（二维工程图接口）、PRO/DATA FOR PDGS（PRO/E和福特汽车设计软件的接口）、PRO/DEVELOP（PRO/E软件开发）、PRO/DRAW（二维数据库数据输入）、PRO/INTERFACE（工业标准数据交换格式扩充）、PRO/INTERFACE FOR STEP（STEP/ISO10303数据和PRO/E交换）、PRO/LEGACY（线架/曲面维护）、PRO/LIBRARYACCESS（PRO/E模型数据库进入）、PRO/POLT（HPGL/POSTSCRIPTA数据输出）


3、i－deas软件简介
二十一世纪的一个重大变革是全球市场的统一，它使市场竞争更加激烈，产品更新更快。在这种背景下，CAD(计算机辅助设计)技术得到迅速普及和极大发展。海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的十大技术中，CAD便榜上有名。在为数众多的CAD软件中，I－DEAS地位显赫，它是美国SDRC公司的拳头产品，技术领先，在机械、电子、航空、航天、邮电、兵工、纺织等各行各业都有应用，是CAD领域少有的顶尖“人物”。

I-DEASMasterSeries是美国SDRC(StructuralDynamicsResearchCorporation)公司自1993年推出的新一代机械设计自动化软件，也是SDRC公司CAD/CAE/CAM领域的旗舰产品，并以其高度一体化、功能强大、易学易用等特点而著称。I-DEASMasterSeries5于今年6月20日在美国首次展示，其最大的突破在于VGX技术的面市，极大地改进了交互*作的直观性和可靠性。另外，该版本还增强了复杂零件设计、高级曲面造型以及有限元建模和耐用性分析等模块的功能。在我国，正式使用I-DEASMasterSeries软件的用户已经超过400家，居于三维实体机械设计自动化软件的主导地位。由于SDRC公司早期是以工程与结构分析为主逐步发展起来的，所以工程分析是该公司的特长。SDRC公司近期还集中了优势力量大力加强数控加工功能的开发。

I－DEAS的最新版本为Master Series 9.0，它可运行于Windows/NT和UNIX平台上，共有七大主模块，下面我把它们逐一介绍给大家。

　　一、工程设计(Engineering Design)模块

　　工程设计模块主要用于对产品进行几何设计，包括Master Modeler(建模)、Master Surfacing(曲面)、Master Assembly(装配)、Mechanism(机构)、Draft Setup(制图建模)几个子模块。

　　1.实体建模(Master Modeler)子模块

　　以前，在零件未制造出时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用3DS可以生成实体模型，但用3DS生成的模型在工程实际中是“中看不中用”。用I－DEAS生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用。事实上，I－DEAS后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。

　　2.曲面(Master Surface)子模块

　　前面由基本体素拼合成的实体，属于比较规则的物体。但在实际中存在大量形状不规则的物体表面，这些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用 I－DEAS生成曲面仅需2步～3步*作。Master Surface生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此Master Surface可以迅速建立任何复杂曲面。

　　3.装配(Master Assembly)子模块

　　Master Assembly可将零件在计算机上组装起来。它可用于计算干涉、质量特性等，并能进行装配体的仿真显示。

　　二、工程制图（Drafting）模块

　　I－DEAS的绘图模块是一个高效的二维机械制图工具，它可绘制任意复杂形状的零件。它既能作为高性能系统独立使用，又能与I－DEAS的实体建模模块结合起来使用，它支持GB、ANSI、BS308、DIN、ISO和JIS等制图标准。

　　1.由三维实体零件直接形成二维图(Drafting Setup)子模块

　　在I－DEAS中，当实体模型建立后，只须几步*作，我们就可以生成三视图(主视图、俯视图、侧视图)及轴测图。

　　2.详细绘图(Detail Drafting)子模块

　　Detail Drafting子模块可生成符合各种标准的工程图。Detail Drafting还提供了许多有用的工具，如动态导航技术等，这使设计人员制图变得非常方便。

　　三、制造(Manufacturing)模块

　　在机械行业中用到的 I－DEAS制造模块中的功能是NC Machining(数控加工)。说到I－DEAS的数控功能，就不能不提八十年代著名的“东芝事件”。当时，苏联从日本东芝公司引进了一套五座标数控系统及数控软件CAMMAX，加工出高精度、低噪声的潜艇推进器，从而使西方的反潜系统完全失效，损失惨重。东芝公司因违反“巴统”协议，擅自出口高技术，受到了严厉的制裁。在这一事件中出尽风头的CAMMAX软件就是I－DEAS数控模块的一部分。

　　I－ DEAS的数控模块分三大部分：前置处理模块、后置处理编写器和后置处理模块。在前置处理模块中，I－DEAS提供了完整的机加工环境，可同时处理三维实体和曲面。NC刀具轨迹可根据仿真情况进行修正。后置处理编写器用于生成适合具体NC机床的后处理程序，该部分采用表格驱动，很容易编写出适应FANUC、SIMENS、FAGOR等数控系统的后置处理程序。后处理模块读入生成的后处理程序后，再对前置处理模块中生成的刀位文件.CL进行处理，就可生成所需的数控程序。

　　四、有限元仿真(Simulation) 模块

　　我们中国有句古话：“画虎画皮难画骨，知人知面不知心”。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件的内部变化情况是难以知晓的。Finite Element Simulation(有限元仿真)使我们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态。利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，便可充分优化零件的设计。著名的可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近20％，而其功能丝毫不受影响，仅此一项就取得了极大的经济效益。

　　I－DEAS的有限元仿真应用包括三个部分：前置处理模块(Pre－Processing)、求解模块(Solution)、后处理模块(Post－Processing)。

　　五、测试数据分析（Test Data Analysis) 模块

　　I－DEAS的测试数据分析模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各种故障的原因，帮助你对症下药，排除产品故障，改进产品设计。

　　六、数据管理（Data Management)模块

　　I－DEAS 的Data Management模块简称IDM，它就像I－DEAS家庭的一个大管家，将触角伸到I－DEAS的每一个任务模块。并自动跟踪你在I－DEAS中创建的数据，这些数据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据。IDM也跟踪数据之间的关系。这个管家通过一定的机制，保证了所有数据的安全及存取方便。

　　七、几何数据交换（Geometry Translator）模块

　　在实际中还存在一些别的CAD系统，如UGⅡ、EUCLID等，由于它们门户有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中，往往需要接受别的CAD数据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。I－DEAS中几何数据交换模块有好几个，如IGES、STEP、DXF等，其工作原理是先将别的CAD数据转换成中性数据(不依赖于该CAD系统)，然后将中性数据通过几何数据交换模块转换成I－DEAS数据，这样就可将外来数据全部“同化”。

　　朋友，现在你已认识了I－DEAS，感觉不错吧!若您想进一步了解I－DEAS，请访问SDRC的主页，网址为 http://www.sdrc.com/。

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I-DEAS软件介绍
产品装配（Assembly Set）

装配（Master Assembly）——配置、设计和管理大型机械装配体的多用户并行工作环境
　　（1）支持大尺寸、无限数量零件和多层次超大装配结构。
　　（2）多种灵活的零部件定位方式和约束关系，确保一个零部件的修改会自动更新其它所有相关零部件。同时可动态、时实地显示装配的自由度状态。
　　（3）团队环境中的从自顶向下到自底向上的设计。总设计师确定装配结构及总体设计后，多个设计者同时进行零部件细化设计，可随时自动更新总体设计。最后总设计师进行装配件的干涉检查和运动仿真等。
　　（4）设计评估。含干涉检查，运动学和动力学仿真与分析，装配体误差分析及特性计算等。

机构构设计（Mechanism Design）——模拟机构的复杂运动，并进行动力学分析
　　（1）利用图标显示的各零件间关系的约束链，建立或修改装配关系。
　　（2）局部和全程运动干涉检查。
　　（3）多铰链、多环机构设计。
　　（4）运动学分析一计算相对位置、速度和加速度。
　　（5）系统可进行“大”位移的动力学分析。
　　* 内置动力学解算功能。
　　* 碰撞
　　* 在外力作用下的机构动力学响应分析。
　　（6）与ADAMS软件的专用接口，以定义更复杂机构及加载和解决更高级动力学仿真问题。

装配公差分析（Tolerance Analysis）
　　（1）建立三维产品的几何模型，公差装配过程和装配测量的虚拟样件以模拟装配加工过程并预测机械系统公差所产生的影响。
　　（2）提供数据千种装配测量方式，模拟装配体公差的分布及每个尺寸公差的影响。
　　（3）用形象化图形界面显示各零件运动到通常位置，最大位置和最小位置状态并计算公差统计分布，经与设计规格比较分析误差原因，并迅速修改误差或装配过程。

曲面设计（Surfacing Set）

曲面造型（Master Surfacing）——基于NURBS的复杂雕塑曲面设计系统
　　（1）双精度NURBS的多种精确曲面造型方法，并与线框、实体完全集成。
　　（2）复杂曲面造型及全局或局部曲面控制能力。
　　* 通过修改尺寸或几何约束的变量化形状控制。
　　* 变量方程控制的曲面修改。
　　* 切矢控制的曲面修改
　　（3）变量扫掠，支持多轨迹扫描，变半径过渡面及尺寸驱动的自由曲面。
　　（4）基于最小能量原理的形状控制技术，可实现对曲面的高级*作，如推、扭、凹、抽取等。
　　（5）曲面分析工具。分析曲面上任意处曲率、高斯等参线、平均曲率、主曲率、切矢、法矢，检查曲面拼接。
　　（6）与其它软件的曲面数据转换。

　　3D IGES 数据转换器 （3D IGES Data Translator）
　　VDA-FS 数据转换器中 （VDA-FS Data Translator）
　　SET 数据转换器 （SET Data Translator）
　　快速成型机数据转据器 （Rapid Prototyping Data Translator）

产品绘图（Core Drafting）

　　二维绘图（Drafting）——高交的产品绘图系统，支持汉字及图标
　　（1）与I-DEAS的Master Modeler、Master Surface AKG Master Assembly 等模块集成，将3D主模型一切住处转为各种2D工程图，并可往3D模型上添加设计细节。
　　（2）3D与2D的双向信息关联。
　　（3）独立且强大的2D绘图环境。支持变量化2D绘图和2D概念设计。
　　（4）支持多种尺寸与公差标准及双向数据转换。
　　（5）自动生成产品BOM表，并标注装配序号，同时还可生成工程图的管理。

审图与标注（View & Markup）——图纸审查及修改
　　（1）提供审查和标记工程图能力，并能自动更新工程图。
　　（2）标记方式有删除修改、移动、尺寸修改、公差检查、文字注解等。
　　（3）支持Drafting图形、图片或CGM格式文件。
　　（4）支持多人并行工作方式，并与原设计图双向沟通。
机构设计（Mechanism Eesign)
-----模拟机构的复杂运动、并进行动力学分析
1）运动学分析。计算相对位置、速度和加速度。
2）支持各种常规传动副。铰接副、圆柱副、轴向移动副、平面副、球铰副、万向结副、齿轮副、螺旋副和齿轮齿条副。
3）支持各种力或位移的边界初始条件。其中包括共点、共线、共面和相切等。
4）支持弹簧、阻尼等约束条件。
5）系统可进行动力学分析以及在外力作用下的机构动力学响应分析。
6）与ADAMS软件的专用接口。

模具设计（Core & Cavity and Mold Base Design)
------一体化的模具解决方案，根据模具经验生成模具凸凹模，根据标准模架库和部件自动生成全套模架总成
1）根据指定分模方向确定分模线，A Side,B Side，自动生成分模面，同时也可以手动调整局部方向，支持行位和抽蕊等模具行业的专业需求。
2）用标准部件确定模架尺寸，可用预览图形的方法进行定位。
3）生成包含全部模架所需的零件。例如：水道、顶针、固定、压紧机构、行位、抽蕊机构等。
4）自动生成模架的分解图。
5）支持DME、Hasco,Futaba以及Strack标准模架库。
注塑冷却仿真（Mold Flow)
------注塑过程仿真系统，模拟浇注模具过程中塑料流动，可优化零件与模具的设计，以达到质量，成本和时间的最优化平衡
1）注塑填充分析
2）熔合缝的位置
3）注塑冷却分析
4）辅助浇口和冷却回路分析
5）收缩后零件的最终形状
6）材料数据库

产品寿命预测（Durability)
--------预测交变载荷下产品的材料强度和疲劳安全的工具
1）直接利用线性或非线性分析的应力结果
2）交变静态载荷的疲劳分析
3）强度和疲劳安全的优化设计（材料、物性和零件几何尺寸）
4）“what-if"设计方案

高级产品寿命预测（Advanced Durability)
--------预测静态或瞬态载荷下产品的寿命和疲劳破坏
1）静疲劳分析（如发动机的结构/热疲劳）和动疲劳分析（如车身疲劳）
2）载荷可以来自分析或测试
3）疲劳S-N曲线定义
4）多种疲劳算法
5）测试/分析相关性研究
6）数据处理工具

电子系统冷却仿真（ESC）
---------电子系统的三维热/流动分析，I-DEAS集成环境中的电子系统可靠性分析工具，仿真可直接在CAD模型上分析单元件、多芯片组、散热片、PCB、功率模组或完整系统的热/流动行为，含PCB MODELER和ECAD接口，用于优化元器件的位置、预测风扇运行、评估自然对流和强制对流的冷却效果，设置风扇和通风口的位置与尺寸，优化散热片的形状和尺寸等
1）应用有限单元体积控制技术
2）风扇、通风口、多孔隔板、流动障碍、颁阻尼和对称面等流动边界
3）多种对流表面的建模方式
4）温度、单元热、热通量、生成热、对流和辐射等热边界
5）PEXMesh和DxMesh技术自动连接不连续的流体网格
6）热耦合技术在不连接，不匹配或不相似的结构网格之间建立热通路
7）风扇库、散热片建模。可以建立常用组件库
8）求解稳态或瞬态过程。流动和热计算并行进行
9）模拟结果可用3D矢量、粒子路径、轮廓、准则等图形、表格或报告的形式给出

变量化分析（Variational analysis)
--------变量化分析使仿真在设计初期介入设计过程，利用单一模型进行广泛的设计探索，变量化分析在设计可变的全变量范围内自动解算有限元模型，通过一次网格划分和解算，生成设计手册式结果，得到多种可对比的方案
1）分析驱动的设计与产品优化使设计工程师可以对比多种设计方案
2）支持线性静态分析与模态分析，在产品设计的初期保证产品的结构性能
3）设计变量包括几何，材料特性或是单元，使设计工程师可以考察结构尺寸或材料变化对产品性能的影响
4）设计变化灵敏度分析使设计工程师可以考察产品尺寸变化（如制造误差等）如何影响产品性能
5）利用产生的设计曲线族和手册式结果进行最佳方案选择
6）利用结果可视化工具VA Viewer进行设计评估

响应分析（Response Analysis)
------响应分析用来探索结构在静态，瞬态，谐波和随机等激励下的受迫响应，模态可以来自结构分析或测试
1）多种激励的输入，生成和编辑工具
2）激励可以是力（分布力，节点力），受害迫动动（位移，速度和加速度）冲击，旋转力和质量不平衡等。
3）时变的静态激励下的响应分析（线性叠加法）瞬态响应分析，频率响应分析，随机响应分析和响应谱分析
4）计算和报告位移，速度，加速度，反力，单元力，应力和应变响应函数
5）响应数据是整个结构或某些节点的时域或频域表示
6）响应结果包括：位移，速度，加速度，应力，应变，单元力和变形能
7）从I-DEAS UNV文件，MTS时间历程文件，MTS RPCIII文件和DAC文件输入/输出数据
I-DEAS还有最优化分析(OPTIMIZATION),复合材料分析（Laminates）,以及可与SYSNOISE匹敌的音响分析模块（Vibro-Acoustics），但其模具设计则是用的Moldflow


4、FEPG简介
一、FEPG结构简介

1、前处理自动生成系统
本系统采用广大工程师乐于接受的带关键字的表格数据输入方式，但表格的个数、名字、形式、列变量（即字段）数和名字，以及表格数据的类型、显示格式和存文件方式等，均可按用户规定，没有任何限制。在数据文件中允许用户引入变量，允许用户采用任何FORTRAN函数表达式及子程序输入数据，允许用户在任何地方插入FORTRAN源程序。可对各种复杂的复连通域自动产生有限元网格，可自动并接任意多个子区域的数据。
本系统提供了大量的宏命令帮助用户快速，方便地进行网格剖分。宏命令方式基本上等价于子程序方式，宏命令方式可以带缺省参数， 因此在调用时，宏命令方式比子程序方式更灵活更方便。

2、单元子程序自动生成系统
自动产生计算单元刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵和单元荷载向量的单元子程序。本系统允许有任意多个未知函数、任意多个广义位移、任意阶插值多项式、任意维数空间、任意阶（不超过四阶）偏微分方程组（包括非对称）。用户只需输入变分 （虚功）表达式，坐标变换表达式即可得到单元子程序。全部名字（如：未知函数、广义位移、坐标变量等）皆可按用户习惯自行规定。除此之外，本系统还提供了常用的公式库，用户可直接调用这些公式。对库中没有的公式还可利用本系统提供的公式生成程序自动产生。

3、算法程序自动生成系统
按照用户给出的对应于线性化和时间离散化后的代数方程组的矩阵表达式及右端项表达式自动产生算法主程序；按照后处理表达式自动产生算法后处理计算程序，为计算非稳态和非线性耦合问题提供了强有力的工具。

4、各种求解器
本系统提供多种求解线性代数方程组程序。包括只用内存的对称和非对称变带宽求解器，用外存的对称和非对称变带宽求解器，高斯-塞德尔求解器，松驰迭代法求解器，共轭梯度法求解器，不完全LU分解预条件子共轭梯度法求解器等。

5、WINDOWS风格的用户界面
用户界面是有限元程序自动生成系统的一个独立部分，它可以调用和运行有限元程序自动生成系统的全部功能，具有切换工作路径，建立和编辑文本文件，浏览各子系统的使用说明和文件原型，运行常用命令，创建应用向导，复制界面提供的文件及算例，运行有限元自动生成系统的后处理等功能。 用户界面采用中文 WINDOWS 95/98/20/NT 应用软件的统一界面，可同时打开多文挡窗口。常用命令均可通过Windows 风格的菜单运行。

6、由公式库生成有限元程序
在Windows风格的用户界面上，利用向导AppWizard的功能，用户只需依次选择学科，坐标系，具体问题，问题类型，单元，求解器，算例数据，然后点击“RUN按钮”，即可自动生成自己所需的有限元程序。

7、有限元图形交互系统
本图形交互系统在WINDOWS风格的图形界面下提供有限元网格及其计算结果的图形显示功能，可以显示有限元网格图、单元材料分布图、节点号、单元号、有限元计算结果（如应力场、温度场、位移场、应变场、主应力和折算应力等）的等值线、着色图、失量图、网格变形图等，可以进行三维视图的旋转、放缩、消隐、切片以及显示部分单元的功能。

8、有限元程序管理器（WorkSpace）
在 Windows 风格的用户界面的文件菜单下，打开WorkSpace ，将看到整个利用向导AppWizard自动生成的有限元程序的结构，它由以下几个部分组成：
菜单文件夹，算法文件夹，前处理文件夹 ，基本不变元件程序文件夹，批处理文件夹，绘图文件夹。若用户需要对文件夹的文件进行编辑，编译或运行，只需在相应的文件上点击鼠标右键，界面上将马上弹出一个可供用户选择使用的命令菜单。利用 WorkSpace 的功能，用户不需要了解FEPG系统的任何命令，却依然能够轻松自如地使用系统。

9、在线生成有限元程序系统（FEPG网络版）
本版的特点是把FEPG（有限元程序自动生成系统）安装在服务器上，用户通过Internet网或局域网使用这一系统。用户无须在每一台PC机上安装这一系统。这一系统的工作原理是：客户端用户通过PC机上的界面程序描述有限元问题并传送给服务器，由服务器相应的生成FORTRAN源程序，送回客户端，PC机并自动编译和运行。由于由服务器生成源代码量不大，一般不超过100K字节，因此服务器的运行时间及送回客户端所需的时间很短，一般在数秒钟内即可完成。用户使用FEPG网络版，与使用安装在自己的PC机上的单机版，感觉上是完全一样的。

二、 FEPG分析功能简介

⒈ 静力分析
静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段, 主要用来求解结构在与时间无关 或时间作用效果可忽略的静力载荷(如集中/分布静力、温度载荷、 强制位移、惯性力等)作用下的响应, 并得出所需的节点位移、节点力、约束(反)力、单元内力、单元应力和应变能等。FEPG支持全范围的材料模式,包括: 均质各项同性材料,正交各项异性材料, 各项异性材料,随温度变化的材料。在静力分析中除线性外, FEPG还可处理一系列具有非线性属性的静力问题, 主要分为几何非线性, 材料非线性及考虑接触状态的非线性，如塑性、蠕变、大变形、大应变和接触问题等。

2、热传导分析
热传导分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性, 利用FEPG可以计算出结构内的热分布状况,并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。用户可通过改变发热元件的位置、提高散热手段、或绝热处理或用其它方法优化产品的热性能。
FEPG提供广泛的温度相关的热传导分析支持能力。 基于一维、二维、三维热分析单元, FEPG可以解决包括传导、对流、辐射、相变、热控系统在内所有的热传导现象。
FEPG提供了适于稳态或瞬态热传导分析的线性、非线性算法。
⑴． 线性/非线性稳态热传导分析
基于稳态的线性热传导分析一般用来求解在给定热载和边界条件下, 结构中的温度分布,计算结果包括节点的温度和单元的温度梯度, 约束的热载，由节点的温度可进一步用于计算结构的响应; 稳态非线性热传导分析则在包括了稳态线性热传导的全部功能的基础上, 额外考虑非线性辐射与温度有关的热传导系数及对流问题等。
⑵． 线性/非线性瞬态热传导分析
线性/非线性瞬态热传导分析用于求解时变载荷和边界条件作用下的瞬态温度响应, 可以考虑薄膜热传导、非稳态对流传热及放射率、吸收率随温度变化的非线性辐射。

3、电磁场分析
电磁场决定电工设备和电磁物理装置的工作状态和性能，它的分析和计算是这些设备装置设计和优化的重要基础。由于有限元法的通用性和对特殊问题的适应性，最为广泛地被电磁场计算工作者所应用。但由于有限元计算程序的复杂性，使这种方法的普遍应用受到了严重阻碍。例如：
1、任何一个功能完善的有限元软件起码需花好几个人年的劳动才能完成。
2、商品软件在实际推广应用中还存在许多难以解决的问题：
① 通用性强的软件价格昂贵，并难以理解和掌握，需填写的数据也很多。而专用软件所能解决的问题又非常有限；
② 用户不能修改这些软件或加入程序以满足其特殊需要；
③ 这些软件没有统一文本，用户填写的数据对不同软件无通用性。
利用FEPG自动生成技术，用户只需输入有限元法所需的各种表达式和公式，即可自动产生所需的全部有限元程序。其优点是：
1、免除了大量的烦琐的编程工作；
2、并保证了程序的正确性和统一性。
因此，采用FEPG生成电磁场有限元计算程序，将能大大促进有限元法在该领域中的应用。本系统目前提供静电场、磁场、瞬态电磁场、时谐电磁场计算等。
如在基于TOSCA的大型变压器三维混合磁结构，屏蔽及热点模拟技术研究方面，fepg主要可以作以下工作：
① 大型变压器典型结构的三维有限元网格自动剖分。其剖分场域包括变压器三相铁芯，高低压绕组，外壳及屏蔽。FEPG可采用Delaunay方法和波前法，用三维四面体网格剖分计算场域，并可根据需要对其中任意部分自动加密。由于将以上两种方法进行巧妙结合，使网格生成迅速和高质量。
② 大型变压器典型结构的三维静磁场计算。利用矢量磁位计算了在铁芯部分，绕组部分以及油箱中的磁势分布和磁通密度分布。
③ 国际Workshop第二十一基准问题的涡流和损耗计算。FEPG采用组合网格法和复数矢量位计算了场域中的磁场分布，钢板中的涡流和损耗。在计算时采用粗、细两套网格，在最感兴趣的涡流区，在粗网格的基础上，采用细网格进一步计算，使该区域的计算精度大幅度提高。


4、强度分析
强度分析通常用来校验机械结构在应力边界条件或位移下的产品特性, 利用FEPG可以计算出机械结构内的应力分布状况,并直观地看到机械结构内应力、位移、应变分布。计算各点主应力、第三、第四强度强度理论、莫尔强度理论的折算应力结果。用户可以自定义输出应力，为工程设计提供所需的参考值。FEPG可以提供疲劳强度分析。FEPG提供广泛的机械结构相关的强度分析支持能力。材料模式用户可灵活定义；对非线性问题提供步长自动控制的迭代算法；支持几何非线性、物理非线性和接触非线性问题的求解。

5、耦合场分析
FEPG在解决耦合场分析方面具有突出的优势，是现有有限元软件不可比拟的。FEPG可以快速准确地建立耦合问题的计算方法和计算程序；包括各物理场的耦合、场方程参量的耦合。耦合问题求解的计算方法是关键，FEPG可以根据方程的特点构造相应的计算方法，如处理对流占优问题的算法，处理不连续体接触的算法等。FEPG在流固耦合、热固耦合、电固耦合等方面均有成功应用。




结构计算、辅助设计类软件简介（II）  

5、MSC.PATRAN简介
-- 集成的并行框架式有限元前后处理及分析仿真系统

MSC.PATRAN最早由美国宇航局(NASA)倡导开发的, 是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理及分析系统， 其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化身和交互图形界面集于一身，构成一个完整CAE集成环境。

集成化的工程分析系统

MSC.PATRAN可以帮助产品开发商实现从设计到制造全过程的产品性能仿真, 主要特点包括:

实用性

MSC.PATRAN的用户界面既容易使用又方便记忆。 这就意味着当有经验的使用者正专著于他们的问题而不是如何使用软件时, 那些新用户也可以很快成为熟练的使用者。

CAD模型的直接访问和几何建模

众多的公司为了节约宝贵的时间,减少重复建模,消除由此带来的不必要的错误, 而大量采用直接几何访问技术(DGA)直接从一些世界先导的CAD/CAM系统中抓取几何模型,甚至参数和特征。 此外, MSC.PATRAN还提供了完善的独立几何建模和编辑工具, 以使用户更灵活的完成模型准备。

★ 智能化模型处理

MSC.PATRAN允许用户直接在几何模型上设定载荷、边界条件、材料和单元特性, 并将这些信息自动地转换成相关的有限元信息, 以最大限度地减少设计过程的时间消耗。 所有的分析结果均可以可视化。

★ 自动有限元建模

MSC.PATRAN的新产品中不断增加了很多更灵活更方便的智能化工具, 同时提供了自动网格及工业界最先进的映射网格划分功能, 使用户快速完成他们想做的工作。

★ 完全的分析集成

将世界先导的不同类型的分析软件和技术集成MSC.PATRAN一个公共的环境中共用一个模型, 为用户提供了其他任何软件所无可比拟的灵活性, 使用户能够在最短的时间内根据多种类型的仿真结果对产品的整体设计给出正确的判断, 提出相应的改进建议。

★ 高级文档帮助

MSC.PATRAN提供了交互式的全文本在线帮助系统, 可使用户随时得到相关的电子文档帮助。另外相关命令过程的自动文件记录可方便地编辑修改并用于模型的参数化研究 ★ 数据库不同平台相互兼容 MSC.PATRAN的一致数据库可使用户实现不同工作平台间的数据相互传递和资源共享, 如MSC.PATRAN可在当前流行的各种工作站及PC机组成的任意网络上浮动使用。

★ 用户化技术

用户可将MSC.PATRAN作为自己的前后处理器, 并利用其强大的PCL语言和编程函数库把自行开发的应用程序和功能及针对特殊要求开发的内容直接嵌入MSC.PATRAN的框架系统, 或单独使用或与其它系统联合使用, 提高市场竞争能力。

★ 结果可视化处理

MSC.PATRAN丰富的结果后处理功能可使用户直观的显示所有的分析结果, 在产品投放市场前对产品性能进行认定, 并可通过图表文件等方式进行文档整理。

★ *作运行性能优良

MSC.PATRAN在运行过程中，对用户的*作响应极快，尤其对大模型的网格剖分、图形优化、数据库优化、内存管理及屏幕刷新等，都能快速给出*作结果，这样将大大加快分析速度。


开放式几何访问及模型构造

图形用户界面

MSC.PATRAN采用符合Open Software Foundation (OSF) Motif 标准全新的图形用户界面, 直观的鼠标驱动菜单和表格系统可用于输入命令。 友好的用户界面条理清晰, 最多不超过三级的菜单按"事件"激发, 使用户可随意接通任何分析任务。 丰富的电子表格工具,如弹出或下拉式菜单与表格、滑动条、图形图标、按钮。 "单击和拖动"和多功能屏幕拾取选择等, 可用于输入和管理数据。各类表格均使用普通的工程术语, 而不是特定代码命令语法和缩写,当需要时辅助表格或自动弹出或自动消失,整个界面系统始终给人一种直观的感觉。

MSC.PATRAN 基于Motif的图形菜单和电子表格系统不但易学易用, 而且可通过随机的在线帮助系统在工程师手边提供了整个MSC.PATRAN用户手册并允许快速定位所需信息

随着微机工作站性能的飞速提高，MSC公司在现有Windows NT平台的PATRAN基础上，于1999年年底推出全新的专为Windows NT工作站平台*作系统开发的新版MSC.PATRAN。该版本的用户界面完全采用典型的NT界面风格，并保留用户所熟悉的原有MSC。 PATRAN的特点。

为便于工程师使用, MSC.PATRAN的整个用户手册系统全部处于"等待激活状态",并可在分析任务需要帮助的任意时刻被激活提供读取信息。 具体帮助方法分为主题相关和内容相关两种。

在主题帮助中, 用户可简单选取"Help", 并从"内容表"上选择期望的主题信息。一旦选定内容, 文档中相应信息就会出现在屏幕上供用户读取。 内容相关帮助系统提供了与用户感兴趣的主题相关的所有主题信息。

通过该方法用户可在MSC。PATRAN的任何菜单或表格中直接选择并获得帮助。 相应的用户手册内容包含了特定表格及应用程序使用所需的必要信息。

CAD几何模型的直接访问

MSC.PATRAN自诞生之日起就作为世界一流的分析前后处理器, 至今已风靡了二十多年，其本身不但可以作为一个完整的应用系统独立运行, 进行各种复杂模型的实体建模, 配合满足不同需求的可选应用模块完成各种工程分析。

并行CAE工程的设计思想使MSC.PATRAN从另一个角度上打破了传统有限元分析的前后处理模式, 其独有的几何模型直接访问技术(Direct Geometry Access, 简称DGA)为基础的CAD/CAM软件系统间的几何模型沟通, 及各类分析模型无缝连接提供了完美的集成环境。 使用DGA技术,应用工程师可直接在MSC.PATRAN框架内访问现有CAD/CAM系统数据库,读取、转换、修改和*作正在设计的几何模型而无需复制。 MSC.PATRAN支持的不同的几何传输标准, 包括: Parasolid, ACIS, STEP, IGES等格式。

有限元分析模型可从 CAD 几何模型上快速地直接生成, 用精确表现真实产品设计取代以往的近似描述,进而省去了在分析软件系统中重新构造几何模型的传统过程, MSC.PATRAN所生成的分析模型 (包含直接分配到CAD几何上的载荷、 边界条件、 材料和单元特性)将驻留PATRAN的数据库中, 而CAD几模型将继续保存在原有的CAD/CAM系统中, 当相关的设计模型存储在MSC.PATRAN中并生成有限元网格时, 原有的设计模型将被"标记"。 设计与分析之间的相关性可使用户在MSC.PATRAN中迅速获知几何模型的任何改变, 并能重新观察新的几何模型确保分析的精度。

MSC公司是通过在世界范围内与先导的CAD/CAM软件供应商建立紧密而重要的合作关系来实现"并行工程"和DGA技术。保证用户在同步的工程环境下从一个或多个CAD系统中获取CAD信息。这些先导的CAD/CAM软件包括：

CADDS
5 CoCreate
CATIA
AutoDesk MDT
EUCLID 3
Bravo
Pro/ENGINER
CADKEY
Unigraphics
IronCad
SolidWorks
MSC/ARIES
SolidEdge
TurboCAD
SolidDesigner
Vellu
对于任意其它CAD均可依据其所遵循的标准进行访问。以上读入的CAD信息包括: 几何点、 曲线、 曲面和实体、 Unigraphics的特征。 其中, 对于Unigraphics的特征不但可以读入PATRAN,而且可以在PATRAN中根据分析的要求进行更改, 随后特征仍可返回UG供CAD设计修改使用。

MSC.PATRAN EXPRESS 中间文件可用于在不同平台之间传递几何模型, 读入MSC。ARIES的几何模型。 IGES文件主要用于任意CAD的几何数据的输入和输出, 其中当然也包括有限元和相关坐标系信息。

几何造型功能

MSC.PATRAN提供了一系列的几何造型和编辑功能。 不但可以编辑读入的CAD几何划分有限元网格，而且可以独立创建各种复杂的几何模型。 统一的菜单形式提供了以下主要建模功能：

支持多种几何要素包括:

点
曲线
曲面
实体
Trimmed
裁剪曲面

三参数实体
B-rep实体
多种生成选项包括:

平移或拷贝、转动、比例缩放、镜象
滑动拉伸、法向拉伸
抽取点、线、面
导角
直接定义XYZ坐标
任意方向拉伸、旋转生成
复杂要素分解为简单要素
要素相交产生新的要素
重叠在指定的面上产生线、面
投影点、线、面
由有限元网格生成曲面
通过组的变换生成几何项
几何项序号的重新排序
此外还包含了曲线、曲面合并功能; 任意的局部坐标系设定选项（笛卡儿、圆柱和球坐标）、 重心、形心、转动惯量等几何模型的质量和几何特性计算。

分析集成

作为世界一流的前后处理器, MSC.PATRAN已经风靡了二十多年, 按"事件分类"的分析解算器选择功能, 使MSC.PATRAN的分析集成系统达到一崭新的水平。分析选择可根据不同分析软件(包MSC.PATRAN提供的商品化应用分析模块) 设置不同的工作环境, 可满足用户对使用效益和集成的需求。而无需再象以前那样当一个模型要进行不同的分析时必须针对不同的分析软件的特点重复建模。

MSC.PATRAN界面内可直接选择的求解器包括：

MSC.NASTRAN MSC.SUPERFORGE MSC.FATIGUE
MSC.DYTRAN MSC.MVISION Star-CD
MSC.DROPTEST CFX Fluent
MSC.MARC ABAQUS ANSYS
MSC.Filghtloads and Dynamics LS-DYNA3D PamCRASH
SAMCEF SINDA

另外，MSC.PATRAN还可以选择自身的求解器和分析功能，包括:
通用结构分析PATRAN-FEA
非线性结构分析PATRAN-AFEA
专业热分析包PATRAN-THERMAL
专业疲劳分析包PATRAN-FATIGUE(详见MSC.FATIGUE)
高级分析管理器PATRAN-Analysis Manager
高级层板复合材料建模器PATRAN-LAMINATE MODELER
中性文件选择使MSC.PATRAN 方便地与任何第三方分析器可通过此格式与PATRAN集成在一任意的分析求解器, 一方面用户可通过中性文件选择与其它第三方分析求解器进行连接, 另一方面可通过MSC.PATRAN强大的PCL功能直接将用户自编的软件嵌入PATRAN的框架系统。 一旦工程师在MSC.PATRAN中设定了分析选择, 其工作环境会自动地定义到与所选分析软件相应匹配的状态, 提示工程师每一步分析所有必需的数据,如MSC.NASTRAN工程师可不必离开MSC.PATRAN即可进行各种分析计算,此时MSC.PATRAN为使用MSC.NASTRAN提供了大量特定的菜单和表格供输入数据输入使用,包括单元、材料类型和特性、 载荷、 边界条件与求解类型及参数。 当用户拥有不同的分析软件时, 用户只需在MSC.PATRAN中建立一个模型即可通过分析选择不同的分析软件进行计算校核, 而不必象以往那样针对不同的分析软件构造不同的分析模型。如当工程师选用MSC.NASTRAN的分析模型进行结构分析时,可切换分析选择器到MARC使用同一模型进行非线性热分析。制造商通常使用多种不同的分析代码, MSC.PATRAN的"分析选择"提供了唯一、有效地同时使用这些软件的方法。
有限元建模

MSC.PATRAN提供了功能全面, 方便灵活的可满足各种分析精度要求的复杂有限元的建模能力。 其综合全面、先进的网格划分技术,为用户根据不同的几何模型提供了多种不同的生成和定义有限元模型工具, 包括:多种网格划分器。 有限元模型的编辑处理、单元设定、任意梁截面建模、边界和载荷定义、及交互式计算结果后处理。

多种网格生成器:

在一项工程分析中, 人们经常要花费很多时间划分有限元网格。 MSC.PATRAN提供了世界领先的针对不同分析目的的多种网格处理器, 帮助设计人员快速生成分析用的有限元网格。

快速曲面网格划分器：

任意2D曲面网格生成和缝合
用户定义局部或全局单元尺寸
网格自动光顺以确保网格质量
网格密度控制包括曲率检查
无曲面的面网格
先进的算法保证在边界和特殊区域的网格形状最佳
p-单元算法产生较少的单元以用于p-单元的方法分析
自动实体单元网格划分器：

四面体网格
任意几何体3D网格划分
强大的网格密度控制功能，包括曲率控制和基于邻近面的网格划分（Proximity-based Meshing）
先进的算法保证在边界及重要区域网格有最佳形状
先进的算法保证在边界和特殊区域的网格形状最佳
四面体网格诊断信息详尽，能准确定位几何缺陷
可靠的映射网格划分器：

通用1D、2D、3D有限元网格划分
单一命令多种网格划分选项：
均匀、非均匀（包括单方向、双方向、及基于曲率的网格划分） 控制
网格过渡控制
网格种子控制
用户控制的网格光顺处理
两条线之间产生面单元
扫略网格生成器：

1D、2D和3D 单元可从低一阶次的单元扫略形成，扫略方法有很多种，包括：

圆弧方向
柱面径向
拉伸
球面径向
滑动
滑动-导轨 ¨ 法向
球面周向矢量域(field)
在拓扑相近的四边形网格之间蒙出实体单元，强大的单元库包括线性、二阶、及三阶单元：

单元形状 节点数
杆 2 3 4
三角形 3 4 6 7 9 13
四边形 l 4 5 8 9 12 16
四面体 4 5 10 11 14 15 16 40
楔形单元 6 7 15 16 20 21 24 52
六面体 8 9 20 21 26 27 32 64


特殊单元类型包括：

质量单元
弹簧元
阻尼单元
弹性支撑
自由度集
多点约束(MPC)
有限元模型的编辑处理

除优异的网格划分技术外, MSC.PATRAN还拥有一些独特的网格处理功能,将进一步大大方便用户的使用, 如网格的优化处理、单元验证试验、节点和单元编辑等。 具体包括:

自动硬点生成
自动产生高阶单元的边中、面中、或中心节点
单元平移、转动、镜象和比例缩放以及复制和管理单元
节点和单元的修改编辑
单元细化
一个几何体多种不同网格划分并存在于同一个数据库库
节点号、单元号、及其偏置用户可完全控制
方便的选项可用来产生位置重合的节点用于生成零长度单元, 如间隙单元和滑移线单元。 重合节点自动消除功能选项包括：

根据拓扑或几何关系
用于检查重合的节点可根据组定义、个别选择或整个模型
检查单元不连续和特殊单元
预览将删除的重合节点
选择节点不进行重合检查
有限单元检查确保所有分析模型的完整性:

壳单元的细长比、翘曲、扭曲、阶梯性及法向的一致性检查
高阶壳单元的法向和切向便置检查
实体单元的细长比、内角、扭曲、表面扭曲、表面阶梯性、表面翘曲、四面体间隙、单元连接、及重合检查
雅可比测试
单元特性、材料、及边界条件的图形显示
单元自由边和自由面的图形显示
对带宽和波前进行优化

压缩和/或重排节点和单元序号
Cuthill-McKee和 Gibbs-Poole-Stockmeyer 优化算法
有限元网格可以随时与几何点、线、面或体相关联，这对生成网格时未做几何关联或网格从外部读入的情况非常有用。 另外还可通过组的变换生成网格, 或利用别的单元的表面或边生成新的单元。

节点可投影到平面、曲面、曲线或指定的空间位置; 单元网格可进行打开和闭合控制。

在 MSC.PATRAN中函数赋值既可以用于施加载荷和边界条件,又可用于材料和单元特性的定义。

任意梁截面定义

梁作为工程领域最为常用的一种结构形式, 在结构分析中也因此占据了十分重要的地位。 如何高效地处理梁的或板梁实体组合的有限元模型是所有结构分析工具必须面临的问题。 人们以往由于工具的限制都是将三维简化成一维来处理, 经常会造成空间梁的摆放位置和方向错误, 使得计算失去意义。

在MSC.PATRAN中设计人员可十分方便的处理各种梁或梁的有限元组合模型。 对于通行的标准梁截面如I型, L型等PATRAN内嵌的梁单元库中均以参数的方式提供给用户, 并通过三维摆放保证分析模型的正确性。

更为重要的是除常规梁单元库外, MSC.PATRAN还特别提供了任意梁截面计算和模型处理方法。使得设计工程师能够随心所欲地选择各种形状的梁截面设计出他们认为更合理的结构产品, 而不是苦于如何简化梁模型。

分析条件定义

当网格划分完成之后,紧接着就需要在分析模型上定义相应的单元特性、 材料特性、载荷及边界条件。MSC.PATRAN全面的分析模型定义功能可将各种分析信息(单元、材料、载荷、边界条件等)直接加到有限元网格或任何CAD几何类型上。 如果分析信息定义到CAD几何模型上, 单元和材料特性、载荷和边界条件将与几何保持相关性, 并且当网格改变或修改时无需重新定义。

载荷边界条件

结构分析所施加的载荷和边界条件可直接作用于几何或有限元模型上, 具体包括：

连续，集中于一点
沿一条边
在一个平面、柱面或球面内
通过一个曲面
通过一个实体
分析所要求的输入表格形式丰富的载荷和约束选项，包括：

力和力矩
压力和面分布力
强迫位移或约束
温度
点、面或体积热源
对流
热通量
此外,其它功能还包括: 多个点或单元与其它点或单元相联系的表格可由用户输入区域; 数学函数表达的域可用于施加变化载荷; 不同的有限元网格之间计算结果插值, 如热-结构, 多个载荷和边界条件作用时产生多工况。

材料

完整的材料信息模型可方便地建立或定义,包括：

各向同性
正交异性
各向异性
复合材料
热各向同性
热正交异性和热各向异性
密度和材料主方向随空间位置变化可直接加在几何或有限元模型上。 合成复合材料特性包括:

对称和反对称层状复合材料
Halpin-Tsai准则
短纤维复合材料
相关材料性质还包括应力、应变、应变率、温度、或频率相关; 每个特性定义可有多达96个特性输入位置; 所有数据均可用彩色图显示出来以检查; 每个特性值均自动根据分析器被指定一个名字。

MSC公司独有的MSC.MVISION材料数据库信息系统可完全集成到MSC.PATRAN中, 并通过MSC.PATRAN MATERIALS SELECTOR材料选择器将来自材料数据库的材料信息直接嵌入有限元或 CAD几何模型, 如非金属材料、复合材料、塑料、陶瓷、各类金属及合金材料的性能及制造特性信息等。目前MSC公开发售的MSC.MVISION材料数据库信息系统包括来自全球各地各大材料制造商(公司)、材料研究机构、 国防及军事研制部门、 航空航天材料试验中心等等数万种材料信息(含各类的材料性能数据、 试验环境数据、 表格、 成分、 图象、 供应厂商、材料牌号等)。对于更为复杂的材料图形生成或定义诸如时间相关载荷和温度相关材料特性还可通过 MSC.PATRAN的PCL宏命令语言完成, 既可直接显示在P3/PATRAN模型上, 亦可用电子表格或坐标图表示。

结果交互式可视化后处理

MSC.PATRAN提供了多种计算分析结果可视化工具,帮助工程师灵活、快速地理解结构在载荷作用下复杂的行为, 如结构受力、 变形、温度场、 疲劳寿命、 流体流动等。 分析的结果同时可与其它有限元程序联合使用。 其主要功能包括:

多种结果彩图显示类型：

等值图
彩色云图
连续色彩云带
混合云带
单元填充显示
矢量
张量显示
值显示
变形形状
等值面
流线
流面
记号显示
x-y曲线
阀值
无限制的颜色谱值对照表
输出的结果颜色范围可按以下方法定义：

半自动
手工
显示出最小、最大、或同时显示出最小和最大值
组合结果值选项包括：

在单元中心或节点显示
节点结果仅在可见的表面显示
仅显示用户选定的节点和单元的结果
屏幕显示的标题选项包括：

自动或手工屏幕定位
大小和颜色可调
显示开关
与硬件相关的实体消隐及连续云图瞬态动画
输出图形格式包括：

BMP
JPEG
MPEG 动画文件
PNG
TIFF
VRML
结果显示可以变形后的几何叠加在未变形的几何上同时显示出：

线框或隐藏线方式
变形动画
可调的显示放大因子
结果显示可按等值线或云图方式叠加在变形或未变形的消隐几何上任何与时间或载荷步有关的结果都可以做线框、隐藏线和消隐实体方式的动画显示，包括：

模态
变形
等值线
云图
连续云图
单元填充结果动画
多种张量和矢量显示方式：

节点和/或单元结果的幅值、方位和方向显示
叠加在变形或未变形的几何上
可选择标号显示
可用色图或单色图显示张量
可加一比例因子
可在总体坐标、单元坐标、外部单元文件和其它坐标系里显示
沿梁单元的结果分布可用x-y曲线方式显示：

可同时显示多达三个结果曲线
测量计算导出结果（剪力、力矩）时第一个单元和最后一个单元的距离
结果可在梁单元的任何一点导出和显示
曲线可以是由一个结果对另一个结果或总体变量沿任一路径产生
图象功能帮助结果图绘制：

任意选取的节点或单元结果现示
标出最小和/或最大值
显示所有结果
切面显示
不同色谱显示
任意多个视窗显示
强大的标号显示控制
对所有显示内容生成硬拷贝图象
X-Y 曲线支持键盘和外部文件多种输入方法, 且输入格式十分灵活, 包括：

X-Y 数据成对输入
仅输入Y数据而X数据按给定的增量自动增加
同时可有多个曲线窗：

曲线窗可相互覆盖
曲线窗大小可调
每个曲线窗可有无数条曲线：

数据可按分散点、折线、小方块 或样条线的形式显示
曲线的颜色、风格（实线、点线或虚线）及宽度可调
15种曲线标识符号
曲线坐标轴的定义：

颜色、风格（实线或虚线）、宽度和长度可调
图注：

颜色、尺寸、边线、背景色、及显示内容的多少可任选
标题：

整个屏幕、每个曲线窗、每个坐标轴、每条曲线及每个图注均可给定标题
标题字体和颜色可调
X 和Y轴比例可调：

线性或对数坐标
可自动、手工或给定一个范围来产生
按压力容器ASME规范的数据后处理

为了适应压力容器行业对于规范设计的要求, MSC.PATRAN的后处理中专门提供了符合相应规范要求(包括中国压力容器规范)的分析结果处理器。 可进行规范要求的应力线性化分类及疲劳寿命计算等多种数据结果后处理, 大大简化了设计人员的工作量。

由于MSC公司的ASME规范是通过PCL作用在MSC.PATRAN框架系统的顶层, 因此可用于包括MSC公司自身产品在内的PATRAN所支持的任何结构分析及用户自编工具。

高级用户化工具-- PATRAN-PCL命令语言

MSC.PATRAN 命令语言 (PCL) 是 MSC.PATRAN一个高级、模块化结构的编程语言和用户自定义工具, 类似于C语言和FORTRAN语言,可用于生成应用程序或特定的用户界面。 显示自定义图形、 读写PATRAN数据库、建立新的或增强功能, 同时通过PCL,其它商品化或自编分析程序可被集成到MSC.PATRAN软件系统中。 几乎所有的分析仿真软件均利用被业界公认为标准的PCL工具, 建立了与PATRAN的直接集成关系, 甚至通过OEM将PATRAN作为其分析系统的前后处理器。

PCL 的主要功能列表包括:

命令行表达式输入
可编译的命令库函数
丰富的表格及菜单库供开发用户图形界面
递归的子程序和函数调用
同类函数归于一个类
条件分枝语句
IF, THEN, ELSE
SWITCH, CASE, DEFAULT
BREAK, CONTINUE
条件循环语句
REPEAT, UNTIL
WHILE, END WHILE
FOR, TO, BY, END FOR
LIST, END LIST
用户可定义的表格生成功能使用户的PCL函数可通过菜单选项来执行
数据库的访问存取工具
整型、实型、逻辑型、字符串变量及常数
局部、全局、静态变量及类变量
任意变量类型的数组
虚拟内存数组及数组内存管理功能
跟踪调试工具
数组排序和搜索
字符串函数包括大小写转换和缩写检查
二进制及文本文件读写功能
多种数学函数程序
丰富的图形函数：
绘点、线、虚圆或实圆、虚方块或实方块、虚多边形或实多边形
在任意位置显示文本
改变图形寄存器
模型管理程序：
比例缩放
转动
旋转
平移
系统实用工具
系统配置要求

MSC.PATRAN目前支持绝大多数计算机平台、*作系统和图形显示卡, 可高效运行在主机, 服务器, 工作站和PC- NT环境下或由相关机器所组成的网络上。 MSC.PATRAN 所需的系统资源与许多因素有关如整个模型的大小及复杂程度等, 具体请与当地销售和支持机构联系。 目前支持的平台及*作系统包括：

Compaq Tru64 UNIX 4.0E或以上
HP9000 HP-UX 10.2或以上
IBM RS/6000 AIX 4.3.2或以上
Silicon Graphics IRIX6.5或以上
Sun SPARC Solaris 2.7或以上
Intel PC Windows NT 4。0或以上


6、MSC.MARC简介
MSC.MARC是功能齐全的高级非线性有限元软件，具有极强的结构分析能力。可以处理各种线性和非线性结构分析包括：线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等。为满足工业界和学术界的各种需求，提供了层次丰富、适应性强、能够在多种硬件平台上运行的系列产品。MSC.Marc包括如下模块：

MSC.Marc/MENTAT

MSC.Marc 是高级非线性有限元分析模块，MENTAT是MARC的前后处理图形对话界面。两者严密整合的MSC.Marc/MENTAT成为解决复杂工程问题，完成学术研究的高级通用有限元软件。
MENTAT 是新一代非线性有限元分析的前后处理图形交互界面，与MARC求解器无缝连接。它具有以ACIS为内核的一流实体造型功能；全自动二维三角形和四边形、三维四面体和六面体网格自动划分建模能力；直观灵活的多种材料模型定义和边界条件的定义功能；分析过程控制定义和递交分析、自动检查分析模型完整性的功能；实时监控分析功能；方便的可视化处理计算结果能力；先进的光照、渲染、动画和电影制作等图形功能。并可直接访问常用的CAD/CAE系统，如：ACIS、AutoCAD、IGES、MSC.NASTRAN、MSC.PATRAN、 Unigraphic、Catia、Solid work、Solid Edge、IDEAS、VDAFS、Pro/ENGTNEER、ABAQUS、ANSYS、PSTEP等等。

MSC.Marc

MSC.Marc是功能齐全的高级非线性有限元软件的求解器，体现了30年来有限元分析的理论方法和软件实践的完美结合。它具有极强的结构分析能力。可以处理各种线性和非线性结构分析包括：线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等。它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，几乎每种单元都具有处理大变形几何非线性,材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能力。MARC的结构分析材料库提供了模拟金属、非金属、聚合物、岩土、复合材料等多种线性和非线复杂材料行为的材料模型。分析采用具有高数值稳定性、高精度和快速收敛的高度非线性问题求解技术。为了进一步提高计算精度和分析效率，MARC软件提供了多种功能强大的加载步长自适应控制技术，自动确定分析曲屈、蠕变、热弹塑性和动力响应的加载步长。MARC卓越的网格自适应技术，以多种误差准则自动调节网格疏密，不仅可提高大型线性结构分析精度，而且能对局部非线性应变集中、移动边界或接触分析提供优化的网格密度，既保证计算精度，同时也使非线性分析的计算效率大大提高。此外，MARC支持全自动二维网格和三维网格重划，用以纠正过渡变形后产生的网格畸变，确保大变形分析的继续进行。
对非结构的场问题如包含对流、辐射、相变潜热等复杂边界条件的非线性传热问题的温度场，以及流场、电场、磁场，也提供了相应的分析求解能力；并具有模拟流－热－固、土壤渗流、声－结构、耦合电－磁、电－热、电－热－结构以及热－结构等多种耦合场的分析能力。
为了满足高级用户的特殊需要和进行二次开发，MSC.Marc提供了方便的开放式用户环境。这些用户子程序入口几乎覆盖了MARC有限元分析的所有环节，从几何建模、网格划分、边界定义、材料选择到分析求解、结果输出、用户都能够访问并修改程序的缺省设置。在MSC.Marc软件的原有功能的框架下，用户能够极大地扩展MARC有限元软件的分析能力。

MSC.Marc Parallel

MSC.Marc/MENTAT除了支持单CPU分析外，还具有在NT或UNIX平台上的多CPU或多网络节点环境下实现大规模并行处理的功能。MARC基于区域分解法的并行有限元算法，能够最大限度实现有限元分析过程中的并行化，并行效率可达准线性甚至线性或超线性。MARC并行处理的超强计算能力为虚拟产品运行过程和加工过程提供更快、更细、更准的仿真结果。　

MSC.Marc/HEXMESH

MSC公司新近推出的六面体网格自动划分模块MSC.Marc/HEXMESH代表了网格划分技术的最新突破。可将任意三维块状实体几何快速准确地自动划分出几何形态良好的六面体单元。通过实施内部稀疏网格向表面密集网格的过渡，能够有效地减少单元总数，同时又保证了表面可能的应力集中区域所需的网格密度。而疏密网格过渡的位移协调，则通过自动施加多点约束实现。MSC.Marc/HEXMESH与MENTAT前后处理器完全集成，能够在MENTAT环境下对由MENTAT生成的实体或通过CAD接口传入的由其它CAD造型的实体几何进行自动的六面体网格划分，并定义和实施各种非线性有限元分析。MSC.Marc/HEXMESH的问世，为快速有效地建立复杂实体的高质量有限元分析模型开辟了一条捷径。

MSC.Marc/AutoForge

MSC.Marc/AutoForge是采用90年代最先进有限元网格和求解技术，快速模拟各种冷热锻造、挤压、轧制以及多步锻造等体成型过程的工艺制造专用软件。它综合了MSC.Marc/MENTAT通用分析软件求解器和前后处理器的精髓，以及全自动二维四边形网格和三维六面体网格自适应和重划分技术，实现对具有高度组合的非线性体成型过程的全自动数值模拟。其图形界面采用工艺工程师的常用术语，容易理解，便于运用。MSC.Marc/AutoForge提供了大量实用材料数据以供选用，用户也能够自行创建材料数据库备用。MSC.Marc/AutoForge除了可完成全2D或全3D的成型分析外，还可自动将2D分析与3D分析无缝连接，大大提高对先2D后3D的多步加工过程的分析效率。利用MSC.Marc/AutoForge提供的结构分析功能，可对加工后的包含残余应力的工件进行进一步的结构分析，模拟加工产品在后续的运行过程中的性能，有助于改进产品加工工艺或其未来的运行环境。此外，作为体成型分析的专用软件，MSC.Marc/AutoForge为满足特殊用户的二次开发需求，提供了友好的用户开发环境。

MSC.Marc/Link

MSC.Marc/Link是MARC高级有限元分析软件与SDRC I－DEAS、Pro/ENGINEER、CATIA等一系列著名CAD/CAE软件的集成界面。通过这种强强集成，使大量SDRC I－DEAS、Pro/ENGINEER、CATIA软件的忠实用户，借助MARC软件支持的高级非线性分析功能，轻松跨越原有CAE软件处理线性或简单非线性问题分析的局限，将分析延伸和扩展到各种组合的复杂非线性问题。

MSC.Marc/Link－S　

MSC.Marc/Link－S 是一个交互式开放性客户/服务器结构，为SDRC 的I－DEAS Master Series软件提供了向MARC高级有限元分析扩展的功能。在I－DEAS用户环境下完全支持采用MARC非线性有限元分析所需的各种高级建模选项、分析及结果后处理。

MSC.Marc/Link－SG

MSC.Marc/Link－SG是在MSC.Marc/Link－S基础上，进一步集成MENTAT后生成的MARC软件与I－DEAS的高度集成界面，具备了MSC.Marc/Link-S和MENTAT的所有功能。能够自动实现将I－DEAS的几何造型直接传入 MENTAT，借助于MENTAT可定义非常复杂的有限元分析模型。对大规模非线性分析，可以激活MARC的并行分析选项完成。分析的结果可在I-DEAS或MENTAT中进行处理。

MSC.Marc/Link-Pro

MSC.Marc/Link-Pro 是Pro/Engineer系统向MARC高级有限元分析系统的扩展界面。MSC.Marc/Link-Pro能够在 Pro/Engineer集成环境下实现将Pro/Engineer用户环境下创建的Parts 和 Assemblies几何传入MENTAT的数据库，起动MENTAT，定义各种高级分析模型。MSC.Marc/Link-Pro提供的另一种数据传输方式，是在 MENTAT的环境下从 Pro/Engineer 的数据库中直接提取Part或Assembly数据。

MSC.Marc/Link-C

MSC.Marc/Link-C是CATIA系统向高级有限元分析系统的扩展。MSC.Marc/Link-C能够在 CATIA集成环境下实现将CATIA用户环境下创建的Parts和 Assemblies几何传入MENTAT的数据库，起动MENTAT，定义各种高级分析模型，分析结果可在CATIA的环境下后处理。




结构计算、辅助设计类软件简介（III）  



7、MSC.Dytran 简介
无双的实力 历经工程考验的非线性动力学仿真技术
MSC.DYTRAN是MSC公司的核心产品之一，MSC.DYTRAN专门适于应用在需要考虑产品与环境之间或产品内部的高速非线性动力特性的产品设计、制造和运行环节中，通过仿真了解产品性能，优化产品设计。MSC.DYTRAN将无可比拟的非线性动力响应仿真技术，带到广泛的产品设计和制造部门，无论是对汽车、军事、航空航天、造船、电子领域，还是土建、冶金和消费品行业，都因此获益匪浅。

一、MSC.DYTRAN开发历史
MSC.DYTRAN以无可争辩的实力，赢得世界顶尖高度非线性、流-固耦合、瞬态动力响应仿真软件的地位。了解MSC.DYTRAN的开发历史，更能够理解MSC.DYTRAN在同类软件中独特之处。
MSC.DYTRAN的第一个商业版本发布于1991年，是集MSC公司两个核心软件MSC.DYNA和MSC.PISCES之大成，开高度非线性、流体-结构耦合、瞬态动力响应仿真商用软件之先河的领先产品。

MSC.DYNA是在著名结构瞬态动力响应软件LS-DYNA 3D框架下，经过MSC公司全面更新后，在1988年正式发布的非线性结构动力学仿真软件。MSC.DYNA继承了LS-DYNA 3D优异的快速显式积分算法和丰富的材料模式，被广泛用于分析各种非线性瞬态响应，如高速撞击、接触摩擦、冲压成型等。但是，仍然有大量的工程问题不是单一的结构分析所能解决的，对流体的影响甚至流体-结构相互作用的关心变得更为重要。MSC公司对这种需求的回应就是在MSC.DYNA中增加高级的流体动力学分析能力，为此MSC公司看中著名的荷兰PISCES INTERNATIONAL公司开发的高级流体动力学和流体-结构相互作用仿真软件PICSES。当时的PISCES软件在国防、航空航天、核安全、汽车、石化、土木等领域广泛应用。特别是在国防行业，PISCES成功地用于冲击、穿甲、爆炸（水下爆炸）等军事工程分析，其卓越品质和功效，早已成为不争的事实。MSC于1990年收购PISCES公司，随后更新PICSES以MSC.PICSES产品发布。

MSC.DYTRAN的问世堪称MSC.DYNA和MSC.PICSES强强联合，优势互补的成功佳作。这两者严密整合、推陈出新的产品除了具备所有原有优势外，还因MSC公司在MSC.PISCES的欧拉模式算法基础上,自行开发了先进的物质流动算法和流固耦合算法,使得MSC.DYTRAN成为全球第一个能够用完全耦合的方法模拟复杂的流体-结构相互作用的大型商用软件。作为MSC产品家族的后起之秀，MSC.DYTRAN在单元库、数据结构、前后处理等方面与MSC的王牌产品MSC.NASTRAN取得了全面一致。
在1994年MSC公司收购了当时全球第二大CAE厂商PDA Engineering公司后,MSC.PATRAN成为MSC公司产品的前后处理框架系统。MSC所有的求解器产品，都以MSC.PATRAN为界面。MSC同样为MSC.DYTRAN开发了MSC.PATRAN 与MSC.DYTRAN的界面接口, 全新、方便、快捷的MSC.PATRAN前后处理器,使得MSC.DYTRAN向领导CAE自动化迈进了一大步。
在MSC.DYTRAN问世的十余年中，历经无数航空、航天、汽车、铁路、国防、核工业等领域科研和工程项目考验，在全球用户中有口皆碑。以美国军方近年CAE选型过程对包括MSC.DYTRAN在内的三个同类软件的评测为例，可窥一斑。该项评测基于两类原则：软件功能的最小可接受原则；考虑用户目前尚不需要的额外功能和特色的理想原则。评测内容包括技术特色和非技术特色两大类，采用加权平均的评估算法，获得最后评测报告。就技术而言，MSC.DYTRAN在材料非线性、几何非线性、接触和材料模型及损伤模拟、材料模型扩展能力、软件可扩充性、流体-结构相互作用和高级复合材料模拟等诸多方面获得最高分数。非技术的考核结果表明，MSC.DYTRAN软件运行速度非常有效，极好的不同硬件平台数据兼容性、行业接受度和友好的用户界面、充足的软件文档资料，和前后处理的协调一致。这一项MSC.DYTRAN也获最高分。此外，对三个软件考核分析与实验结果的可对比性，MSC.DYTRAN以最小的分析误差获胜。经受如此正规和严厉考验的MSC.DYTRAN因此成为深得美国军方信任的非线性瞬态动力分析软件，得到全面应用。

MSC.DYTRAN应用范围
MSC.DYTRAN是具有快速模拟瞬态高度非性结构、气体/液体流动、流体-结构相互作用的大型商用软件。采用高效的显式积分技术，支持广泛的材料模型和高度组合非线性分析及流体-结构的全耦合。尤其擅长对高速碰撞、结构大变形和瞬时内发生的流体结构相互作用事件的仿真。广泛应用于：
爆炸与冲击，如水下爆炸、地下爆炸、容器中爆炸对结构的影响及破坏、爆炸成形、爆炸分离、爆炸容器的设计优化分析、爆炸对建筑物等设施结构的破坏分析、聚能炸药的能量聚焦设计分析、战斗部结构的设计分析；
水下/空中弹体发射过程，火炮制推器模拟动态仿真
高速、超高速穿甲，如飞弹打击或穿透靶体(单个或复合靶体)及侵彻过程等问题
结构的适撞性分析，如汽车、飞机、火车、轮船等运输工具的碰撞分析、船体搁浅、鸟体撞击飞机结构、航空发动机包容性分析等；
金属弹塑性大变形成形，如钣金冲压成形、喷丸成型、全三维锻造成形等
跌落试验，如各种物体（武器弹药、化工产品、仪器设备、电器如遥控器、手机、电视机等）的跌落过程仿真
流体动力分析，如液体、气体的流动分析、液体晃动分析，水上迫降
安全防护分析，如安全头盔设计、安全气袋膨胀分析以及汽车～气袋～人体三者结合在汽车碰撞过程中的响应，飞行器安全性分析（飞行器坠毁、气囊着陆等）
轮胎在积水路面排水性和动平衡分析
高速列车行驶的轮轨动力学，高速列车穿隧道的冲击波响应，车辆过桥的动态响应等 及其它瞬态高速过程仿真。

为什么选择MSC.DYTRAN
用户选择软件时会从软件品质、是否满足需求等方面择优。软件品质的优劣涉及到正确性（精度）、可靠性（经过测试认证）、相溶性（与CAD或其他CAE软件及界面的整合能力）、灵活性（易于客户化）、可用性（界面友好、易学习）及效率（对计算机资源和时间的占用降到最低）等诸多因素。而客户在考虑需求时需要兼顾近期需求和长远目标、软件的最小可用性和理想可用性。综合上述因素得到的CAE选型结果，才是赢得最大商业利益的正确投资。

对需要模拟产品的高速非线性动力特性的用户来说，MSC.DYTRAN具有以下诸方面的品质优势：

易于建模：MSC.DYTRAN与MSC.PATRAN完全集成，利用MSC.PATRAN与各类CAD软件的强大接口可访问各类CAD软件，能够方便获得分析的几何模型。而MSC.DYTRAN与MCAE标准的MSC.NASTRAN一致的数据格式，又使得绝大多数的第三方软件也能生成MSC.DYTRAN所需的输入数据格式。MSC.DYTRAN的强大集成特性，有助于减少在数据转化和传递过程的无畏花费。
经过考验的分析求解：MSC.DYTRAN的瞬态非线性动力分析提供的结构和材料流动分析、流体-结构耦合功能，经历无数考验，是最有资格完成复杂的瞬态非线性动力响应仿真工具。
结构分析能力：MSC.DYTRAN利用MSC先进的显式算法求解技术分析结构动力响应。它包括完整的单元类型和大量的材料模型，范围从金属、复合材料到塑料和泡沫。提供极度大变形和结构失效分析功能，以及模拟结构之间或结构本身通过接触传递的复杂相互作用。
材料流动的欧拉描述：MSC对材料流动的模拟采用经典的欧拉技术，网格固定在空中不动且不产生变形。材料只是从一个单元流动到另一个单元，避免了材料大变形所带来地单元畸变。MSC.DYTRAN的欧拉格式适于结构、气体和流体分析，正是基于这种格式，使MSC.DYTRAN的分析能够扩展到复杂的冲击和穿透问题。
精确的流体-结构耦合：MSC.DYTRAN将纯结构的有限元技术和纯流动的欧拉有限体积技术结合，提供独特的功能完成精确的流体-结构耦合模拟，解决大量复杂的实际流体-结构耦合工程问题，而对这类工程问题，那些只有结构分析能力或单有欧拉格式的流体模拟功能的软件是无能为力的。
快速有效的分析：MSC.DYTRAN融入了最新的MCAE技术，确保分析过程的快速完成，对产品实际设计过程提供及时的分析依据。MSC.DYTRAN分析时间的缩短依靠先进的数值方法和省力的建模工具，工程师和分析专家不必花太多时间等候分析结果，而将注意力放在对设计的改进上。MSC.DYTRAN的每个版本发布之前都要经过实际工程问题考核，确保在解决实际问题时具有满意的性能和精度。
应用领域多样性：从航空航天和汽车碰撞到船舶触礁，从气囊开发到爆炸分析，从冲击穿透到轮胎排水性模拟，MSC.DYTRAN所能伸展到的应用领域覆盖国防、航空航天、汽车、船舶、核能、土木、石化、冶金等各个工业部门的产品设计、开发和运行维护。这种强大的适用性和灵活性使MSC.DYTRAN在MSC对各行业产品设计的MCAE解决方案中，通常成为必选软件之一。
灵活性和易于客户化：MSC.DYTRAN能够在从UNIX工作站到PC机的广泛硬件平台上运行。在MSC.PATRAN的PCL开发语言和开发环境支持下，易于实现客户化，满足客户的特殊需求。
MSC.DYTRAN的专业化服务：MSC在提供软件同时，还奉献一流专业化服务。对商家选择MSC公司和MSC.DYTRAN所注入的投资，MSC以对产品开发的MCAE战略、软件工具和专业化服务的一揽子解决方案来回聩。MSC售出一流软件后，再以高水平专业化的技术支持、软件培训、详尽文档资料和咨询服务配合跟进，确保用户花在MCAE上的投资物有所值，回报丰厚。

二、 MSC.DYTRAN理论背景
支持MSC.DYTRAN强大的瞬态动力、流体-结构耦合分析功能的基础，是MSC.DYTRAN极具特色的先进算法。MSC.DYTRAN的算法基本上可以概况为：MSC.DYTRAN采用基于Lagrange格式的有限单元方法（FEM）模拟结构的变形和应力，用基于纯Euler格式的有限体积方法（FVM）描述材料（包括气体和液体）流动，对通过流体与固体界面传递相互作用的流体-结构耦合分析，采用基于混合的Lagrange格式和纯Euler格式的有限单元与有限体积技术，完成全耦合的流体-结构相互作用模拟。由于MSC.DYTRAN集中于模拟瞬间事件，采用快速准确的显式时间积分格式，模拟短暂瞬态过程中质量惯性和各类阻尼的影响。

Lagrange格式的有限单元技术（FEM）和Euler格式有限体积技术（FVM）并存任何力学系统都是由无数质点构成的，而不同质点占有各不相同的空间坐标。有两种定义空间坐标的方法，即Lagrange方法和Euler方法。

Lagrange方法是把坐标原点固定在系统的某个质点上。当系统的位形发生改变时，坐标也跟着一起移动。Euler方法则将坐标固定在空间。设想在马路上车来车往，如果将坐标原点固定在其中一辆行进的车上，从这辆车上观察其他车辆相对于这辆车的运动，这就是Lagrange方法；若坐标原点设在交警的指挥台上，那么所观察到的不是各车辆的相对运动，而是指挥台周围车辆流动的变化情况，这就是Euler方法。固体力学关心的是每个质点的移动、质点之间的相对位移及质点因之受的力，而流体力学则关心空间某处的流动情况，所以Lagrange方法常用于结构分析，而Euler方法则用于流体力学问题。

物理场问题的数值仿真通常在所选定的空间坐标系下，将连续区域离散成单元和节点信息的有限单元或有限体积法，来近似描述连续的物理场。 模拟瞬态内位移和速度场变化的非线性动力分析软件MSC.DYTRAN，提供了两类参考坐标系定义，即Lagrange格式和Euler格式。在描述结构时采用基于Lagrange格式的有限元法（FEM），对流体采用基于Euler格式有限体积法（FVM）。MSC.DYTRAN可以允许单独地使用这两类方法，也可以将二者同时结合使用，并且支持将Lagrange网格和Euler网格耦合在一起，用来处理流体-结构相互作用问题。

当使用Lagrange方法时,单元的质量不变，节点在物体上的位置固定不动。物体单元由节点连接构成,物体变形时,节点随物体在空间移动,单元亦发生相应的变形,而单元的质量保持不变。Lagrange方法通常用于解决常质量单元即Lagrange单元的变形问题, 它可以精确地描述位移、变形、应力等。这种方法适用于结构的力学分析,通过单元的行为仿真物体的运动，并为大多数结构分析有限元程序所采用。

基于有限体积的Euler方法主要用于流体和材料大变形问题,Euler单元的体积是不变的,单元由节点连接构成,节点在空间上固定不动。Euler网格是一个固定的参考框架,物体的材料在分析过程中可以在网格中流动,并且材料的质量、动量和能量也随之从一个单元流到另一个单元。因此在划分单元时,Euler网格的范围必须包含材料的所有可能流动区域。从这个意义上讲，Euler网格就像一个容器，除非特别定义，材料是不能流出该网格系统，MSC.DYTRAN中Euler网格可以定义成任意形状，这比一般采用Euler方法的流体软件所苛求的长方体网格要灵活得多。Euler单元中可以定义空单元(void)、单一材料、多重材料，可以考虑剪切强度的材料或只考虑静水压力的流体材料。MSC.DYTRAN这种功能强大的基于有限体积离散的Euler法，非常适于精确模拟气体、流体的流动和固体结构的极端大变形问题,完全避免了用有限单元技术和Lagrange方法难于处理又无法回避的三维网格的重划分和自由液面跟踪问题。

采用显式时间积分方法，在用数值方法求解动力平衡方程时，通常可以采用模态叠加法或直接积分法。所谓直接积分法是指在数值积分之前，毋需将原有的方程加以变换。直接积分法又分为显式和隐式，有条件稳定和无条件稳定等方法。例如在四种常用的直接积分法中，中心差分法是显式的和有条件稳定的；Houbolt方法是隐式的和无条件稳定的；Wilson-法和Newmark方法是隐式和有条件稳定的。MSC.DYTRAN采用的是中心差分法。

隐式方法：对大多数有限元程序采用隐式时间积分法求解动力问题。
显式积分法
两种方法的比较
隐式时间积分法可以是条件稳定和无条件稳定，积分时间步长只与结构的固有频率有关。而显式积分法是条件稳定的，其时间积分步长必须取很小，与隐式时间积分法相比,显式法要求的积分时间步长要小得多,而隐式法则要对刚度矩阵进行多次分解和迭代。
对高度非线性问题，采用高效的算法是十分必要的。由此可见,对于解决瞬态、高度材料非线性、高度几何非线性、模型规模较大的问题,采用显式方法较隐式法要优越得多。MSC.DYTRAN提供了一种质量因子法（mass scale）增大时间步长，提高解题效率。MSC.DYTRAN的时间积分方法是一种非常优秀的非线性动态解题方法，有效性和计算精度已被许多考题和实际应用算例所测试和验证。MSC.DYTRAN采用这种方法解决了大量隐式法难于解决的问题，例如冲压成形中的皱褶、轮-轨接触、结构高速撞击、核管道甩动、液体晃动等问题。

有限体积方法(FVM)

MSC.DYTRAN的Euler格式通过有限体积法离散实施。这种方法的网格节点固定在空间不动即节点无自由度，物质材料在恒定的体积内从一个单元流动到另一个单元,在求解过程中同时满足物质在有限体积内的质量守恒、动量守恒、能量守恒、状态方程和本构关系,

MSC.DYTRAN的这种有限体积法模拟物质流动与传统的基于有限单元法模拟的物质流动相比，具有极大优势，能够根据质量流动和密度而非单元来边界模拟自由面和流体-结构交界面运动以及材料的拉断。并且MSC.DYTRAN的Euler网格可以是任意形状的六面体网，保证精确建立流体的几何模型。用MSC.DYTRAN的带强度的Euler有限体积技术模拟结构材料的流动（如体积成型），避免了用Lagrange格式无法回避而又非常棘手的三维网格的重划分。

MSC.DYTRAN用有限体积法跟踪物质的流动的强大流体功能，可有效解决大变形和极度大变形问题，如：液压传动分析,液体晃动,爆炸分析,高速穿甲和三维锻造成型等问题。

流体-结构的耦合解法

在众多的商业有限元分析软件中,MSC.DYTRAN是唯一提供精确的或称完全的流固耦合功能的软件。通常的软件在处理流体-结构相互作用问题时,将流体产生的力作为"预先确定"的载荷作用到结构上进行分析,而MSC.DYTRAN则不然,它是通过直接耦合结构网格(Lagrange网格)和流体材料网格(Euler网格)间的响应自动地、精确地算出每一时间步流－固界面处的物理性质,在这个过程中,一方面,Euler材料流动引起的压力载荷通过耦合算法自动作用到结构的有限元网格上,在这种压力作用下,结构的有限元网格将发生变形,结构的变形也反过来影响Euler材料的流动和压力值,这种结构变形和流体载荷间的相互影响使得我们可以得到完全耦合的流体-结构响应。

MSC.DYTRAN根据不同分析问题需要，提供五种处理流－固耦合分析方法：

l 普通耦合法(General Coupling),对这种算法，首先，必须在结构的外部定义一封闭的耦合面（Coupling Surface），用于传递两种解算器之间的力，此耦合面对Euler网格来说是一种流动边界，材料在Euler网格中流动产生的压力通过耦合面传递到结构上，使结构发生变形。普通耦合法适用于所有的流－固耦合问题。如安全气囊的膨胀过程、子弹穿甲过程、炸弹爆炸分析等。


2 快速耦合法（Fast General Coupling）,要求Euler网格法向与总体坐标系平行，此方法大大加快耦合算法的计算效率。可用于带强度的单材料欧拉法, 流体单材料欧拉法, 多材料欧拉法及Roe法。

3 考虑失效的多重耦合面法，这种方法是将快速耦合法与Reo算法相结合，定义多个考虑失效的耦合面，对于每一个耦合面，Euler网格法向与总体坐标系平行。

4 ALE法(Arbitrary Lagrange Euler)。用ALE法,只需在流固界面处定义一ALE面，Euler网格可以随着结构的变形而移动,因不需要每步对ALE面进行检查，它是一种求解效率较高的方法,这种方法的典型应用是鸟体碰撞飞机结构的过程、液体晃动等分析。


5 全Euler方法。MSC.DYTRAN允许将两种以上的Euler网格耦合，来处理流体与流体、或流体与结构、甚至结构与结构系统在高速碰撞、爆炸、穿透过程中的材料流动。这种基于有限体积的Euler-Euler耦合技术，特别适于定量描述瞬态过程中复杂的材料剥离、拉断和飞溅现象。

三、 MSC.DYTRAN基本功能

MSC.DYTRAN是一个有着通用目的和广泛用途的非线性动态三维有限元分析软件包。它采用高效的显式时间积分技术，能模拟多种材料和几何的高度非线性问题。尤其在模拟高速碰撞、结构和零部件的大变形、液气体流动、流固耦合等方面，MSC.DYTRAN的能力是独一无二的。

完整的单元库

MSC.DYTRAN采用拉格朗日和Euler两种处理器对结构和流体进行建模。实体、壳、梁、薄膜、弹簧和刚性单元被Lagrange处理器用于结构的建模；Euler网格由三维六面体单元组成, Euler处理器可以处理具有剪切强度的材料的流动。MSC.DYTRAN具备完整的一维、二维、三维单元库，主要包括：

杆单元（CROD）
梁单元（CBEAM， CBAR）
Belytschko-Schwer 模式
Hughes-Liu 模式
安全带单元
拉延筋单元(用于板金成型)
四边形壳单元(CQUAD4)
Belytschko-Tsai 模式
Hughes-Liu 模式
Key-Hoff 模式
薄膜单元
三角形壳单元(CTRIA3)
C0 模式
薄膜单元
体单元(CHEXA, CPENTA, CTETRA)
弹簧/阻尼单元(CELAS, CDAMP)
线性单元
非线性单元
扭簧
用户自定义单元(子程序EXSPR, EXVISC, EXELAS)
集中质量单元(CONM2)
刚性单元
椭球体(RELLIP)
刚性体(RIGID)
刚性单元(RBE2)
刚性墙(WALL)
Euler单元(CHEXA,CPENTA,CTETRA)
单材料，多材料实体单元(CHEXA,CPENTA, CTETRA)
丰富的材料库

MSC.DYTRAN的材料模式中,它包括了线弹性、弹塑性、刚性材料、橡胶材料、低密度泡沫材料、土壤材料、正交各向异性材料、层合复合材料、率相关材料以及各种屈服准则、失效模式、状态方程、多点爆炸燃烧模型等。

DMAT卡 为通用的材料本构关系, 可通过设置其中的各个参数进行组合定义具有以下任一性质的材料:

剪切模式
屈服模式
对多折线屈服模式
状态方程
失效模式
层裂模式
DMATEL卡 - 弹性材料，只需定义杨氏模量E、泊松比γ、体积模量K、剪切模量G
DMATEP 卡 - 弹塑性材料，定义材料的弹性、塑性性质及各种屈服模式、失效模式
DMATOR 卡 - 正交各向异性弹性材料,定义各材料方向的弹性性质及失效模式
MAT1 卡 - 弹性材料，定义Lagrangian壳单元和梁单元的弹性性质。
MAT8，MAT8A 卡 - 考虑失效的纤维复合材料。
SHEETMAT 卡 - 非均质塑性材料, Krieg本构关系。分弹性、屈服准则和硬化准则三部分，应变率相关，并可用成型控制量(FLD)评估成型过程，主要用于钣金成形
DYMAT14 卡 - 土壤和可压泡沫材料，描述材料的可压缩塑性。材料模型是基于Krieg和Key的各向同性塑性理论，材料对剪切载荷和正压力载荷的响应是完全不耦合的并可定义破坏准则。用于模拟土壤、泡沫、混凝土、金属蜂窝材料和木质材料。
DYMAT24 卡 - 分段线性硬化弹塑性材料
DYMAT26 卡 - 可压正交各向异性材料
MATRIG 卡 - 刚性材料，用于定义各种形状的刚性体。
RUBBER1 卡 - 橡胶材料，基于Mooney-Rivlin理论
FORM1 卡 - 泡沫材料(聚丙希材料)，各向同性、泊松比近似为零的可压缩材料，只存在一条应力－应变曲线。
FOAM2 卡 - 泡沫材料，各向同性、泊松比近似为零的可压缩材料，用户可定义卸载的、考虑滞留效应(率相关)的应力应变曲线。

与材料有关的用户子程序

EXFAIL 失效模式
EXLAIL1 正交各向异性实体定义失效模式
EXCOMP 复合材料失效模式
EXYLD 屈服模式
EXBRK 可断开连接的失效模式
EXEOS 状态方程
约束

约束有普通的节点约束(SPC)、刚性节点约束、刚性墙约束、节点间的可分开连接(BJOIN)、壳单元和实体单元节点连接(KJOIN)以及刚性体间的连接。

单点约束(SPC)
刚性网格点连接(RBE2)
刚体墙（WALL）
可断开连接(BJOIN)
壳体与实体间的动态连接(KJOIN)

反舰导弹穿透钢板

载 荷

载荷模式可以是与时间有关的定向的或随动的集中载荷、压力以及各种初始条件。在Euler网格中还可以定义具有各种性质的流动界面等。MSC.DYTRAN的载荷模式包括：

集中力和集中弯矩
跟随力和跟随弯矩
压力载荷
重力载荷
强迫速度
初始条件
气袋压力
多点点火爆炸模式
用户自定义载荷
接触算法

MSC.DYTRAN可以处理多个构件相互高速撞击问题，接触界面可以扩大、缩小、考虑摩擦的相对滑动和分离及粘结。结构可能接触的两个面分别称为主面和从面，面上的节点称为主节点和从节点。MSC.DYTRAN接触算法采用对称罚函数法，其原理是：每一时步检查从节点是否穿透主面，没有穿透则对从节点不作任何处理；如果穿透则在该从节点与被穿透的主面之间引入一个较大的界面接触力，其大小与穿透深度、主面刚度成正比，这个接触力亦称为罚函数值。对称罚函数法是同时再对主节点处理一遍，其算法与从节点一样。对称法函数法具有对称性，计算准确，不需要碰撞和释放条件。罚函数值受到稳定性限制，若计算中出现明显的穿透，可以放大罚函数值或缩小时间步长来调节。MSC.DYTRAN还可以定义单面检查接触或双面检查接触，定义接触开始和终止的时间，定义阻尼系数。 MSC.DYTRAN可以考虑以下多种接触问题：

面与面接触
变形体-变形体接触
变形体-刚性体接触
点与面接触
节点-变形体接触
节点-刚性体接触
单面自身接触(self-contact)
BPLANE接触法，有效解决接触面死角区域和穿透问题，并且计算效率高稳定性好，尤其适于气囊展开分析。
高效的自适应接触(侵蚀接触)：可以定义单元与单元间、不同材料间的侵蚀接触
所有的接触均可考虑库伦摩擦, 静、动力摩擦系数和滞留系数
考虑壳单元厚度及间隙
粘合连接
网格密度不同的面与面间的连接
点与面间连接
线与面间连接
MSC.DYTRAN考虑摩擦的面～面接触、点～面接触、单一平面自身接触、自适应(侵蚀)接触以及接触滑动的强有力接触分析功能，能够广泛应用在结构和结构之间甚至结构自身的动力接触分析中。


船头触礁后的应力分布

刚性体

MSC.DYTRAN可以用多种方法定义刚性体，刚性体的各种性质如质量、各惯性矩均可以用户 自己定义或程序自动计算

用解析法定义的刚性椭球(PELLIPS)
任意形状的刚性体
用刚性面定义(Rigid)
用刚性材料定义(DMATRIG)
安全防护（假人模型/安全气囊）

MSC.DYTRAN在安全防护方面具有高级安全气囊展开分析能力；并与美国航天医学研究中心开发的ATB程序提供的假人模型(此模型主要应用于动态运动中人体生物力学研究)进行了全面集成。MSC.DYTRAN的假人模型包括：基于SI制的假人模型即5%、50%和95%的HYBRID III模型，以及SI制和英制的50%的HYBRID II模型和英制50%的HYBRID III假人模型。此外MSC.DYTRAN与荷兰TNO公司汽车安全性分析软件Madymo的假人模型直接耦合，可方便地调用它的多种假人模型。利用假人模型和MSC.DYTRAN可以在汽车碰撞或飞机着陆时模拟人体的响应及运动姿态。


MSC.DYTRAN利用流体-结构耦合分析功能模拟气囊展开，同时可以模拟展开过程中气囊内热传导。对气囊内的气体描述允许采用均匀压力或更精确的完全气动力学方法。分析模型中考虑了气囊的多孔性，通过孔洞的渗透性。MSC.DYTRAN先进的气囊展开技术除了用于乘员安全性模拟，也能用在飞行器回收和着陆时的气囊展开模拟。

GNK WESTLAND 直升机水上降落浮球设计

爆炸分析

MSC.DYTRAN具有丰富的材料模式、状态方程（JWL炸药方程）及各种起爆条件，能够用于模拟爆炸波的传播和爆轰产物的运动，以及爆炸冲击波对结构的响应。MSC.DYTRAN的爆炸分析支持单点爆炸分析和多个爆炸点的多点爆炸仿真。

三点爆炸波

水下爆炸

MSC.DYTRAN嵌套了美国著名的水下冲击远场分析USA软件的集成接口（需License授权），用于计算水下爆炸的流体与结构的相互作用。MSC.DYTRAN的USA接口可以考虑孔穴模型。MSC.DYTRAN强大的爆炸气泡算法，能够保证精确模拟水下爆炸问题。

重启动分析

MSC.DYTRAN的重启动功能可以十分方便地将一个规模较大的题目分阶段进行运算。

用户自定义子程序接口

MSC.DYTRAN通过预留的大量用户子程序接口，方便地实现客户化的需求。通过这些接口，能够将MSC.DYTRAN本已强大的标准分析功能进一步扩充。

定义材料的失效: EXFAIL, EXFAIL1, EXCOMP, EXYLD
定义压力载荷: EXPBAG, EXPLD
定义状态方程: EXEOS
定义弹簧/阻尼特性: EXELAS, EXSPR, EXTLU, EXVISC
定义速度场: EXTVEL
用户指定的节点和单元的输出请求：EXALE,EEXOUT, GEXOUT
定义初始条件：EXINIT
定义流动条件：EXFLOW，EXFLOW2
定义与时间相关函数：EXFUNC
定义连接失效：EXBRK

四、MSC.DYTRAN界面

在MSC.PATRAN 框架下集成的MSC.DYTRAN前后处理界面清晰、直观，方便实现利用MSC.DYTRAN分析所需的复杂建模和可视化，以及计算结果的各种动画处理。详细了解请参见介绍MSC.PATRAN的专门资料。


五、MSC.DYTRAN的应用产品

MSC一贯遵循面向客户，面向过程的产品开发战略。除了提供应用广泛的标准仿真产品外，还在这些标准的软件基础上通过客户化提供了各种面向行业中特定问题的仿真工具。例如在MSC.DYTRAN这一先进的非线性动力分析标准求解器产品基础上，开发了另外两个客户化产：MSC.SUPERFORGE和MSC.DTROP TEST。

MSC.SUPERFORGE是由MSC与日本锻造协会、住友重工和日立公司四方联合，在MSC.DYTRAN核心上，面向锻造工程设计人员而开发的全三维锻造仿真系统。并与MSCPATRAN全面集成，方便快捷地完成冷锻热锻和多道次加工。MSC.SUPERFORGE的计算效率比传统有限元法提高至少5-10倍。


机车曲轴锻造


MSC.DTROP TEST是以MSC.DYTRAN为内核求解器，与MSC.PATRAN集成的专门面向跌落试验和冲击仿真，可用于电子仪表、消费品、医疗器械和包装容器（袋）等物体的抗冲击和跌落分析。MSC.DTROP TEST软件具有高度自动化，使用者无需过多仿真知识易于掌 握。


化工产品包装袋的跌落

关于MSC.SUPERFORGE和MSC.DTROP TEST的详细了解，请于MSC公司各办事处联络。

六、平台支持

MSC.DYTRAN支持在包括Digital Alpha，HP，IBM，SGI，SUN在内的UNIX工作站和PC WINDOWS NT 工作站上运行。


七、 技术支持和服务

MSC.DYTRAN的魅力不仅体现在强大的功能本身，还包括她的一流开发、支持和咨询人员。通过MSC北京办事处、上海办事处和成都办事处提供的初级、中级和高级技术培训，和其他方式和内容的日常技术支持与服务，不定期的举办的由总部MSC.DYTRAN开发人员主讲的专题讲座，以及通过全球专业化工程师的服务、培训、客户化服务，和MSC网站的信息交流，为MSC客户提供优质服务。


八、 应用实例

MSC.DYTRAN的强大功能在军事、国防、航空航天、汽车、核工业、电子工业、船舶工业等许多重要的领域得到广泛深入应用, 尤其是对各种复杂而又难以观测的物理过程模拟方面, 它起到了理论分析和实验观测难以替代的作用, 是一般的有限元分析软件力所不及的。

应用实例一、聚能药型罩(Shaped-Charge)射流形成及切割效应的模拟

聚能药型罩的工作原理是在聚能装药起爆后， 爆轰产物沿金属罩壁轴线运动过程中，将能量传给金属 罩而形成金属射流。MSC.DYTRAN利用Euler模式可以十分有效模拟金属射流的形成过程。

应用实例二、弹体侵彻无限大混凝土的动态仿真

本算例采用Lagrange-Euler 全耦合算法, 弹体以45度侵彻至无限大混凝土机构，弹体速度为1870 m/s，用Lagrange 网格，无限大混凝土为 Euler模式

图 七. 弹体侵彻过程

应用实例三、水下爆炸对舰船结构动态响应

此类算例均为流固耦合问题，舰船采用Lagrange模式，可用多项式状态方程和各种屈服准则描述其材料性质，炸药、水、空气采用多材料带强度Euler模式，炸药用JWL状态方程，空气用理想气体状态方程，水用多项式状态方程描述。在舰船和流体的界面定义全耦合面进行流固耦合动态仿真。

应用实例四、东风柳州汽车有限公司对汽车中立柱外板的冲压成形数值仿真

有限元模型：定义凸，凹模具，压边及钣料，定义各工件间的相互接触，摩擦系数为0.15
拉延过程：凸模固定, 凹模及压边垂直向下运动直至合模，压边力：35 吨, 钣料为冷轧钢板，

计算结果：MSC.DYTRAN可以输出钣料在成形每一时刻的变形图，厚度变化分布图，应变图。

应用实例五、发动机的包容性分析

发动机叶片在高速旋转时受到鸟体后外界物体撞击后，可能发生破坏而飞溅，包容性分析即分析叶片运动轨迹及要求它不能飞出发动机体。MSC.DYTRAN的流体-结构耦合算法和接触算法可以有效地模拟这一过程，为世界各著名发动机厂商如普惠、GE、RR、SNECMA等一致推崇，广泛应用。鸟体撞击发动机叶片的分析结果，其中鸟体为Euler模式，叶片为Lagrange模式，在其界面处定义耦合面。

应用实例六、汽车的适撞性和安全性分析

主要利用MSC.DYTRAN的接触算法定义多个接触对，分析汽车在碰撞过程中，人体的运动姿态和生存空间，图二十是汽车在碰撞过程中三个不同时刻车体、人体、安全气囊的状态。Ford汽车公司对系安全背带的人体在碰撞过程中姿态的模拟，利用MSC.DYTRAN输出的人体头部加速度曲线，能够判断人体是否安全。

应用实例七、轮胎的排水性分析

轮胎设计时，对在干燥路面和积水路面行驶的要求各不相同。利用MSC.DYTRAN的Euler解算器和流固耦合算法可以模拟轮胎在积水路面上行驶时的排水性。轮胎定义成橡胶材料的Lagrange网格，水和空气定义成Euler网格，在轮胎的外表面定义全耦合面。日本YAKOHAMA轮胎公司利用MSC.DYTRAN在这方面作了大量的数值仿真和试验。

应用实例九、战斗部破片对定距离内目标的破坏仿真

应用MSC.DYTRAN多材料Euler模式定义炸药状态方程，目标的带强度材料模式，用有限体积法踪模拟预制破片的运动轨迹 战斗部 及其对目标的杀伤力。

图十五. 爆轰波的传播

应用实例十、电视机包装箱跌落仿真

德国与PHILIPS齐名的电视机生产厂商GRUNDIG，在获得电视机物理原型之前，用仿真技术模拟电视机包装箱跌落过程。分析模型包括纸板箱、EPS泡沫和PS外壳。电视机包装箱从1米高的空中跌落到硬地面上，应力分布如下图。

应用实例十一、高速铁路过桥的动力响应

中国铁科院利用MSC.DYTRAN分析日本铁路公司的告诉铁路过斜拉桥动力响应。模型有火车车身-车轨-弹簧-阻尼，铁路和桥梁构成。

应用实例十二、水上飞机撞击水面

美国海军的空军作战中心（NAWC）曾专门立项，对海上飞机撞击水面这类多发事故展开深入研究。通过该项研究，开发有效方法评估直升机与水面严重冲撞时的结构性能，进而建立失效评定准则，寻求提高飞机抗水面冲击能力的有效途径。该项目应用MSC.DYTRAN的流体-结构耦合功能成功完成了飞机与水面的撞击分析。


结构计算、辅助设计类软件简介（IV）  

8、MSC.Nastran 简介
一 MSC.Nastran的开发历史
MSC公司自1963年开始从事计算机辅助工程领域CAE产品的开发和研究, 在1966年美国国家航空航天局(NASA)为了满足当时航空航天工业对结构分析的迫切需求主持开发大型应用有限元程序的招标，MSC因一举中标，而参与了整个NASTRAN的开发过程。1969年NASA推出了其第一个NASTRAN版本, 即我们所知的NASTRAN Level 12。1973年2月,NASTRAN Level 15.5发布的同时, MSC公司被指定为NASTRAN的特邀维护商。

1971年, MSC公司对原始的NASTRAN做了大量改进, 采用了新的单元库、增强了程序的功能、改进了用户界面、提高了运算精度和效率。特别对矩阵运算方法做重大改进, 即而推出了自己的专利版本: MSC.NASTRAN。

1989年对MSC公司来说是具有里程碑意义的一年, 发布了经革命性改良的MSC.NASTRAN 66版本。 该版本包含了新的执行系统、高效的数据库管理、自动重启动及更易理解的DMAP开发手段等新特点，同溶入许多当今世界上FEM领域最杰出的研究成果,使MSC.NASTRAN变得更加通用、更加易于使用。 这一年MSC公司还推出了自行开发的用于MSC各个产品的先进的前后处理程序MSC/XL。

1991年底, MSC公司与在CAD领域颇具影响的ARIES公司(Aries Technology Corp.)达成协议将CAD技术引入MSC.NASTRAN V67.5及相应产品。 1993年收购了Aries公司之后, 全新的MSC.Aries前后处理器使MSC.NASTRAN及其它产品又向领导CAE自动化迈进了一大步。

如同1989年一样,1994年对于MSC公司及MSC.NASTRAN产品而言又是一个非凡和具有历史意义的一年。 经重大改进后发布的MSC.NASTRANV68版无论是在优化设计、热分析、非线性还是在单元、单元库、 数值计算方法及整体性能水平方面均较以往任何一个版本有了很大提高。 MSC公司与PDAEngineering公司的合并成功使以MSC.NASTRAN为核心的MSC产品线更加全面,如: MSC.MVISION、 MSC.PATRAN、含THERMAL、 FEA、 FATIGUE、ADVANCED FEA等,同时也标志着CAE领域新时代的开始。

继1995年的MSC.NASTRAN V68.2版,1996年的MSC.NATRAN V69版, 1997年发布的MSC.NASTRAN V70版之后,当前最新版本为MSC.NASTRAN V70.5,其继续向CAE仿真工具的高度自动化和智能化方向发展, 同时在非线性、梁单元库、h-p单元混合自适应、优化设计、数值方法及整体性能水平方面又有了很大改进和增强。

通过对世界最著名的非线性结构有限元分析厂商MARC公司的收购, 使MSC公司形成了从MSC.NASTRAN到MSC.MARC全方位、功能强大、面向不同用户群的有限元分析仿真体系。

此外, MSC.PATRAN、 MSC.NASTRAN等PC-NT版的发布, 及以MSC.NASTRAN for Windows、 MSC.Working Model等为代表的PC中低端产品线的不断扩大, 将进一步满足日益增长的PC微机用户需求。

二 为什么选择MSC.NASTRAN?

⒈ 极高的软件可靠性

MSC.NASTRAN是一具有高度可靠性的结构有限元分析软件, 有着36年的开发和改进历史, 并通过50,000多个最终用户的长期工程应用的验证。 MSC.NASTRAN的整个研制及测试过程是在MSC公司的QA部门、美国国防部、国家宇航局、联邦航空管理委员会(FAA)及核能委员会等有关机构的严格控制下完成的,每一版的发行都要经过4个级别、5,000个以上测试题目的检验。

⒉ 优秀的软件品质

MSC.NASTRAN的计算结果与其它质量规范相比已成为最高质量标准, 得到有限元界的一致公认。通过无数考题和大量工程实践的比较,众多重视产品质量的大公司和工业行业都用MSC .NASTRAN的计算结果作为标准代替其它质量规范。

⒊ 作为工业标准的输入/输出格式

MSC.NASTRAN 被人们如此推崇而广泛应用使其输入输出格式及计算结果成为当今CAE工业标准,几乎所有的CAD/CAM系统都竞相开发了其与MSC.NASTRAN的直接接口, MSC.NASTRAN的计算结果通常被视为评估其它有限元分析软件精度的参照标准,同时也是处理大型工程项目和国际招标的首选有限元分析工具。

⒋ 强大的软件功能

MSC.NASTRAN不但容易使用而且具有十分强大的软件功能。通过不断地完善，如增加新的单元类型和分析功能、提供更先进的用户界面和数据管理手段、进一步提高解题精度和矩阵运算效益等等,使MSC公司以每年推出一个小版本、每两年推出一个大版本的速度为用户提供MSC新产品。

⒌ 高度灵活的开放式结构

MSC.NASTRAN全模块化的组织结构使其不但拥有很强的分析功能而又保证很好的灵活性, 用户可针对根据自己的工程问题和系统需求通过模块选择、组合获取最佳的应用系统。此外, MSC.NASTRAN的全开放式系统还为用户提供了其它同类程序所无法比拟开发工具DMAP语言。

⒍ 无限的解题能力

MSC.NASTRAN对于解题的自由度数、带宽或波前没有任何限制，其不但适用于中小型项目对于处理大型工程问题也同样非常有效, 并已得到了世人的公认。 MSC.NASTRAN已成功地解决了超过5,000,000自由度以上的实际问题。

三 MSC.NASTRAN的分析功能

作为世界CAE工业标准及最流行的大型通用结构有限元分析软件, MSC.NASTRAN的分析功能覆盖了绝大多数工程应用领域,并为用户提供了方便的模块化功能选项,MSC.NASTRAN的主要功能模块有:基本分析模块(含静力、模态、屈曲、热应力、流固耦合及数据库管理等)。 动力学分析模块、热传导模块、非线性分析模块、设计灵敏度分析及优化模块、超单元分析模块、气动弹性分析模块、DMAP用户开发工具模块及高级对称分析模块。除模块化外, MSC.NASTRAN还按解题规模分成10,000节点到无限节点,用户引进时可根据自身的经费状况和功能需求灵活地选择不同的模块和不同的解题规模, 以最小的经济投入取得最大效益。MSC.NASTRAN及MSC的相关产品拥有统一的数据库管理,一旦用户需要可方便地进行模块或解题规模扩充, 不必有任何其它的担心。

MSC.NASTRAN以每年一个小版本,每两年一个大版本的速度更新, 用户可不断获得当今CAE发展的最新技术用于其产品设计。目前MSC.NASTRAN的最新版本是1999年发布的V70.5版。新版本中无论在设计优化、P单元、热传导、非线性还是在数值算法、性能、文档手册等方面均有大幅度的改进或突出的新增功能。以下将就MSC.NASTRAN不同的分析方法、加载方式、数据类型或新增的一些功能做进一步的介绍:

⒈ 静力分析

静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段, 主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷(如集中/分布静力、温度载荷、 强制位移、惯性力等)作用下的响应, 并得出所需的节点位移、 节点力、 约束(反)力、 单元内力、 单元应力和应变能等。 该分析同时还提供结构的重量和重心数据。 MSC.NASTRAN支持全范围的材料模式,包括: 均质各项同性材料,正交各项异性材料, 各项异性材料,随温度变化的材料。方便的载荷与工况组合单元上的点、线和面载荷、,热载荷、 强迫位移,各种载荷的加权组合，在前后处理程序MSC.PATRAN中定义时可把载荷直接施加于几何体上。

⑴.具有惯性释放的静力分析: 此分析考虑结构的惯性作用,可计算无约束自由结构在静力载荷和加速度作用下产生的准 静态响应。

⑵.非线性静力分析: 在静力分析中除线性外, MSC.NASTRAN还可处理一系列具有非线性属性的静力问题, 主要 分为几何非线性, 材料非线性 及考虑接触状态的非线性如塑性、 蠕变、 大变形、大应变和接触问题等(需非线性模块, 进一步信息见后有关部分)。

2. 屈曲分析

屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷,MSC.NA STRAN中屈曲分析包括: 线性屈曲和非线性屈曲分析。线弹性失稳分析又称特征值屈曲分析; 线性屈曲分析可以考虑固定的预载荷，也可使用惯性释放；非线性屈曲分析包括几何非线性失稳分析, 弹塑性失稳分析, 非线性后屈曲(Snap-through)分析。在算法上,MSC.NASTRAN采用先进的微分刚度概念, 考虑高阶应变-位移关系, 结合MSC.NASTRAN特征值抽取算法可精确地判别出相应的失稳临界点。 该方法较其它有限元软件中所使用的限定载荷量级法具有更高的精确度和可靠性。 此外, MSC.NASTRAN提供了另外三种不同的Arc-Length 方法特别适用于非稳定段 (Snap-Thougth)和后屈曲问题的求解,不但可帮助分析准确地找出失稳点而且还可跟踪计算结构的非稳定阶段及后屈曲点后的响应。 (非线性屈曲分析需非线性分析模块, 进一步信息见后有关部分)

3. 动力学分析

结构动力学分析是MSC.NASTRAN的主要强项之一, 它具有其它有限元分析软件所无法比 拟的强大分析功能。结构动力分析不同于静力分析,常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影 响, 同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。

全面的MSC.NASTRAN动力学分析功能包括: 正则模态及复特征值分析、 频率及瞬态响应分 析、 (噪)声学分析、 随机响应分析、 响应及冲击谱分析、 动力灵敏度分析等。针对于中小及超大型问题不同的解题规模, 用户可选择MSC.NASTRAN不同的动力学方法加以求解。如在处理大型结 构动力学问题时如不利用特征缩减技术将会使解题效率大为降低, MSC开发的独特的通用动力 缩减算法(GDR法)在运算时可自动略去对分析影响不大的自由度,而不必象其它缩减法那样更多地需要由用户进行手工干预。 此外速度更快、 磁盘空间更节省的Sparse矩阵解算器适用所有的动 力分析类型, 半带宽缩减时的自动内部重排序功能及并行向量化的运算方法可使动力解算效率 大大提高。

为求解动力学问题, MSC.NASTRAN提供了求解所需齐备的动力和阻尼单元,如瞬态响应分 析的非线性弹性单元、 各类阻尼单元、 (噪) 声学阻滞单元及吸收单元等。 众多的阻尼类型包括: 结构阻尼、 材料阻尼、 不同的模态阻尼(含等效粘滞阻尼)、(噪)声阻滞阻尼和吸收阻尼、 可变的模态阻尼(等效粘性阻尼,临界阻尼的分数,品质因数)、 离散的粘性阻尼单元、随频率变化的 非线性阻尼器以及动力传递函数，直接矩阵输入、 动力传递函数定义等。MSC.NASTRAN可在时域或频域内定义各种动力学载荷, 包括动态定义所有的静载荷、 强迫位移、 速度和加速度、 初始速度和位移、 延时、 时间窗口、解析显式时间函数、实复相位和相角、 作为结构响应函数的非线性载荷、 基于位移和速度的非线性瞬态加载、 随载荷或受迫运动不同而不同的时间历程等。 模态凝聚法有 Guyan凝聚（静凝聚）， 广义动态凝聚 ，部分模态综合， 精确分析的残余向量。

MSC.NASTRAN的高级动力学功能还可分析更深层、 更复杂的工程问题如控制系统、 流固耦 合分析、 传递函数计算、 输入载荷的快速富里叶变换、 陀螺及进动效应分析(需DMAP模块)、模态综合分析(需Superelement模块)。所有动力计算数据可利用矩阵法、 位移法或模态加速法快速地恢复, 或直接输出到机构仿真或相关性测试分析系统中去。


瑞典Volv850GLT型汽车发动机振动特性分析

MSC.NASTRAN的主要动力学分析功能如:特证模态分析、 直接复特征值分析、 直接瞬态响 应分析、 模态瞬态响应分析、 响应谱分析、 模态复特征值分析、 直接频率响应分析、模态频率响应分析、 非线性瞬态分析、 模态综合、 动力灵敏度分析等可简述如下：

(1). 正则模态分析

用于求解结构的自然频率和相应的振动模态,计算广义质量, 正则化模态节点位移,约束力和 正则化的单元力及应力, 并可同时考虑刚体模态。 具体包括:

a). 线性模态分析又称实特征值分析。 实特征值缩减法包括: Lanczos法、 增强逆迭代法、 Givens法、 改进 Givens法、 Householder法、 并可进行Givens和改进Givens法自动选择、带Sturm 序列检查的逆迭代法, 所有的特征值解法均适用于无约束模型。

b). 考虑拉伸刚化效应的非线性特征模态分析, 或称预应力状态下的模态分析。

(2). 复特征值分析

复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型, 分析过程与实特征值分析 类似。 此外NASTRAN的复特征值计算还可考虑阻尼、 质量及刚度矩阵的非对称性。 复特征值抽 取方法包括直接复特征值抽取和模态复特征值抽取两种:
a). 直接复特征值分析
通过复特征值抽取可求得含有粘性阻尼和结构阻尼的结构自然频率和模态,给出正则化的 复特征矢量和节点的约束力, 及复单元内力和单元应力。主要算法包括elerminated法、Hossen-bery法、 新Hossenbery、 逆迭代法、 复Lanczos法,适用于集中质量和分布质量、 对称与反对称结构,并可利用DMAP工具检查与测试分析的相关性。
MSC.NASTRAN V70.5版中Lanczos算法在特征向量正交化速度上得到了进一步提高, 尤其是在求解百个以上的特征值时, 速度较以往提高了30%。

b). 模态复特征值分析
此分析与直接复特征值分析有相同的功能。 本分析先忽略阻尼进行实特征值分析, 得到模态 向量。 然后采用广义模态坐标,求出广义质量矩阵和广义刚度矩阵, 再计算出广义阻尼矩阵, 形成 模态坐标下的结构控制方程, 求出复特征值。 模态复特征值分析得到输出类型与用直接复特征值 分析的得到输出类型相同。

(3). 瞬态响应分析(时间-历程分析)

瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应， 分为 直接瞬态响 应分析和模态瞬态响应分析。 两种方法均可考虑刚体位移作用。

. 直接瞬态响应分析

该分析给出一个结构对随时间变化的载荷的响应。 结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。 该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分,直接瞬态响应分 析求出随时间变化的位移、 速度、 加速度和约束力以及单元应力。

. 模态瞬态响应分析
在此分析中, 直接瞬态响应问题用上面所述的模态分析进行相同的变换, 对问题的规模进行 压缩。 再对压缩了的方程进行数值积分从而得出与用直接瞬态响应分析类型相同的输出结果。
(4). 随机振动分析
该分析考虑结构在某种统计规律分布的载荷作用下的随机响应。对于例如地震波,海洋波,飞 机或超过层建筑物的气压波动, 以及火箭和喷气发动机的噪音激励, 通常人们只能得到按概率分 布的函数, 如功率谱密度(PSD)函数, 激励的大小在任何时刻都不能明确给出, 在这种载荷作用下 结构的响应就需要用随机振动分析来计算结构的响应。MSC.NASTRAN中的PSD可输入自身或交叉谱密度, 分别表示单个或多个时间历程的交叉作用的频谱特性。计算出响应功率谱密度、自相关 函数及响应的RMS值等。 计算过程中, MSC.NASTRAN不仅可以象其它有限元分析那样利用已知 谱, 而且还可自行生成用户所需的谱。

(5). 响应谱分析
响应谱分析(有时称为冲击谱分析)提供了一个有别于瞬态响应的分析功能,在分析中结构的 激励用各个小的分量来表示, 结构对于这些分量的响应则是这个结构每个模态的最大响应的组合。

. 频率响应分析
频率响应分析主要用于计算结构在周期振荡载荷作用下对每一个计算频率的动响应。计算结 果分实部和虚部两部分。 实部代表响应的幅度, 虚部代表响应的相角。

.直接频率响应分析

直接频率响应通过求解整个模型的阻尼耦合方程, 得出各频率对于外载荷的响应。 该类分析 在频域中主要求解二类问题。 第一类问题是求结构在一个稳定的周期性正弦外力谱的作用下的 响应。 结构可以具有粘性阻尼和结构阻尼, 分析得到复位移、 速度、 加速度、 约束力、 单元力和单元应力。 这些量可以进行正则化以获得传递函数。

第二类问题是求解结构在一个稳态随机载荷作用下的响应。 此载荷由它的互功率谱密度所 定义。 而结构载荷由上面所提到的传递函数来表征。 分析得出位移。加速度。 约束力或单元应力的自相关系数。 该分析也对自功率谱进行积分而获得响应的均方根值。

模态频率响应

模态频率响应分析和随机响应分析在频域中解决的二类问题与直接频率响应分析解决相同 的问题。 结构矩阵用忽咯阻尼的实特征值分析进行了压缩, 然后用模态坐标建立广义刚度和质量 矩阵。 该分析的输出类型与直接频率响应分析得到的输出类型相同。

MSC.NASTRAN V70.5版中增加了模态扩张法(残余矢量法)来估算高阶模态的作用,以确保参加计算的频率数足以使模态法的响应分析的计算精度显著提高。同时在V70.5版中还采用了新的矩阵乘法运算方法, 使模态法的频率响应分析计算速度比以往提高50%。

(7).声学分析
MSC.NASTRAN中提供了完全的流体-结构耦合分析功能。 这一理论主要应用在声学及噪音 控制领域, 例如车辆或飞机客舱的内噪音的预测分析。 进一步内容见后"流-固耦合分析"一节中 的相关部分。

4.非线性分析

正如我们所知,很多结构响应与所受的外载荷并不成比例。 由于材料的非线性,这时结构可能 会产生大的位移。 大转动或两个甚至更多的零件在载荷作用下时而接触时而分离。 要想更精确地 仿真实际问题,就必须考虑材料和几何、边界和单元等非线性因素。 MSC.NASTRAN强大的非线性分析功能为设计人员有效地设计产品、减少额外投资提供了一个十分有用的工具。

以往基于线性的结构分析因过于保守而不能赢得当今国际市场的激烈竞争。很多材料在达 到初始屈服极限时往往还有很大潜力可挖,通过非线性分析工程师可充分利用材料的塑性和韧性。 薄壳结构或橡胶一类超弹性体零件在小变形时受到小阻力,当变形增加时阻力也会随之增大, 所有这些如果用线性分析就不能得到有效的结果。 类似地, 非线性分析还可解决蠕变问题,这点对于高聚合塑性和高温环境下的结构件尤为有用。 接触分析也是非线性分析一个很重要的应用方面, 如轮胎与道路的接触、 齿轮、 垫片或衬套等都要用到接触分析。

⑴. 几何非线性分析
几何非线性分析研究结构在载荷作用下几何模型发生改变、如何改变、几何改变的大小。所 有这些均取决于结构受载时的刚性或柔性。 非稳定段过度、回弹, 后屈曲分析的研究都属于几何 非线性的应用。

在几何非线性分析中, 应变位移关系是非线性的,这意味着结构本身会产生大位移或大的转 动, 而单元中的应变却可大可小。 应力应变关系或是线性或是非线性。

对于极短时间内的高度 非线性瞬态问题包括弹塑性材料。大应变及显式积分等MSC.DYTRAN 可以进一步对MSC.NASTRAN进行补充。 在几何非线性中可包含: 大变形、 旋转、 温度载荷、 动态或定常载荷、拉伸刚化效应等。

MSC.NASTRAN可以确定屈曲和后屈曲属性。 对于屈曲问题, MSC.NASTRAN可同时考虑 材料及几何非线性。 非线性屈曲分析可比线性屈曲分析更准确地判断出屈曲临界载荷。对于后屈 曲问题MSC.NASTRAN提供三种Arc-Length方法(Crisfield法, Riks法和改进Riks法)的自适应混合 使用可大大提高分析效率。

此外在众多的应用里, 结构模态分析同时考虑几何刚化和材料非线性也是非常重要的。这一 功能MSCNASTRAN称之为非线性正则模态分析。

(2). 材料非线性分析
当材料的应力和应变关系是非线性时要用到这类分析。 包括非线性弹性(含分段线弹性 )、 超 弹性、 热弹性、 弹塑性、 塑性、 粘弹/塑率相关塑性及蠕变材料,适用于各类各向同性、各向异性、具有不同拉压特性(如绳索)及与温度相关的材料等。 对于弹/塑性材料既可用Von Mises也可用Tresca屈服准则; 土壤或岩石一类材料可用Mohr Coulomb或Drucker-Prager屈服准则; Mooney-Rivlin超弹性材料模型适用于超弹性分析,在MSC.NASTRAN可定义5阶、25个材料常数并可通过应力应变 曲线自动拟合出所需的材料常数等屈服准则;对于蠕变分析可利用ORNL定律或Rheological进行模拟,并同时考虑温度影响。任何屈服准则均包括各向同性硬化。运动硬化或两者兼有的硬化规律。

(3). 非线性边界(接触问题)
平时我们经常遇到一些接触问题, 如齿轮传动、 冲压成形、 橡胶减振器、 紧配合装配等。 当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。 由接触产生的力同样具有非线性属性。对这些非线性接触力, MSC.NASTRAN提供了两种方法: 一是三维间隙单元(GAP), 支持开放，封闭或带摩擦的边界条件; 二是三维滑移线接触单元， 支持接触分离，摩擦及滑移边界条件。 另外, 在MSC.NASTRAN的新版本中还将增加全三维接触单元。

（4）.非线性瞬态分析

非线性瞬态分析可用于分析以下三种类型的非线性结构的非线性瞬态行为。

考虑结构的材料非线性行为:塑性,Von Mises屈服准则, Tresca屈服准则, Mohr-Coulomb屈服准则, 运动硬化, Drucker-Prager 屈服准则,各项同性硬化(isotropic hardening ),大应变的超弹性材料, 小应变的非线性弹性材料, 热弹性材料(Thermo-elasticity ), 粘塑性(蠕变) ,粘塑性与塑性合并。

几何非线性行为:大位移,超弹性材料的大应变, 追随力。

包括边界条件的非线性行为:结构与结构的接触(三维滑移线),缝隙的开与闭合, 考虑与不考虑摩擦,强迫位移。

(5). 非线性单元

除几何、材料、边界非线性外, MSC.NASTRAN还提供了具有非线性属性的各类分析单元 如非线性阻尼、弹簧、接触单元等。 非线性弹簧单元允许用户直接定义载荷位移的非线性关系。

非线性分析作为MSC.NASTRAN的主要强项之一, 提供了丰富的迭代和运算控制方法, 如 Newton－Rampson法、改进Newton法、Arc-Length法、Newton和ArcLength混合法、两点积分 法、Newmark β法及非线性瞬态分析过程的自动时间步调整功能等,与尺寸无关的判别准则可 自动调整非平衡力、位移和能量增量, 智能系统可自动完成全刚度矩阵更新, 或Quasi-Newton更 新, 或线搜索, 或二分载荷增量(依迭代方法)可使CPU最小,用于不同目的的数据恢复和求解。 自 动重启动功能可在任何一点重启动,包括稳定区和非稳定区。

5. 热传导分析

热传导分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性, 利用MSC.NAST RAN可以计算出结构内的热分布状况,并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。用户可通过 改变发热元件的位置、提高散热手段、或绝热处理或用其它方法优化产品的热性能。

MSC.NASTRAN提供广泛的温度相关的热传导分析支持能力。 基于一维、二维、三维热分 析单元, MSC.NASTRAN可以解决包括传导、对流、辐射、相变、热控系统在内所有的热传导现 象,并真实地仿真各类边界条件, 构造各种复杂的材料和几何模型, 模拟热控系统, 进行热-结构耦 合分析。

MSC.NASTRAN提供广泛的自由对流的变界条件有: 随温度变化的热交换系数, 随热交换 系数变化的加权温度梯度, 随时间变化的热交换系数, 非线性函数形式, 加权层温度; 强迫对流有: 管流体流场关系 H(Re,Pr), 随温度变化的流体粘性, 传导性和比热容(specific heat ), 随温度变化的 质量流率, 随时间变化的质量流率, 随质量流率变化的加权温度梯度; 辐射至空间:随温度变化的发射率和吸收率，随波长变化的发射率和吸收率，随时间变化的交换, 辐射闭合, 随温度变化的发射率, 随波长变化的发射率, 考虑自我和第三体阴影的三维散射角系数计算, 自适应角系数计算, 净角系数, 用户提供的交换系数, 辐射矩阵控制, 多辐射闭合; 施加的热载荷:方向热流，表面法向热流, 节点能量, 随温度变化的热流, 随热流变化的加权温度梯度,随时间变化的热流; 温度变界条件: 稳态分析指定常温变界条件, 瞬态分析指定时变温变界条件；初始条件:非线性稳态分析的起始温度, 所有瞬态分析的起始温度; 热控制系统: 自由对流热交换系数的当地。远程和时变控制点, 强迫对流质量流率的当地。远程和时变控制点, 热流载荷的当地。远程和时变控制点, 内热生成的当地。远程和时变控制点,瞬态非线性载荷函数,精确传导代数约束温度关系; MSC.NASTRAN输出图象显示: 传导和变界表面单元的热流,节点温度随时间的变化曲线,节点焓随时间的变化曲线, 等温线。

另外,MSC.NASTRAN 提供的重启动功能,可直接矩阵输入至传导和热容矩阵,集中质量和离散导体。

MSC.NASTRAN提供了适于稳态或瞬态热传导分析的线性、非线性两种算法。 由于工程界很 多问题都是非线性的, MSC.NASTRAN的非线性功能可根据选定的解算方法自动优选时间步长。

⑴． 线性/非线性稳态热传导分析

基于 稳态的线性热传导分析一般用来求解在给定热载和边界条件下, 结构中的温度分布,计 算结果包括节点的温度， 约束的热载和单元的温度梯度, 节点的温度可进一步用于计算结构的响 应; 稳态非线性热传导分析则在包括了稳态线性热传导的全部功能的基础上, 额外考虑非线性辐 射与温度有关的热传导系数及对流问题等。

⑵． 线性/非线性瞬态热传导分析

线性/非线性瞬态热传导分析用于求解时变载荷和边界条件作用下的瞬态温度响应, 可以考 虑薄膜热传导、非稳态对流传热及放射率、吸收率随温度变化的非线性辐射。

⑶． 相变分析

该分析作为一种较为特殊的瞬态热分析过程,通常用于材料的固化和溶解的传热分析模拟, 如金属成型问题。在MSC.NASTRAN中将这一过程表达成热焓与温度的函数形式, 从而大大提 高分析的精度。

⑷． 热控分析

MSC.NASTRAN可进行各类热控系统的分析,包括模型的定位、删除、时变热能控制等,如 现代建筑的室温升高或降低控制。 自由对流元件的热传导系数可根据受迫对流率、 热流载荷、 内热生成率得到控制， 热载和边界条件可定义成随时间的非线性载荷。

6．空气动力弹性及颤振分析

气动弹性问题是应用力学的分支,涉及气动、 惯性及结构力间的相互作用, 在MSC.NASTRAN 中提供了多种有效的解决方法。 人们所知的飞机、 直升机、 导弹、斜拉桥乃至高耸的电视发射塔、烟囱等都需要气动弹性方面的计算。

MSC.NASTRAN的气动弹性分析功能主要包括: 静态和动态气弹响应分析、 颤振分析及气弹优化。

⑴. 静动气弹响应分析

气弹响应分析计算结构在亚音速下在离散或随机二维阵风场中的响应, 输出包括位移、应力、 或约束力、加速度可以从阵风断面的二阶时间导数的响应来获得, 随机阵风分析给出响应功率 谱密度、 均方根和零交平均频率。

⑵. 气动颤振分析

空气动力颤振分析考虑空气弹性问题的动力稳定性。 它可以分析亚音速或超音速流。 系统求 出一组复特征解, 提供可用五种不同的气动力理论,包括用于亚音速的Doublet Lattice理论。 Strip 理论以及用于超音速的Machbox理论、 Piston理论、 ZONA理论等。 对于稳定性分析系统提供三种不同的方法: 二种美国方法(K法, KE法)和一种英国方法(PK法),输出包括阻尼、 频率和每个颤振 模态的振型。

⑶. 气弹优化分析

在MSC.NASTRAN中, 气弹分析与设计灵敏度和优化功能的完美集成为气弹分析提供了更 强有力的设计工具。 气弹灵敏度分析主要用来确定结构响应的改变如位移、速度等对结构气动 特性的影响程度。 气弹优化则是依据气弹响应及灵敏度分析的数据自动地完成满足某一设计变 量(如: 应力、 变形、 或颤振特性)的设计过程。

7. 流-固耦合分析

流-固耦合分析主要用于解决流体(含气体)与结构之间的相互作用效应。MSC.NASTRAN中拥 有多种方法求解完全的流-固耦合分析问题, 包括: 流-固耦合法、 水弹性流体单元法、 虚质量法。

⑴. 流-固耦合法

流-固耦合法广泛用于声学和噪音控制领域中,如发动机噪声控制、汽车车厢和飞机客舱内 的声场分布控制和研究等。分析过程中,利用直接法和模态法进行动力响应分析。 流体假设是无 旋的和可压缩的, 分析的基本控制方程是三维波方程, 二种特殊的单元可被用来描述流-固耦合 边界。 此外, MSC.NASTRAN新增加的(噪)声学阻滞单元和吸收单元为这一问题的分析带来了极 大方便。

(噪)声学载荷由节点的压力来描述, 其可以是常量, 也可以是与频率或时间相关的函数, 还 可以是声流容积、通量、流率或功率谱密度函数。 由不同的结构件产品的噪声影响结果可被分 别输出。

⑵.水弹性流体单元法

该方法通常用来求解具有结构界面、可压缩性及重力效应的广泛流体问题。 水弹性流体单 元法可用于标准的模态分析、瞬态分析、复特征值分析和频率响应分析。 当流体作用于结构时, 要求必须指出耦合界面上的流体节点和相应的结构节点。 自由度在结构模型中是位移和转角,而 在流体模型中则是在轴对称坐标系中调和压力函数的傅利叶系数。

类似于结构分析,流体模型产生"刚度"和"质量"矩阵, 但具有不同的物理意义。 载荷、约束、 节点排序或自由度凝聚不能直接用于流体节点上。

⑶. 虚质量法

虚质量法主要用于以下流-固耦合问题的分析：
结构沉浸在一个具有自由液面的无限或半无限液体里。
容器内盛有具有自由液面的不可压缩液体。
以上二种情况的组合, 如船在水中而舱内又装有不充满的液体。
用结构单元来描述, 这个模型可以是一边或二边被同一液体或不同液体所浸润。

忽略液面重力效应。 这种近似处理对于结构频率高于液体晃动频率是有效的。 该分析假设液 体密度是常量(无层间变化), 流体是无旋的(无粘性),并且是稳定的(如同空气动力中一样),同时是线性的。

8. 多级超单元分析

超单元分析是求解大型问题一种十分有效的手段,特别是当工程师打算对现有结构件做 局部修改和重分析时。超单元分析主要是通过把整体结构分化成很多小的子部件来进行分析, 即将结构的特征矩阵(刚度、传导率、质量、比热、阻尼等)压缩成一组主自由度类似于子结构 方法,但较其相比具有更强的功能且更易于使用。 子结构可使问题表达简单、计算效率提高、计 算机的存储量降低。超单元分析则在子结构的基础上增加了重复和镜像映射和多层子结构功能, 不仅可单独运算而且可与整体模型混合使用, 结构中的非线性与线性部分分开处理可以减小非 线性问题的规模。 应用超单元工程师仅需对那些所关心的受影响大的超单元部分进行重新计算, 从而使分析过程更经济、更高效,避免了总体模型的修改和对整个结构的重新计算。MSC.NASTR AN优异的多级超单元分析功能在大型工程项目国际合作中得到了广泛使用, 如飞机的发动机、 机头、机身、机翼、垂尾、舱门等在最终装配出厂前可由不同地区和不同国家分别进行设计和生产, 此间每一项目分包商不但可利用超单元功能独立进行各种结构分析,而且可通过数据通讯 在某一地利用模态综合技术通过计算机模拟整个飞机的结构特性。

多级超单元分析是MSC.NASTRAN的主要强项之一, 适用于所有的分析类型, 如线性静力分 析、 刚体静力分析、 正则模态分析、 几何和材料非线性分析、 响应谱分析、 直接特征值、 频率响应、 瞬态响应分析、 模态特征值、 频率响应、 瞬态响应分析、 模态综合分析(混合边界方法和自由边界方法)、设计灵敏度分析、 稳态、 非稳态、 线性、 非线性传热分析等。

模态综合分析: 模态综合分析需要使用超单元,可对每个受到激励作用的超单元分别进行分析, 然后把各个 结果综合起来从而获得整个结构的完整动态特性。超单元的刚度阵、质量阵和载荷阵可以从经验或计算推导而得出。结构的高阶模态先被截去,而后用静力柔度或刚度数据恢复。 该分析对大 型复杂的结构显得更有效(需动力学分析模块)。
9.高级对称分析

针对结构的对称、反对称、轴对称或循环对称等不同的特点, MSC.NASTRAN提供了不同的 算法。 类似超单元分析, 高级对称分析可大大压缩大型结构分析问题的规模, 提高计算效率。

⑴. 对称分析

如果结构具有对称性则有限元模型的可以被减小, 进而节省计算时间。 每增加一个对称面, 有限元模型就相应地减小近乎一半, 例如当结构有一个对称面时人们只要算一半模型,而当结构 有两个对称面时人们只需算1/4模型就可得到整个模型的受力状况。

对称分析一般包括对称和反对称分析两种。MSC.NASTRAN可帮助工程师方便地在结构或 有限元模型上施加各种对称或反对称载荷及边界条件。

⑵. 轴对称分析

压力容器及其它一些类似的结构通常是由钣壳或平面绕某一轴线旋转而得到的,具有轴对称 性。此时结构的位移仅仅沿着半径方向，有限元模型简化到只需要我们分析结构的一个截面就够了。轴对称分析一般适用于线性及超弹性问题的分析。

⑶. 高级循环对称分析

很多结构, 包括旋转机械乃至太空中的雷达天线, 经常是一些由绕某一轴循环有序周期性排 列的特定的结构件组成, 对于这类结构通常就要用循环对称或称之为旋转对称方法进行结构分 析。在分析时仅需要选取特定的结构件即可获得整个组件结构的计算结果,减少计算和建模的时 间。这部分结构可绕某一轴旋转生成整个结构。 循环对称可分二种对称类型,即简单循环对称和循 环复合对称。简单旋转对称中, 对称结构件没有平面镜像对称面且边界可以有双向弯曲曲面;复 合循环对称中, 每个对称结构件具有一个平面镜像对称面,且对称结构件之间的边界是平面。循环 对称分析通常可解决线性静力、模态、屈曲及频率响应分析等问题。

10. 设计灵敏度及优化分析

设计优化是为满足特定优选目标如最小重量、最大第一阶固有频率或最小噪声级等等的综合设计过程。 这些优选目标称之为设计目标或目标函数。优化实际上含有折衷的含义,例如结构设计的更轻就要用更少的材料, 但这样一来结构就会变得脆弱, 因此就要限制结构件在最大许用应力下或最小失稳载荷下等的外形及尺寸厚度。 类似地, 如果要保证结构的安全性就要在一些关键区域增加材料, 但同时也意味着结构会加重。最大或最小许用极限限定被称之为约束。

设计变量是一组在设计过程中为产生一个优化设计可不断改变的参数。MSC.NASTRAN中的 设计变量包含形状和尺寸两大部分。 形状设计变量(如边长、半径等)直接与几何形状有关, 在设计 过程中可改变结构的外形尺寸;尺寸设计变量(如板厚、 凸缘、 腹板等)则一般不与几何形状直接发 生关系, 也不影响结构的外形尺寸。 设计优化意味着有在满足约束的前提下产生最佳设计的可能 性。 MSC.NASTRAN拥有强大、高效的设计优化能力, 其优化过程由设计灵敏度分析及优化两大 部分组成，可对静力、模态、屈曲、瞬态响应、频率响应、气动弹性和颤振分析进行优化。 有效的优化算法允许在大模型中存在上百个设计变量和响应，特点如下：

设计变量连接: 多个设计变量可链接与一起
近似方法:提供三种方法
强大的优化算法: 提供三种方法
约束的删除和重新安排: 只有临界约束被保留
重启动:优化分析可从一个完整的周期开始而且继续下去
可调整的收敛精度和改变极限: 为了更快收敛
希疏矩阵求解器: 速度快,所需磁盘空间小
共轭敏度分析
模态跟踪
除了具有这种用于结构优化和零部件详细设计过程的形状和尺寸优化设计的能力外, MSC. NASTRAN的70.5版又集成了适于产品概念设计阶段的拓扑优化功能,以最小平均柔度或指定阶数的最大特征频率、计算频率与指定频率的最小频率差为目标函数, 在一定体积约束下, 寻找最优的孔洞尺寸和壳体或实体单元的方向厚度, 可用于静力和模态分析的拓扑形状优化。

MSC.NASTRAN所集成的从概念设计的拓扑优化到详细设计的形状和尺寸优化的统一环境, 为产品设计提供了完整的优化设计功能。

(1). 设计灵敏度分析

设计灵敏度分析是优化设计的重要一环, 可成倍地提高优化效率。 这一过程通常可计算出结 构响应值对于各设计变量的导数, 以确定设计变化过程中对结构响应最敏感的部分, 帮助设计工 程师获得其最关心的灵敏度系数和最佳的设计参数。 灵敏度响应量可以是位移、 速度、 加速度、 应力、 应变、 特征值、 屈曲载荷因子、 声压、 频率 等, 也可以是各响应量的混合。 设计变量可取任何单元的属性如厚度、形状尺寸、面积、二次惯性矩或节点坐标等。 在灵敏度分析的基础上, 设计优化可以快速地给出最优的设计变量值。

MSC.NASTRAN V70中增加的新功能, 采用共轭灵敏度分析代替直接的灵敏度分析, 使解决 诸如几十万个以上自由度, 几百个参与频率, 并考虑上百个设计变量的多种工况组合的动力响应优化成为现实。

(2). 设计优化分析

设计优化分析允许不限数量的设计变量和用户自定义的目标函数、约束和响应方程, 除了 输入大家所熟知的"分析模型"之外,还需要输入"设计模型"。设计模型是一个用设计变量和结构响 应值以数学方式来描述的一个优化问题不仅与分析模型有关, 并且也与这个分析模型的结构响 应有关。先依用户提供的初始设计开始进行结构分析,获得结构响应 (如应力、 位移、 固有频率等)后, 确定设计变量对结构响应的灵敏度,这些灵敏度数据被送入一个数值优化求解过程以得到一 个改进了的设计。 在这个新设计的基础上, 修改分析模型开始一个新的迭代优化循环过程直到满 足优化设计要求。 MSC.NASTRAN V70中设计优化分析允许无用的工况, 使优化过程效率更改。

MSC.NASTRAN的优化功能几经重大改进并实现了形状优化, 成为强大的多物理过程的优 化工具。 优化涉及多种分析类型如: 静力优化、 特征值优化、 屈曲优化、 直接/模态频率优化、气弹和颤振优化、 声学(噪声)优化、 超单元优化分析等。 除此之外, 用户还可根据自己的设计要求和优化目标, 在软件中方便地写入自编的公式或程序进行优化设计。

(3).拓扑优化分析

拓扑优化是与参数化形状优化或尺寸优化不同的非参数化形状优化方法。在产品概念设计阶段, 为结构拓扑形状或几何轮廓提供初始建议的设计方案。MSC.NASTRAN现有的拓扑优化能够完成静力和正则模态分析。拓扑优化采用Homogenizaion 方法, 以孔尺寸和单元方向为设计变量, 在满足结构设计区域的剩余体积（质量）比的约束条件下,对静力分析满足最小平均柔度或最大平均刚度, 在模态分析中, 满足最大基本特征值或指定模态与计算模态的最小差。目前的拓扑优化设计单元为一阶壳元和实体单元。集成在MSC.NASTRAN中的拓扑优化, 通过特殊的DMAP工具,建立了新的拓扑优化求解序列。在MSC.PATRAN中专门的拓扑优化preference, 支持拓扑优化建模和结果后处理。

利用MSC.NASTRAN高级单元技术和静力分析, 模态分析的有效解法, 可以非常有效地求解大规模的拓扑优化模型。(另需MSC的Optishape或Construct软件)

11． 复合材料分析

在MSC.NASTRAN中具有很强的复合材料分析功能, 并有多种可应用的单元供用户选择。 借助于MSC.PATRAN, 可方便地定义如下种类的复合材料, 层合复合材料, 编织复合材料（Rule-of-Mixtures）,Halpin-Tsai连续纤维复合材料, Halpin-Tsai不连续纤维复合材料, Halpin-Tsai连续 带状复合材料, Halpin-Tsai不连续带状复合材料, Halpin-Tsai粒状复合材料, 一维短纤维复合材料和二维短纤维复合材料。所有这些维短纤维复合材料, 除层合复合材料外, 在MSC.NASTRAN中均等效为均质各向同性弹性材料。 判辨复合材料失效准则包括: Hill理论、 Hoffman理论、 Tsai-Wu理论和最大应变理论。 MSC.NASTRAN的复合材料分析适于所有的分析类型。

12. P-单元及H、P、H-P自适应

早在1986年MSC公司就开发出了P单元算法, 命名为MSC.PROBE,历经十多年的应用和改进 而完善,该算法正逐步移入MSC.NASTRAN中。 H-法是我们在以往有限元分析中经常使用的算法, 其特点是适用于大多数分析类型, 对于高应力区往往要通过网格的不断加密细化来满足分析精 度。 与H-法相比, P-单元算法则是通过提高单元阶次减少高应力区的单元划分数量, P法是通过减 少单元划分数量提高形函数的阶次来保证求解精度。 P法网格划分的规模一般仅相当于H-法的 1/10或更小, 且对形状极不规则的模型仍能给出精确解。 在MSC.NASTRAN中, P-单元的阶次可9 阶、3个方向不同的阶次, 并允许同一模型中H-法与P-法混合使用而不存在单元相溶性问题。 此 外, 根据用户定义的误差容限, MSC.NASTRAN的P自适应算法可通过应力不连续、能量密度和残 余应力估计分析中的误差, 自动地调整形函数阶次进行计算直到满足误差精度为止。

13．MSC.NASTRAN 的高级求解方法

MSC.NASTRAN能有效地求解大模型, 其稀疏矩阵算法速度快而且占用磁盘空间少, 内节 点自动排序以减小半带宽 , 再启动能利用以前计算的结果。

并行计算以及线性静力, 正则模态分析, 模态及直接频率响应分析的分布式并行计算极大地提高分析速度, 复特征值问题速度提高3倍以上, 虚拟质量计算速度提高2倍以上, 静力气弹分析（SOL 144）速度提高30%以上。

四 MSC.NASTRAN的单元库

针对实际工程应用, MSC.NASTRAN中开发了有近70余种单元独特的单元库。MSC.NASTRAN采用MSC自行开发的"单元派生技术", 可根据解题问题的需要通过变换单元缺省参数获得。较拥有 100多种单元的其它有限元分析软件相比更多、更灵活、 更高效的分析单元, 所有这些单元可 满足MSC.NASTRAN各种分析功能的需要, 且保证求解的高精度和高可靠性。 这意味着一旦模型 建好了, MSC.NASTRAN就可毫无困难地用于不同类型的分析, 如动力学、 非线性分析、灵敏度分 析、热分析等等。 而当分析类型改变时,也仅仅需要很少的一些参数修改。 此外,MSC.NASTRAN的新版本中还增加了更为完善的梁单元库, 同时新的基于P单元技术的界面单元的引入, 可有效地处理网格划分的不连续性(如实体单元与板壳单元的连接), 并自动地进行MPC约束。MSC.NASTRAN的RSSCON连接单元可将壳-实体自动连接, 使组合结构的建模更加方便。

五 用户化开发工具DMAP语言
作为开放式体系结构 MSC.NASTRAN的开发工具DMAP语言 (Direct Matrix Abstraction Program)有着30多年的应用历史,它不同于其它软件所用的宏命令语言可深入MSC.NASTRAN的 内核。 一个DMAP模块可由成千上万个FORTRAN子程序组成, 并采用高效的方法来处理矩阵。 实 际上MSC.NASTRAN是由一系列DMAP子程序顺序执行来完成的。DMAP能帮助用户改变或直接产生新的求解序列,通过矩阵的合并、 分离、 增加、 删除、 或将矩阵输出到有限元后处理、 机构分析、 测试相关性等一些外部程序中,DMAP还允许在MSC.NASTRAN中直接执行外部程序。另外,用户还可利用DMAP编写用户化程序, 作数据库流程。

tongxi224

我是第一个？？太长了~~~你就直接说它有什么突出的特点不就好了

xgwl

好啊~~~

zjsuman

这样才能让大家有个系统的认识，不是吗，二楼的兄弟！
谢谢斑竹的鼓励。

alik

太长了，有好多没看懂。
汗。

lliyany

累！不过辛苦了

ww8658

写得很好，不过我觉得不太全面，比如
结构计算、辅助设计类软件简介（II）里面只介绍了MSC的系列产品，其它的较著名的还有：
ABAQUS，ANSYS(就正式用户来说，国内用这个可能会比MSC系列的多些)等。