MDNastran产品简介-MDNastran

2MDNastran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公司企业级解决方案的核心和基础，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MDNastranNastran是美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，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NASAStructuralAnalysisSystem，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-ScherndlerCorporation（即MSC公司）是开发小组主要成员。Nastran程序最早在1969年通过COSMIC（ComputerSoftwareManagementandInformationCenter）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MDNastran，在继承原有MSCNastran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，MDNastran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，MDNastran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。MDNastran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，MDNastran提供的关键功能可以提高设计效率和完善流程管理。MDNastran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。MDNastran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MDNastran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，MDNastran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.MDNastran的功能模块MDNastran结构包结构包结构包结构包结构包MDNastran基本模块MDNastran与Adams集成接口MDNastran连接单元MDNastran动力学模块MDNastran热传导MDNastran动力学设计分析方法MDNastran共享内存的并行分析MDNastranDMAP语言MDNastran线性接触MDNastran非线性模块MDNastran隐式非线性（sol600）MDNastran隐式非线性形状记忆材料MDNastran隐式非线性形半立方视角系数MDNastran内声场模块MDNastran设计优化MDNastrtan拓扑优化MDNastranACMS（自动部件模态综合法）MDNastran超单元MDNastran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MDNastrann转子动力学MDNastran气弹IMDNastran显式包显式包显式包显式包显式包MDNastranLS-DYNA转换器MDNastran显式非线性（SOL700）MDNastran显式非线性并行第2个CPUMDNastran专家包专家包专家包专家包专家包MDNastran高级非线性(SOL400)MDNastran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MDNastran基本模块MDNastran与Adams集成接口MDNastran连接单元MDNastran动力学模块MDNastran热传导MDNastran动力学设计分析方法MDNastran共享内存的并行分析（SMP）MDNastranDMAP语言MDNastran线性接触MDNastran非线性模块MDNastran内声场模块MDNastran超单元MDNastran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(SOL600)MD隐式非线性(SOL600)MDNastranMarc转换器MDNastran隐式非线性形状记忆材料MDNastran隐式非线性形半立方视角系数MDNastran隐式非线性并行第2个CPUMDNastran优化包优化包优化包优化包优化包MDNastran设计优化MDNastran拓扑优化MDNastran隐式隐式隐式隐式隐式HPC包包包包包(4CPUs)MDNastranACMS（自动部件模态综合法）MDNastran分布式并行计算（DMP）MDNastran隐式非线性并行第2个CPUMDNastran隐式非线性并行第3个CPUMDNastran隐式非线性并行第4个CPUMDNastran隐式隐式隐式隐式隐式HPC包包包包包(5+CPUs)MDNastranACMS（自动部件模态综合法）MDNastran分布式并行计算（DMP）MDNastran隐式非线性第5个CPUMDNastran隐式非线性第6个CPUMDNastran隐式非线性第7个CPUMDNastran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MDNastranKrylov求解器MDNastran外噪声分析MDNastran气弹IIMDNastran高级PFA(ProgressiveFailureAnalysis)MDNastran显式非线性HPC包(4CPUs)MDNastran显式非线性HPC包(16CPUs)MDNastran显式非线性HPC包(32CPUs)MDNastran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。MDNastran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，MDNastran可以充分利用硬件平台的物理内存，大幅度提高计算效率。MDNastran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。MDNastran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64位超级计算环境中的运行性能后，MDNastran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MDNastran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。MDNastran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.MDNastran软件功能1.基本功能MDNastran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MDNastran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。MDNastran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。MDNastran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