MD_Nastran

2 MD Nastran 全球功能最强、应用最广的多学科仿真平台 在今天多样化激烈竞争的市场环境中，企业需要在最短的 时间内设计和验证产品性能，将最好的产品以最快的速度投放 市场。企业设计研发部门所使用的传统的工程分析方法是利用 点分析工具，近似地模拟产品在现实环境中的行为，但是通常 情况下，产品的性能总是受到多种物理环境的同时影响，用户 使用单一分析工具往往不能准确充分地模拟产品的真实性能。 为了解决这个问题，进一步提升产品的竞争力，从而使企业更 好的适应市场需求，MSC推出了多学科（MD）分析技术，大 大减少仿真分析与实际工作环境之间的差距，确保准确模拟真 实的世界，MD技术是MSC.Software公司企业级解决MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714199063432_1的核 心和基础，MSC.Software的企业仿真方案使用详细的数字产品 模型模拟并验证产品各个方面的性能、制定和跟踪严格的设计 目标、沟通协调产品开发，从而使产品创新和质量提高到一个 最具竞争力的新水平。 一. 什么是MD Nastran Nastran是美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，简称NASA，又称美国宇航局）为适应 各种工程分析问题而开发的多用途有限元分析程序。这个系统 称为NASA Structural Analysis System，命名为Nastran。 20世纪 60年代初，美国宇航局为登月需要，决定使用有 限元法开发大型结构分析系统，并能在当时所有大型计算机上 运行。MacNeal-Scherndler Corporation（即MSC公司）是开发 小组主要成员。Nastran程序最早在 1969年通过 COSMIC （Computer Software Management and Information Center）对外发 行，一般称为 COSMIC.Nastran。之后又有各种版本的Nastran 程序发行，其中以MSC公司所开发的MSC.Nastran程序用户最 为广泛。长期以来MSC.Nastran已成为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 版的Nastran，是全 球应用最广泛的分析程序之一。 为了迎合企业准确充分地模拟产品的真实性能的需求，结 合当今计算方法、计算机技术的最新发展，从2001年以来，MSC. Software投入了大量的研发力量于进行MD技术研发，在 2006 年成功发布了新一代的多学科仿真工具MD Nastran，在继承原 有MSC Nastran强大功能的基础上，陆续集成了Marc、Dytran、 Sinda、Dyna和Actran等著名软件的先进技术，大大增强了高 级非线性、显式非线性、热分析、外噪声分析等功能。 通过提供极限的并行设计仿真能力，MD Nastran使企 业能够： ♦ 产品更快速投放市场产品更快速投放市场产品更快速投放市场产品更快速投放市场产品更快速投放市场—快速透彻了解整个设计性能， 能够使设计环节速度更快和使整个方案时间缩短 50%以上。 ♦ 更低的制造成本更低的制造成本更低的制造成本更低的制造成本更低的制造成本—在设计过程中更早地了解设计产品 的性能，从而能够在设计获批准之前发现和修改缺陷。同时，能 够更早地确定可加工性、优化制造环节时间、减少材料余量和 防止不必要设备的投资。 ♦ 提高分析效率提高分析效率提高分析效率提高分析效率提高分析效率— 对共同分析数据模型的支持，避免 了在不同学科仿真之间手工传递信息和数据。 3 ♦ 改善产品质量和降低维护成本改善产品质量和降低维护成本改善产品质量和降低维护成本改善产品质量和降低维护成本改善产品质量和降低维护成本— 通过对多学科之 间复杂交互作用的准确描述，MD Nastran仿真结果更准确地反 映了真实结果，消除了使用过程中意想不到的操作错误。 MD Nastran具备多学科优化的能力，并具有处理大规模问 题和提升高性能计算效能的强大能力。针对制造商对越来越复 杂模型进行交互多学科分析的需要，MD Nastran提供的关键功 能可以提高设计效率和完善 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 管理。 MD Nastran的优化功能具有尺寸、形状、拓扑等的组合 优化能力，可以提高整个设计效率和并预测产品全生命周期内 的性能。MD Nastran独特的优化序列能够综合考虑各种工况， 例如静态NVH加内外噪声，从而可更准确地确定设计的鲁棒 稳健性。 只有MD Nastran在仿真时支持多学科之间的交互作用和耦 合效应。无论是线性、非线性、运动学，还是显式动力学，MD Nastran都能够让多种学科一起工作，从而准确地、适时地在多 学科之间提供正确的工程和力学反馈。 二. MD Nastran的功能模块 MD Nastran 结构包结构包结构包结构包结构包 MD Nastran基本模块 MD Nastran与Adams集成接口 MD Nastran连接单元 MD Nastran动力学模块 MD Nastran热传导 MD Nastran动力学设计分析方法 MD Nastran共享内存的并行分析 MD Nastran DMAP语言 MD Nastran线性接触 MD Nastran非线性模块 MD Nastran隐式非线性（sol600） MD Nastran 隐式非线性形状记忆材料 MD Nastran 隐式非线性形半立方视角系数 MD Nastran 内声场模块 MD Nastran 设计优化 MD Nastrtan拓扑优化 MD Nastran ACMS（自动部件模态综合法） MD Nastran超单元 MD Nastran 航空航天包航空航天包航空航天包航空航天包航空航天包 MD Nastrann转子动力学 MD Nastran气弹 I MD Nastran 显式包显式包显式包显式包显式包 MD Nastran LS-DYNA转换器 MD Nastran显式非线性（SOL700） MD Nastran 显式非线性并行第 2个 CPU MD Nastran专家包专家包专家包专家包专家包 MD Nastran高级非线性(SOL 400) MD Nastran 线性结构包线性结构包线性结构包线性结构包线性结构包 MD Nastran基本模块 MD Nastran与Adams集成接口 MD Nastran连接单元 MD Nastran动力学模块 MD Nastran热传导 MD Nastran动力学设计分析方法 MD Nastran共享内存的并行分析（SMP） MD Nastran DMAP语言 MD Nastran线性接触 MD Nastran非线性模块 MD Nastran内声场模块 MD Nastran超单元 MD Nastran隐式非线性包隐式非线性包隐式非线性包隐式非线性包隐式非线性包(SOL 600) MD 隐式非线性(SOL 600) MD Nastran Marc转换器 MD Nastran 隐式非线性形状记忆材料 MD Nastran 隐式非线性形半立方视角系数 MD Nastran 隐式非线性并行第 2个CPU MD Nastran优化包优化包优化包优化包优化包 MD Nastran 设计优化 MD Nastran 拓扑优化 MD Nastran 隐式隐式隐式隐式隐式HPC包包包包包(4CPUs) MD Nastran ACMS（自动部件模态综合法） MD Nastran分布式并行计算（DMP） MD Nastran 隐式非线性并行第 2个 CPU MD Nastran 隐式非线性并行 第 3个 CPU MD Nastran 隐式非线性并行 第 4个 CPU MD Nastran 隐式隐式隐式隐式隐式HPC包包包包包(5+ CPUs) MD Nastran ACMS（自动部件模态综合法） MD Nastran分布式并行计算（DMP） MD Nastran 隐式非线性第 5个 CPU MD Nastran 隐式非线性第 6个CPU MD Nastran 隐式非线性第 7个CPU MD Nastran 隐式非线性第 8个CPU 其它可选模块其它可选模块其它可选模块其它可选模块其它可选模块 MD Nastran Krylov 求解器 MD Nastran外噪声分析 MD Nastran 气弹 II MD Nastran高级 PFA (Progressive Failure Analysis) MD Nastran 显式非线性HPC包(4 CPUs) MD Nastran 显式非线性HPC包(16 CPUs) MD Nastran 显式非线性HPC包(32 CPUs) MD Nastran 显式非线性HPC包(33+ CPUs) 4 三. MD 特点 1．公共的数据模型，共同的框架 目前用于工程分析的CAE软件很多，无论是结构、流体、 噪声、电磁，还是多体动力学和控制方面，都有相应的分析软 件，由于各自平台的差异，需要分别建立各学科的CAE模型。 相比将多个独立的仿真工具捆绑在一起分析的方法，MD可以 减少50%的仿真时间，这主要是因为用户现在可以在一个公共 的数据模型上来完成各类仿真。由于基于系统级的公共模型同 时对多个学科的物理过程进行了 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 述，因此MD允许所有的设 计人员从通用的模型中调用数据。但这并不意味着所有学科都 用完全一样的模型，而是意味着能够从一个模型中提取出所需 的载荷和约束来完成各类仿真。MD根据相互耦合的学科类型 来决定分析是同时的、集成的、交叉的还是松散的耦合。而且 MD还可以扩展功能，使用统一的用户子程序，更加开放，更适 合二次开发。 2．多学科仿真 对于单个学科专家仍然要通过许多离散的分析步骤来模拟 仿真学科之间的复杂交互作用这样必然会带来信息传输的丢失、 降低模拟的精度。工程师有时还手工传递计算信息，或者将运动 的信息作为静态的信息来施加到系统中，这个过程可重复性差， 人为错误也难以避免。MD是通过链式分析方法模拟多种物理场 之间的相互作用。无论是线性、非线性、运动、CFD，还是显式 非线性动力学，MD允许多学科在求解器内核上的集成仿真，而 不是仅仅简单地相互之间进行连接。它已完全超越传统的多物理 场系统，将多种学科进行深层次的链接 /集成。 3．高性能计算 10年前，我们还在为CAE分析模型规模的限制找各种简化 的方法，而现在，进行上千万自由度有限元模型的线性、振动、 噪声、非线性分析已经是很平常的一件事情。MD Nastran是第 一个真正将软件移植到ILP- 64系统，消除了以往的仿真 工具对物理内存利用能力的 限制，MD Nastran可以充分 利用硬件平台的物理内存， 大幅度提高计算效率。MD Nastran运行性能针对 64位 的超级计算机平台进行了专 门的优化，复杂的、超大规 模的模型仍可以通过多个 64位处理器并行计算而得以仿真。 MD Nastran进行了算法优化以充分利用并行和64位计算结构的 革新带来的好处，以便于快速地得到极其复杂工程问题的准确 结果。优化了在 6 4 位超级计算环境中的运行性能后，M D Nastran既可以做简单的线性静力分析，也能够做数百万自由度 的极其复杂的瞬态非线性分析。如图所示的发动机模型，共有 2千4百万个自由度，在小型机上运算，采用新加的迭代求解器， 不到 50分钟就能求解一个线性静力载荷工况。 发动机模型 4．实现真正的多学科优化 MD Nastran的优化功能具有尺 寸、形状、拓扑、形貌等优化能力以 及组合优化能力，可以提高整个设 计效率并预测产品全生命周期内的 性能。MD Nastran独特的优化序列 能够综合考虑各种工况，例如静力、 屈曲、动力学、NVH、内外噪声等， 进行鲁棒性优化设计。 ♦ 有效的优化技术 -尺寸，形状，拓扑，形貌和Topometry 优化 ♦ 在优化中可以定义粘接接触 ♦ 非线性优化 ♦ 随机仿真功能 ♦ 设计响应跨越多学科，同时访问尺寸，形状和拓扑优化 的高级系统优化 四.MD Nastran软件功能 1. 基本功能 MD Nastran的基本模块支持各种 材料模式的线性分析,包括：均质各向 同性材料、正交各向异性材料、各向异 性材料和随温度变化的材料等。 ♦ 具有惯性释放的静力分析： 考虑结构的惯性作用，可计算无约束 5 自由结构在静力载荷和加速度作用下产生的准静态响应 ♦ 线性静力分析中，可以定义接触和粘接，为装配体的线 性分析提供了方便且精确的方法。 ♦ 线性屈曲：可以考虑固定的预载荷，也可使用惯性释放。 ♦ 正则模态分析 2. 动力学分析 结构动力学分析是MD Nastran的最主要强项之一，它具有 其它有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。MD Nastran 动力学分析功能包括时间域的瞬态响应和频率域的频率响应分 析，方法有直接积分法和模态法，同时考虑各种阻尼如结构阻 尼、材料阻尼和模态阻尼效应的作用。MD Nastran动力学响应 分析可以准确预测结构的动力特性，大大提高虚拟产品开发的 成熟度，改善物理样机的产品品质。主要包括以下分析类型 ♦ 正则模态和复特征值分析 ♦ 非线性模态（即预应力模态）分析 ♦ 频率响应分析 ♦ 瞬态响应分析 ♦ 强迫运动分析 ♦ 随机振动分析 ♦ 冲击谱和谱响应分析 ♦ 动力灵敏度和优化分析 ♦ 部件频响应函数分析 (FRF) ♦ 基于频响应函数的装配分析 MD Nastran不但可以求解 部件和装配件的频率响应函 数，而且具有频响函数装配功 能，通过频响函数装配，可以 由部件或子系统的频响函数得 到整个装配件的频率响应函 数，从而研究系统各部件之间 的耦合关系，确定振动和噪声 的传递路径，为减振降噪提供 工程指导。 FRF / FBA / TPA （NVH全新的算法） 频响函数 (FRF) ♦在指定频率单位载荷下的响应 ♦不同的激励频率有不同的响应 ♦是激励频率的函数 基于 FRF 的装配 (FBA) ♦装配每一个部件的 FRF得到系统级的频响函数 ♦也称为基于 FRF的子结构(FBS) 传递路径分析(TPA) ♦跟踪能量从源到接收处的流动过程，分析能量传递路径。 针对中小及超大型问题不同的解题规模, 用户还可灵活选择 MD Nastran不同的动力学方法加以求解，如对大型结构动力学 问题，可采用特征缩减技术和子结构分析方法。 时域NVH分析 MD Nastran的另一特色是集成了显式非线性计算和信号分 析，能提供时域NVH分析的功能。在瞬态显式分析过程中，通 过计及非线性因素的影响，提高NVH分析的精度。 基于系统级事件的仿真途径 3. 流 -固耦合和声场分析 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。主要应用在汽车NVH、列车车辆和飞机客舱等的内噪 音预测分析，以及考虑流体质量影响的流体中结构如舰船的模 态特性分析等。MD 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：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、NVH等。分析 过程中,利用直接法和模 态法进行动力响应分析。 流体假设是无旋和可压缩的, 分析的基本控制方程是三维波方 程，两种特殊的单元被用来描述流 -固耦合边界。 此外， MD Nastran新增加的声吸收单元可以精确描述材料的频变吸声性 能，方便地模拟汽车中的座椅，内饰材料等。(噪)声学载荷由节 点的压力来描述, 既可以是常量, 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。 对不 同结构产品的噪声影响结果可被分别输出。对于频率范围较宽， 模型规模较大的声场分析可以方便地结合MD Nastran的ACMS 方法，同时利用并行计算技术、超单元技术，大大提高计算效 率和精度。 ♦ 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 6 "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。 ♦ 虚质量法：虚质量法是仅考虑流体质量对结构的影响， 主要用于以下流 -固耦合问题的分析： a) 结构沉浸在一个具有自由液面的无限或半无限液体里 b) 容器内盛有具有自由液面的不可压缩液体 c) 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 MD Nastran的声场分析功能还集成了Actran的声学求解技 术，不但可以进行内声场的分析，还可以进行外声场的分析。可 以分析结构的声辐射，声传播，吸收，散射以及结构声振耦合 问题等。并且最大的特点是可以求解大型结构的内外声结构耦 合分析和优化，如整车的声响分析和动力系统的声辐射。 -内外噪声 ♦ Nastran的噪声分析拓展到无限区域，诸如汽车发动机、 飞行器的的声辐射 -无限元技术 ♦ 集成了经过测试和验证的MSC.Actran的无限元技术 ♦ 不需要在结构和声学分析两个不同的程序之间进行复杂 的数据传递 -可以解决超大规模，全耦合的振动噪声耦合仿真问题。 -可以计算结构辐射的声压、声强、声功率等，为结构件的 声辐射能力提供定量描述。 4.自动部件模态综合法 -ACMS ACMS(Automated Component Mode Synthesis)自动部件模 态综合法，使得工程师能够实现对大模型的动力响应分析和声 场分析，ACMS法自动将一个大模型用区域分解法分成几个子 区域进行各个子结构的模态分析，然后进行模态综合，由此得 到整体结构的动力学特性。采用ACMS法可大大减少大模型的 计算时间，例如对近1400万自由度的汽车模型（500Hz内2500 阶模态），采用全模型标准的模态法频率响应分析(SOL 111 )进 行求解用时约 26小时，而采用MD Nastran的ACMS方法用时 只需 4小时，同时占用的计算资源也大大降低，所以采用MD Nastran的自动部件模态综合技术为大型结构的动力学分析在精 度和计算速度上提供很好的解决方案。 在MD Nastran中，自动部件模态综合法(ACMS)得到了大 大增强，新增加了矩阵域自动部件模态综合法(MDACMS)，此 法基于自由度计算，与已有的几何域自动部件模态综合法 （GDACMS）相比计算速度更快，而且模型越复杂，计算效率提 升越明显；可应用于模态分析，瞬态分析，频响应分析及优化 分析，对于多点约束（MPC）多的情况下计算效率更高。 提供的多种区域划分方法（随求解类型变化） ♦ 几何区域划分（适用 SOL103,111,112,200） ♦ 频率域划分（适用 SOL 111, 200） ♦ 自由度域（适用 SOL 103,111,200）- 新的缺省方法 ♦ 几何域与频率域相结合(适用 SOL 111, 200) ♦ 矩阵域与频率域相结合(适用 SOL 200) 应用于不同求解类型： ♦ MD Nastran动力分析(SOL103, 111, 112) ♦ MD Nastran声学分析(SOL 108) ♦ MD Nastran设计优化(SOL 200) ♦ MD Nastran与ADAMS的集成 ♦ 结构外部超单元技术 ♦ 声学外部超单元技术（包含流体空腔和流固边界） MD Nastran的 ACMS技术可与分布式域并行计算技术 （DMP）相结合，对频率范围较宽且有多个动力载荷的复杂模 型，可大幅度提高计算速度和计算精度。 5. 热传递分析 热传递分析通常用来校 验结构零件在热边界条件或热 环境下的产品特性, 利用MD Nastran可以计算出结构内的 温度分布状况,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、绝热 处理或用其它方法优化产品的 热性能。 MD Nastran可以解决包括传导、对流、辐射、相变、热控 系统在内的热交换现象,计算辐射视角系数，并真实地仿真各类边 界条件, 建立各种复杂的材料和几何模型, 模拟热控系统, 并能进 行热 -结构耦合分析。 MD Nastran提供了稳态和瞬态热分析的线性、非线性求解 算法。SINDA/G 和 P/Thermal 的高级热分析功能将集成到MD Nastran SOL400中，同时，MD Nastran可以连接多种商业化的空 间轨道热分析软件，如THERMICA, NEVADA, TSS,TRASYS和 SINDARad等，在这些软件中计算出来的辐射交换系数将自动传 递MD Nastran中。MD Nastran还提供了 9个稳态求解器和 12个 瞬态求解器，用户可以指定求解器求解，同时支持双精度计算。 7 MD Nastran支持热 -结构链式分析和完全的热 -结构耦合 分析。在热-结构链式分析中，热分析的网格可以和结构分析的 网格不同，热分析的结果将自动插值到结构网格中。支持热接 触功能，热可以通过接触传递，大大方便了建模。为航天航空 结构、汽车发动机、刹车系统、动力总成等的热分析提供了有 力的解决工具。 6. 设计灵敏度及优化分析 设计优化是为了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的综合设计过程。MD 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。高效的优化算法允许在大 模型中定义成千上百个设计变量和响应。设计灵敏度支持并行 环境下的计算，大大提高了设计灵敏度的计算效率。 飞机发动机挂架多工况多约束优化分析 轮毂拓扑优化分析 除了具有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, MD Nastran又集成了适于产品概念设计 阶段的拓扑优化功能。 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。拓扑优化采用Homogenization 方法, 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MD Nastran中的拓扑优化, 通过特殊的 D M A P 工具,建立了新的拓扑优化求解序列。拓扑优化还包括 Topometry功能，它可以以每个单元作为设计变量，根据设定的目 标，优化每个单元的厚度（材料分布）；Topography（形貌）优化， 优化板壳的形貌。拓扑优化的过程中可以考虑加工工艺要求，以保 证优化后的结构能被制造出来。Topometry优化还支持复合材料层 厚度的优化。 另外，MD Nastran还有以下全新的优化功能： -综合了尺寸、形状和拓扑优化，更快速的找到优化路径 -外噪声响应优化，可以将汽车的NVH优化分析扩展到外声场 -随机优化 -Sol 200 可以有粘接接触，这个是特有的装配体优化功能 -非线性优化 -部件超单元优化，使用超单元技术，提高优化效率 -与MD Adams耦合优化（研发中） MD Nastran的优化功能可以实现多学科优化，可以进行以 下分析类型及其组合分析的优化。 ♦ 静力分析 (SOL 101) ♦ 模态分析 (SOL 103) ♦ 屈曲分析 (SOL 105) ♦ 直接法复特征值分析 (SOL 107) ♦ 直接法频率响应分析 (SOL 108)* ♦ 模态法复特征值分析 (SOL 110) ♦ 模态法频率响应分析 (SOL 111)* ♦ 模态法瞬态响应分析 (SOL 112)* ♦ 静气弹分析 (SOL 144) ♦ 颤振分析 (SOL 145) 凡是标♦号的都可以进行噪声优化。 奥迪汽车优化分析 在MD Nastran中开发了一种新的高效率的优化器(IPOPT)， 可处理数万个设计变量，对约束较少的优化问题效率特别高， 该优化器可进行形状、大小、拓扑、形貌和 Topometry优化。 除了线性优化外，MD Nastran还具有非线性响应优化功能。 可进行大小、形状和拓扑优化，并且支持接触。 7. 装配体建模 Connectors - 包含焊点单元 CWELD、 连接单元CFAST，支持大位移、大转角，缝 焊单元CSEAM。可以计算连接单元辅助节 点的位移以及CSEAM单元的应力和应变。 CWELD单元的连接力可以在用户指定的坐 标系中输出。 Bolts - 考虑 螺栓预紧力，自 动实现装配体模型中的螺栓预紧。 Line Interface Element - 线性 界面单元，用于连接部件边界不协 调网格，壳－壳，梁－梁，也可用于 8 总体到局部的分析。 Contact&Glue - 高级装配体建模，使用线性接触定义装配 体模型，可用于sol101的求解。所有的线性求解器都可以用Glue 连接功能来协调不一致的网格。 全自动刚性单元全自动刚性单元全自动刚性单元全自动刚性单元全自动刚性单元 RBE2GS -在最近的一对节点之间进行 刚性连接 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 工程师打算对整体结构进行局部修改或进行详细分析的时候。 超单元主要是通过把整体结构分解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 和镜像映射以及多层子结构功能,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所关心的，影响较 大的超单元部件进行重新计算,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。MD Nastran 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,而且还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MD 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、正则模态分析、复模态分析， 几何和材料非线性分析、 响应谱分析、 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、声学分析、优 化分析等。 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, MD Nastran提供了不同的单元类型和算法。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。 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, 可以减少计算和建模的时间。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。 最特殊的是轴对称问题，可以用轴对称单元模拟，也可以 用循环对称的方法简化模型。 10. 复合材料分析 MD Nastran具有很强的复合材 料分析功能，在复合材料及复合材 料的断裂、失效分析，复合材料加 工铺层模拟中持续占据领先地位。 Laminate modeling-复合材料 铺层分析 - 可以导入 FiberSim的数据 - 铺层和折叠 - 可以输出CAM所需数据 - 可以将复杂结构的单元特性自动传递给MD Nastran等 求解器 MD Nastran支持 2D，3D复合材料单元，实体 -壳单元 层间剪切计算精度高；网格重划分功能使得裂纹扩展分析非 常稳定；支持复合材料层间的VCCT和Delamination分层分 析(2D, 3D, Cohesive zone模型)；还支持一些特殊的复合材 料单元： 复合材料实体 -壳单元 Rebar 单元(纤维加固复 合材料) 在MD Nastran中，集 成 了 基 于 微 观 力 学 的 Genoa软件的复合材料库，可以方便准确地进行复合材料的 强度分析、破坏分析、损伤分析以及疲劳分析等，可以考虑 氧化和湿度对材料的影响。 ♦ 来自于 Alphastar的技术 -微观结构失效模型 -复合材料建模 ♦ 方法 -通过子程序提供Genoa的材料评估 -MD Nastran 对每个单元激活Genoa子程序 -分析设置和运行都在MD Nastran环境下实现 -可以调用Genoa模块 -基于微观断裂力学的单元逐步降级 -材料损伤后用刚度折损和单元移除来反映 -提供裂纹密度模型 -考虑随温度变化的复合材料特性 9 借助于MSC.Patran/SimXpert 可方便地定义各种复合材料。 MD Nastran的复合材料分析适用于所有的分析类型。 另外，复合材料的优化设计也进一步拓展，除了可以对加 工铺层进行优化以外，还可以对总体铺层的每一层进行优化设计 11. 与ADAMS集成进行刚 /弹性体多体 分析 MD Nastran可与MD ADAMS无缝集成，使得 MD ADAMS可以方便地 对系统关键零部件的强 度、刚度进行刚体/柔体混 合的多体运动学、动力学 分析。MD Nastran的求解 输出可以导入到 M D ADAMS中进行刚 /柔耦合分析，同时MD Adams的线性化的系 统模型也能导入到MD Nastran中进行结构有限元分析。最新的 MD在数据转换过程中已经不需要借助MNF中性文件，使得接 口更加直接。同时，MD Adams包含了控制模块，可以更加准 确的模拟汽车的真实运动过程。 12. DDAM—动力设计分析方法 新的求解序列 SOL 187 用于研究水下爆炸对船用设备的冲击效应 前后处理界面支持 DDAM的主要分析对象 -排气设备 -桅杆设计 -军船船用设备 -推进器桨轴设计 -方向舵设计优化 -动力系统，如燃气轮机等 13.局部自适应网格 功能 -一部分结构自动网格细化 -能够用于接触模型和超单元 -可以用于 SOL101 和 SOL400 -可以用于不同类型的单元 ♦例如： 三角形 /四边形，线性 /二次单元，线 /面 /体 价值 -在应力集中的区域自动网格细化 -不需要预先知道高应力区域的位置 -避免了反复手工网格重划分 14. 非线性功能（（（（（SOL 400 SOL600 SOL 700））））） MD Nastran非线性模块用于分析高度非线性问题，如二维、 三维大滑移接触等问题，其功能强大，涵盖了完整的非线性类 型即材料非线性、接触、大位移 /转动和大应变，并且包含了隐 式和显式，以及相互链接分析功能的非线性分析。其中，接触 体的定义十分方便，只需定义独立的接触体和接触表，可以定 义变形体间、 变形体-刚性体间、自身接触等接触类型，接触可 以是考虑各种摩擦模型、粘连和分离等。具有丰富的单元库和 非线性材料模型，分析类型可以是静力非线性、非线性屈曲和 模态、动力非线性和蠕变分析及多种非线性的组合。它可采用 区域分解并行技术，大大加速非线性分析过程。MD Nastran的 非线性求解序列包含： 10 MD Nastran的隐式非线性分析模块的隐式非线性分析模块的隐式非线性分析模块的隐式非线性分析模块的隐式非线性分析模块 SOL 600，完全集 成了功能强大的非线性软件Marc的功能，可以求解各种高度非 线性稳态问题以及结构分析，热分析，热机耦合分析和其他多 物理场耦合问题等。SOL 600所能解决的问题涵盖了各个工程 领域，如航空航天、汽车、通用机械、生物医疗、电子电器等； 能够解决各种类型的非线性问题，无论是简单的还是复杂的， 包括多体接触、多工况载荷、非线性材料和几何非线性等。 SOL 600支持多种复杂的非线性材料模型，包括复合材料、粘弹性材 料和超弹性材料等。SOL 600可以对加工成型，如板料冲压、体 成型等高度非线性的问题进行虚拟仿真，预测加工结果。网格 自动重划分功能可以高效的解决复杂的多体接触问题，而不需 要人为的对模型进行重新检查、重新划分网格和重新递交分析， 节约大量的时间和费用。此外，SOL 600新版本中还增加了以 下功能： ♦ 热传导分析得到的结果可以 自动地转成热应力分析的边界条件 ♦ 进行复合材料的热分析时 可以考虑厚度方向的热梯度分布 ♦ 增强了建模功能，包括铆接 单元、焊点单元和 B u s h 单元 （CFAST, CWELD，CBUSH）的大变 形方程 ♦ 使用虚裂纹闭合法（VCCT）或者洛仑兹方法计算应力 强度因子；计算复合材料分层 ♦ 改进了计算性能 MD Nastran的显式非线性分析模块的显式非线性分析模块的显式非线性分析模块的显式非线性分析模块的显式非线性分析模块 SOL 700，完全集 成了Dytran的流固耦合分析功能和LS-DYNA的结构分析功能， 可进行各种高度瞬态非线性事件的仿真分析。该模块采用显式 积分法并能模拟各种材料非线性、几何非线性和碰撞接触非线 性，特别适合于分析包含大变形、高度非线性和复杂的动态边 界条件的短暂的动力学过程。软件中同时提供拉格朗日求解器 与欧拉求解器，因而既能模拟结构又能模拟流体。拉格朗日网 格与欧拉网格之间可以进行耦合，从而可以分析流体与结构之 间的相互作用,形成精确独特的流固耦合求解技术。软件具有丰 富的材料模型并且提供各种接触的定义模式，能够模拟从金属、 非金属（包括土壤、塑料、橡 胶，泡沫等）到复合材料, 从 线弹性、屈服、状态方程、破 坏、剥离到爆炸燃烧等各种行 为模式，和模拟各种复杂边界 条件。对于超大变形问题， SOL 700提供了独特的无网格 SPH（Smooth Particle Hydrodynamics ）技术，保证计算的收敛 和精度。同时，SOL 700还支持链式分析功能，可以进行显式 －显式、显式－隐式、隐式－显式－隐式的链式分析，用于多 步跌落分析、回弹分析和预应力－回弹分析。 SOL 700模块支持 160多种材料模型，具有 50多种接触类 型，接触类型齐全。并具有极好的并行计算能力，包括分布式 并行算法（DMP）和共享内存式并行（SMP）。DMP不仅可用 于结构分析，而且可用于流固耦合分析，支持含多材料欧拉域 的FSI分析。目前，SOL700已经支持LSTC 真人大小50%的三 代假人模型。SOL700广泛应用在以下领域。 ♦ 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； ♦ 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 -安全气囊 -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、带气囊 着陆等） ♦ 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 ♦ 金属弹塑性大变形成形，如钣金冲压成形、全三维锻造 成形等 ♦ 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，火炮助推器模拟，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 ♦ 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 ♦ 轮胎在积水路面排水性和 动平衡分析 ♦ 高速列车运行系统动力学 分析。高速列车穿隧道的冲击波 响应，高速列车运行中引起的空气脉动力对声屏障结构的作用， 车辆过桥的动态响应等及其它瞬态高速过程仿真。 11 MD Nastran的高级非线性模块的高级非线性模块的高级非线性模块的高级非线性模块的高级非线性模块 SOL 400 具有超强的非线性分析能力。其特色功能有： 1. 分析链功能 可以实现链式多步分析，前一步分析结果是后一步分析的 初始条件。广泛应用于各种预载荷、预工况分析。可以链接的 分析类型有：线性和非线性静态分析、模态分析、屈曲分析、频 率响应分析、瞬态响应分析、直接法复特征值分析、模态法复 特征值分析等。 2. 扰动分析 可以获取结构在扰动载荷下的结构响应，研究结构在不平 衡状态，或者在平衡状态附近的结构特性。扰动分析包括线性 扰动分析，非线性变形结构的正则模态和复特征值的提取，频 率响应和模态法瞬态响应的计算。汽车刹车系统的啸叫分析是 特殊的线性扰动分析的案例，它综合了接触约束，非对称摩擦 力刚度，和复特征值的提取。 汽车刹车盘啸叫分析 3. 接触分析功能 支持各种粘接和接触，如体体粘接，体壳粘接，壳壳粘 接，壳面内边边粘接等。同时粘接还可定义脱离条件。对不同 单元类型的粘接，还可以定义传递力矩的粘接，如体壳粘接， 体梁粘接，壳梁粘接等。接触定义除点面接触和面面接触外， 还可以定义梁梁接触和壳的边边接触。大大简化了接触分析 建模。 4. 使用等效静态载荷法（Equivalent Static Load (ESL)） 进行非线性优化。 5. 集成了稳态和瞬态热分析功能，可实现稳态 -瞬态的 链式分析和热 -结构的链式分析。 6. 用户子程序功能，可以定义用户自己的单元、材料和 接触计算方法等。 7. 非线性单元偏置，对梁、板单元的偏置，支持微分刚 度，并且质量矩阵、载荷均可以考虑偏置的影响。 8. 非线性谐波响应功能，计算非线性系统在谐波激励下 的周期响应。 15.气动弹性及颤振分析 高速行驶的飞行器和受高速气流作用的结构在空气动力和 气流扰动的作用下会产生变形和弹性振动，进而会引起附加的 气动力，而附加气动力又使结构产生附加的变形和运动。气动 弹性力学就是研究气动力、弹性力和惯性力之间的相互作用以 及由此引起的对飞行器设计影响的一门边缘学科。颤振现象的 本质是气动弹性动不稳定现象。 气动弹性问题涉及气动、惯性及结构力间的相互作用，使 用MD Nastran的气动弹性模块可以进行飞机、直升机、导弹、 悬索桥甚至烟囱和高压线的气动弹性分析和设计。MD Nastran 的气动弹性分析功能主要包括： ♦ 静态气弹响应分析 ♦ 动态气弹响应分析（包括：模态频率响应、模态瞬态响 应、随机响应分析） ♦ 结构颤振分析 ♦ 气动弹性设计敏度和优化 ♦ 分析的空气流速范围从亚音速到几个马赫数的超音速 适用于各种马赫数的气动力分析方法 ♦ 亚音速偶极子网格法（含体的干扰） ♦ 片条理论（适用于各种马赫数） ♦ 超音速马赫盒（Mach Box）方法 ♦ 超音速活塞理论 ♦ 超音速气动分析法 - ZONA51，可以用于超音速运输机、 战斗机和导弹的气动力分析。 颤振分析功能 支持如下分析方法： ♦ K 法： 该方法为广大气动弹性分析人员所熟悉，允许 常规的阻尼表述。 ♦ KE 法：类似K法，但更有效，用于精细颤振分析。 ♦ PK 法：能对响应进行逼真的评估，即便系统处于亚临 界状态。 此外，在颤振分析中还可以引入控制系统，也可以从广义矩 阵中提取振荡的稳定性导数。气弹分析还有如下的功能的增强： ♦ 监视点可以更新和相加 ♦ 新型监视点类型(MONCNCM)，可以逐条监视气弹结果 ♦ 适合气弹结构分析的多种连接技术 ♦ 新的气弹插值方法提高计算精度 ♦ 稀疏矩阵形式存储样条矩阵大大提高了求解问题的规模。 ♦ 气动力的输出，可传递到结构上做详细的应力分析，也 可用 Patran 显示。 A502静压力分析 12 16.转子动力学特性分析 转子动力学主要应用在电力、核能、石化、机械、航空与 航天等部门， 解决旋转机械的动力设计、振动分析、故障诊断 等问题。它的主要任务：分析临界转速、转子不平衡引起的同 步振动响应、开始失稳的门坎转速、预计转子在加速或减速过 程中的瞬态响应。 MD Nastran的转子动力学功能提供给用户相对简便的方法 来进行旋转机构的设计与分析。可以进行频响分析（直接法与 模态法）、复模态（直接法与模态法）、静态、线性瞬态与非线 性瞬态（只有直接法）分析，以满足设计上的需求。 频响分析用来分析转子—支承系统受到任意激励的响应， 既可计算与转速无关的外部激励的响应，也可计算由于转子不 平衡或其他与转速相关激励所产生的响应。 复模态分析可计算涡动频率与临界转速，涡动模态是转子 —支承系统在转子以某一特定转速转动情况下的模态。临界转 速是影响转子设计最重要的指标。 静态分析用来分析由于偏斜等因素造成的载荷影响，避免 转子叶片与机匣或其它定子部分的摩擦。 直接线性或非线性瞬态分析可进行转子叶片的动力学仿真， 保证结构的强度及避免振动超限。 MD Nastran转子动力学模块的一个优势在于它是在MSC. Nastran原有成熟稳定求解系列（SOL101, SOL107, SOL108, SOL109, SOL110, SOL111, SOL129）基础上实现的，这是其它 软件所不能比拟的。MD Nastran 的转子动力学特性分析，考虑 了陀螺效应和挤压油膜阻尼器模型。用来分析转子的涡动模态、 临界转速、频率响应、瞬态响应以及转子的静态特性等。可以 分析航空发动机、压缩机、离心机、汽轮机、涡轮机和泵等旋 转机械转子系统的陀螺力矩和动力学特性。 航空发动机及其转子动力学分析 17.Krylov 求解器 Krylov 求解器，能快速有效地计算大频率范围阻尼动力系 统的频率响应问题。系统动力方程组需要花费大量的时间进行 矩阵分解和回代，Krylov子空间法直接频率分析法可以快速分 解矩阵，求解动力方程组，进行动力学频响分析，特别适合分 析带阻尼的动力系统、大量频率值计算系统和频率密度大的实 体模型等，如消音器的声场分析，发动机的频率响应分析等。它 用更小的频率增量步扫描大频率范围，使得计算更加准确。 18.载荷管理 飞行器的设计过程中常常需要对多种不同载荷工况下的机 身结构进行分析。通常情况下，载荷工况的改变，需要重新计 算才能变化工况下的结果。MD Nastran的载荷管理功能可以使 用户使用MD Nastran静态分析中的载荷个体，不但可以实现对 载荷工况的管理，包括载荷的添加、删除、组合等，而且可以 根据载荷工况的变化，自动对已有计算结果进行数据恢复，不 需要重新计算而得到变化后工况下的结果。 19.CFD接口开发 MD Nastran已推出了CFD接口程序 (OPENFSI) ，实现MD Nastran和主要的CFD软件之间的协同仿真。该接口是一个开放 的，实现内部强耦合的一个接口，通过OPENFSI，MD Nastran 的多学科拓展到计算流体力学领域，真正实现了多学科一体化 仿真平台的概念。 通过OPENFSI，MD Nastran计算流固边界处节点的位移和 速度输入到CFD软件中，同时返回CFD软件中边界表面节点的 压力到MD Nastran中，实现强耦合计算。 六．MD Nastran的单元库 针对实际工程应用，MD Nastran独特的单元库具有100余 种单元类型，通过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，与拥有数百种单元的 其它有限元分析软件相比单元类型更多、使用更灵活、更高效。 所有这些单元可满足MD Nastran各种分析功能的需要， 且保证 求解的高精度和高可靠性。 MD Nastran新增加了装配体建模的功能 ♦ 新型缝焊单元(CSEAM) ♦ 可以输出焊点单元(CWELD, CFAST)的多种分析结果 ♦ 新型连接类型RBE2GS允许两个邻近的RBE2单元沿着 指定的搜索半径搜索和连接它们的独立节点（independent grids） 七．求解方法与高性能 MD Nastran具有很多先进的求解方法，以下是其中主 要部分： ♦ 线性方程组的求解：直接法、迭代法、多前沿稀疏法、 并行法等； ♦ 实特征值求解：Lanczos法、 增强逆迭代法、 Givens法、 改 进 Givens法、 Householder法、带Sturm 序列检查的逆迭代法等； 13 ♦ 复特征值求解：Delerminated法、Hossen-bery法、 新 Hossenbery法、 逆迭代法、 复Lanczos法等； ♦ 非线性方程组迭代求解：全牛顿—拉夫森法、修正的牛 顿—拉夫森法、有应变修正的全牛顿—拉夫森法； ♦ 矩阵运算有七种算法：致密乘致密法、致密乘稀疏法、 稀疏乘稀疏法、稀疏乘致密法、稀疏法、三重乘法和并行乘法 等。根据具体问题，自动选择最优的矩阵算法； ♦ 矩阵分解方法：对称矩阵的Cholsky法、非对称矩阵的 标准法； ♦ 带宽优化算法：Cuthill-McKee法、Gbbs-Pool-Stk法和 混合算法等。优化准则：波前均方根最小、带宽最小、轮廓最 小、波前上限最小； ♦ DDAM法（动力设计分析方法）：使用DDAM可以分 析各种潜水艇和水面舰船体受爆炸冲击波响应，例如分析动力 装置（燃气轮机，汽轮机，柴油机），电子设备及其它结构受爆 炸冲击波响应等，满足NAVSEA（美国海军海上系统司令部） 论证要求 高性能计算一直以来都是有限元分析所关注的问题，MD N a s t r a n 新版本版提供了多个数值计算领域和高性能计算 （HPC）的新功能和功能增强，这些功能可以用来解决大规模、 动力学和NVH的仿真计算，也可用于隐式非线性、装配体建模、 优化设计、转子动力学和气弹性方面的计算。新释放的CASI迭 代算法，对大规模的实体单元模型计算可以成倍的提高计算速 度。MD Nastran已经成功在小型机上求解 4.5亿个自由度的超 大型规模的宝马公司的汽车模型。非对称矩阵迭代算法，主要 用于外噪声，刹车片等考虑流体，摩擦力而引入非对称矩阵的 问题，速度可以提高 2倍以上。同时，MD一直致力于 SMP和 DMP的开发，除了传统的Nastran并行计算，Sol600的并行计 算的效率进一步提高，MD是唯一拥有SOL700欧拉求解并行计 算的 CAE分析工具 宝马公司超大规模汽车模型 CASI 迭