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MSC.Nastran--多學科結構有限元求解器

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商品說明

MSC公司推出具有爆炸性震撼力的下一代新產品,它也是全球制造商們夢寐以求的產品研發的競爭利器。由于受到過高成本、嚴格規范與認證要求、制造與后續服務等的限制以及眾多工業因素的制約,推出一個在質量和性能上均滿足現今企業仿真設計需求的新產品,現在比以往更具挑戰性,同時也是勢在必行。

這也說明為何全球頂尖的制造商和供應商依賴MSC.Software公司的解決方案來革新他們的產品開發過程。作為全球虛擬開發工具的供應商,MSC.Software公司能夠確保制造廠商實現加速產品上市時間、取得最大的投資回報、保證具有競爭性的市場領導地位。

MSC.Software的企業仿真方案使用詳細的數字產品模型模擬并驗證產品各個方面的性能、制定和跟蹤嚴格的設計目標、溝通協調產品開發,從而使產品創新和質量提高到一個最具競爭力的新水平。

“當你提出轉子動力學分析要求的時侯,如葉片分析,沒有其它求解器可以做這樣的合成仿真�！�

“這些模型難以想象的巨大-成千上百萬的自由度,MSC.Nastran是唯一可以考慮這么大規模計算并且在縮減為較小模型后仍然能夠得到精確結果的求解器�！�

Dr.Charles Lawrence

Structures and Acoustics Division,Glenn Research Centerat LewisField,NASA。

1 企業級產品研發面臨的挑戰

加速產品創新保持競爭優勢

企業持續開發新產品及改進產品的步伐,與加速產品上市時間、改善質量、符合標準和降低設計與制造成本等有關。新產品開發的必要性是顯而易見的:需要借助新開發過程來大幅度提升產品創新和市場份額。

多學科仿真恰好滿足這些挑戰,使制造商能夠仿真和驗證產品各方面的性能。由于去除了只能進行單學科獨立分析的羈絆,工程師可以更完整地了解產品與設計的特性,并且遠在做產品物理樣機試驗之前就知道它在真實工作環境中如何運行。隨著產品和裝配件越來越復雜,制造商需要有仿真方案能夠既易用又精確地處理復雜和大規模的問題。

MSC.Nastran——工業領域多學科仿真的領導者

為了把最全面的仿真分析技術應用到所有的領域,MSC.Nastran通過一個完全集成的系統提供了真正的多學科仿真。MSC.Nastran多學科仿真從2001年開始有很大的拓展,首先對傳統的一流的靜力學和動力學進行了有效的增強,然后是融入一流的隱式非線性、顯式非線性,多體動力學和聲學分析。MSC.Nastran對物理現象的連續統一性給出了目前最為精準的描述。MSC.Nastran的深入開發已歷經六年,一方面通過戰略收購,將Adams運動學/動力學、Marc非線性技術融入其中。另一方面通過戰略合作,把LS-Dyna的高度瞬態非線性嵌入Nastran增強碰撞功能,把Actran的無限單元技術引入Nastran實現內外聲場仿真的能力,后續還要引入通用內嵌式的CFD接口以及控制分析等其它學科的仿真功能。MSC.Nastran相對于傳統的單點式仿真工具,在整體成本下降的基礎上,提供了更為快速,更為現實的產品性能和加工的仿真。

通過提供超強的并行設計仿真能力,MSC.Nastran使企業能夠:

◆產品更快速投放市場——快速并且透徹地了解整個設計性能,能夠使設計周期算短50%以上。

◆更低的制造成本——在設計過程中更早地了解設計產品的性能,從而能夠在設計獲批準之前發現和修改缺陷。同時,能夠更早地確定可加工性、優化制造環節時間、減少材料余量和防止不必要設備的投資。

◆提高分析效率——對共同分析數據模型的支持,避免了在不同學科仿真之間手工傳遞信息和數據帶來的錯誤。

◆改善產品質量和降低維護成本——通過對多學科之間復雜交互作用的準確描述,MSC.Nastran仿真結果更準確地反映了真實結果,消除了使用過程中意想不到的操作錯誤。

2 MSC.Nastran的分析功能

2.1 靜力分析

MSC.Nastran的靜力分析功能支持全范圍的材料模式,包括:均質各向同性材料、正交各項異性材料、各項異性材料和隨溫度變化的材料等。分析的主要類型有:

◆具有慣性釋放的靜力分析:考慮結構的慣性作用,可計算無約束自由結構在靜力載荷和加速度作用下產生的準靜態響應

◆線性靜力分析中,可以定義接觸和粘接,為裝配體的線性分析提供了方便且精確的方法。

◆非線性靜力分析,可以分析大變形幾何非線性、塑性和蠕變等材料非線性及大滑移接觸非線性等問題。

鐵道部科學研究院機車車輛研究所雙層集裝箱車體強度(280萬DOF)

2.2 屈曲分析

屈曲分析主要用于研究結構在特定載荷下的穩定性以及確定結構失穩的臨界載荷等問題。MSC.Nastran的屈曲分析包括:

◆線性屈曲:可以考慮固定的預載荷,也可使用慣性釋放。

◆非線性屈曲:包括大變形幾何非線性失穩分析、材料非線性的彈塑性失穩分析和可以追蹤失穩路徑的非線性后屈曲(Snap-through)分析。

華中理工大學交通科學與工程學院水下爆炸載荷作用下環肋圓柱殼失穩分析

2.3 動力學分析

結構動力學分析是MSC.Nastran的最主要強項之一,它具有其它有限元分析軟件所無法比擬的強大分析功能。MSC.Nastran動力學分析功能包括時間域的瞬態響應和頻率域的頻率響應分析,方法有直接積分法和模態法,同時考慮各種阻尼如結構阻尼、材料阻尼和模態阻尼效應的作用。MSC.Nastran動力學響應分析可以準確預測結構的動力特性,大大提高虛擬產品開發的成熟度,改善物理樣機的產品品質。

對于載荷隨時間和頻率變化的結構動力響應分析包括:

◆正則模態和復特征值分析

◆非線性模態(即預應力模態)和復特征值分析

◆頻率響應分析

◆瞬態響應分析

◆強迫運動分析

◆(噪)聲學分析

◆隨機振動響應分析

◆響應及沖擊譜分析

◆動力靈敏度和優化分析等

MSC.Nastran不但可以求解部件和裝配件的頻率響應函數,而且具有頻響函數裝配功能,通過頻響函數裝配,可以由部件或子系統的頻響函數得到整個裝配件的頻率響應函數,從而研究系統各部件之間的耦合關系,確定振動和噪聲的傳遞路徑,為減振降噪提供工程指導。

針對于中小及超大型問題不同的解題規模,用戶還可靈活選擇MSC.Nastran不同的動力學方法加以求解,如對大型結構動力學問題,可采用特征縮減技術和子結構分析方法。

中國船舶及海洋工程設計研究院6800噸多用途集裝箱船振動響應分析

2.4 自動部件模態綜合法–ACMS

ACMS(Automated Component Mode Synthesis)自動部件模態綜合法,使得工程師能夠實現對大規模模型的動力響應分析和聲場分析,ACMS法自動將一個大模型化小或用區域分解法自動分成幾個子區域進行各個子結構的模態分析,然后進行模態綜合,由此得到整體結構的動力特性。采用ACMS法可大大減少大模型的計算時間,例如對近1400萬自由度的汽車模型(500Hz內2500階模態),采用全模型標準的模態頻率響應SOL 111進行求解用時約26小時,而采用MSC.Nastran的ACMS方法用時只需4小時,同時占用的計算資源也大大降低,所以采用MSC.Nastran的自動模態綜合技術使得對于大型結構的動力分析,如飛機、車輛、船舶、橋梁等結構,可以在精度和計算速度上提供很好的解決方案。

在MSC.Nastran中,自動部件模態綜合法(ACMS)得到了大大增強,新增加了矩陣域自動部件模態綜合法(MSC.ACMS),此法基于自由度計算,與已有的幾何域自動部件模態綜合法(GDACMS)相比計算速度更快,而且模型越復雜,計算效率提升越明顯;可應用于模態分析,頻響分析及優化分析,對于多點約束(MPC)多的情況下計算效率更高。

提供的多種區域劃分方法(隨求解類型變化)

◆幾何區域劃分(適用SOL 103,111,112,200)

◆頻率域劃分(適用SOL 111,200)

◆自由度域(適用SOL 103,111,200)-新的缺省方法

◆幾何域與頻率域相結合(適用SOL 111,200)

◆矩陣域與頻率域相結合(適用SOL 200)

應用于不同求解類型:

◆MSC.Nastran動力分析(SOL 103,111,112)

◆MSC.Nastran聲學分析(SOL 108)

◆MSC.Nastran設計優化(SOL 200)

◆MSC.Nastran與ADAMS的集成

◆結構外部超單元技術

聲學外部超單元技術(包含流體空腔和流固邊界)

MSC.Nastran的ACMS技術可與分布式域并行計算技術(DMP)相結合,對頻率范圍較寬且有多個動力載荷的復雜模型,可謂如虎添翼,可大幅度提高計算速度和計算精度。

不同分析方法效率比較

2.5 熱分析

熱傳導分析通常用來校驗結構零件在熱邊界條件或熱環境下的產品特性,利用MSC.Nastran可以計算出結構內的溫度分布狀況,并直觀地看到結構內潛熱、熱點位置及分布。用戶可通過改變發熱元件的位置、提高散熱手段、絕熱處理或用其它方法優化產品的熱性能。

MSC.Nastran可以解決包括傳導、對流、輻射、相變、熱控系統在內的熱交換現象,計算輻射視角系數,并真實地仿真各類邊界條件,建立各種復雜的材料和幾何模型,模擬熱控系統,進行熱-結構耦合分析。

MSC.Nastran提供了適于穩態和瞬態熱分析的線性、非線性求解算法。非線性功能可根據選定的解算方法自動優選時間步長。

◆線性/非線性穩態熱傳導分析:基于穩態的線性熱傳導分析一般用來求解在給定熱載和邊界條件下,結構中的溫度分布,計算結果包括節點的溫度,約束的熱載和單元的溫度梯度,節點的溫度可進一步用于計算結構的響應;穩態非線性熱傳導分析則在包括了穩態線性熱傳導的全部功能的基礎上,還可以考慮非線性輻射與溫度有關的熱傳導系數及對流問題等。

◆線性/非線性瞬態熱傳導分析:線性/非線性瞬態熱傳導分析用于求解時變載荷和邊界條件作用下的瞬態溫度響應,可以考慮薄膜熱傳導、非穩態對流傳熱及放射率、吸收率隨溫度變化的非線性輻射。

◆相變分析:該分析作為一種較為特殊的瞬態熱分析過程,通常用于材料的固化和溶解的傳熱分析模擬,如金屬成型問題。在MSC.Nastran中將這一過程表達成熱焓與溫度的函數形式,從而大大提高分析的精度。

◆熱控分析:MSC.Nastran可進行各類熱控系統的分析,包括模型的定位、刪除、時變熱能控制等,如現代建筑的室溫升高或降低控制。自由對流元件的熱傳導系數可根據受迫對流率、熱流載荷、內熱生成率得到控制,熱載和邊界條件可定義成隨時間的非線性載荷。

◆鏈式分析:穩態熱分析結果作為瞬態熱分析的初始條件,熱分析結果作為結構分析的初始條件。

長春光機所充氣式電容器內部溫度場分布圖

2.6 氣動彈性及顫振分析

高速行駛的飛行器和受高速氣流作用的結構在空氣動力和氣流擾動的作用下會產生變形和彈性振動運動,進而會引起附加的氣動力,而附加氣動力又使結構產生附加的變形和運動。氣動彈性力學就是研究氣動力、彈性力和慣性力之間的相互作用以及由此引起的對飛行器設計影響的一門邊緣學科。顫振現象的本質是氣動彈性動不穩定現象。

氣動彈性問題涉及氣動、慣性及結構力間的相互作用,使用MSC.Nastran的氣動彈性模塊可以進行飛機、直升機、導彈、懸索橋甚至煙囪和高壓線的氣動彈性分析和設計。MSC.Nastran的氣動彈性分析功能主要包括:、

◆靜態氣彈響應分析

◆動態氣彈響應分析(包括:模態頻率響應、模態瞬態響應、隨機響應分析)

◆結構顫振分析

◆氣動彈性設計敏度和優化

◆分析的空氣流速范圍從亞音速到幾個馬赫數的超音速

2.7 流-固耦合分析和聲場分析

流-固耦合分析主要用于解決流體(含氣體)與結構之間的相互作用效應。主要應用在汽車NVH、列車車輛或飛機客艙的內噪音預測分析,以及考慮流體質量影響的流體中結構如艦船的模態特性分析等。MSC.Nastran中擁有多種方法求解完全的流-固耦合分析問題,包括:

◆流-固耦合法:流-固耦合法廣泛用于聲學和噪音控制領域中,如發動機噪聲控制、汽車車廂和飛機客艙內的聲場分布控制和研究、NVH等。分析過程中,利用直接法和模態法進行動力響應分析。流體假設是無旋的和可壓縮的,分析的基本控制方程是三維波方程,二種特殊的單元可被用來描述流-固耦合邊界。此外,MSC.Nastran新增加的(噪)聲學阻滯單元和吸收單元為這一問題的分析帶來了極大方便。(噪)聲學載荷由節點的壓力來描述,既可以是常量,也可以是與頻率或時間相關的函數,還可以是聲流容積、通量、流率或功率譜密度函數。由不同的結構件產品的噪聲影響結果可被分別輸出。對于頻率范圍較寬,模型規模較大的聲場分析可以方便地結合MSC.Nastran的ACMS方法,同時利用域并行計算技術、超單元技術,大大提高計算精度和效率。

◆水彈性流體單元法:該方法通常用來求解具有結構界面、可壓縮性及重力效應的廣泛流體問題。水彈性流體單元法可用于標準的模態分析、瞬態分析、復特征值分析和頻率響應分析。當流體作用于結構時,要求必須指出耦合界面上的流體節點和相應的結構節點。自由度在結構模型中是位移和轉角,而在流體模型中則是在軸對稱坐標系中調和壓力函數的傅利葉系數。類似于結構分析,流體模型產生"剛度"和"質量"矩陣,但具有不同的物理意義。載荷、約束、節點排序或自由度凝聚不能直接用于流體節點上。

◆虛質量法,虛質量法是僅考慮流體質量對結構的影響,主要用于以下流-固耦合問題的分析:

A)結構沉浸在一個具有自由液面的無限或半無限液體里

B)容器內盛有具有自由液面的不可壓縮液體

C)以上二種情況的組合,如船在水中而艙內又裝有不充滿的液體

泛亞汽車技術中心有限公司轎車NVH分析

MSC.Nastran的聲場分析功能還集成了Actran的聲學求解技術,不但可以進行內聲場的分析,還可以進行外聲場的分析�？梢苑治鼋Y構的聲輻射,聲傳播,吸收,散射以及聲振耦合問題等。

2.8 多級超單元分析

超單元分析是求解大型問題一種十分有效的手段,特別是當工程師打算對現有結構件做局部修改和重分析時。超單元分析主要是通過把整體結構分化成很多小的子部件來進行分析,即將結構的特征矩陣(剛度、傳導率、質量、比熱、阻尼等)壓縮成一組主自由度類似于子結構方法,但較其相比具有更強的功能且更易于使用。子結構可使問題表達簡單、計算效率提高、計算機的存儲量降低。超單元分析則在子結構的基礎上增加了重復和鏡像映射和多層子結構功能,不僅可單獨運算而且可與整體模型混合使用,結構中的非線性與線性部分分開處理可以減小非線性問題的規模。應用超單元工程師僅需對那些所關心的受影響大的超單元部分進行重新計算,從而使分析過程更經濟、更高效,避免了總體模型的修改和對整個結構的重新計算。MSC.Nastran優異的多級超單元分析功能在大型工程項目國際合作中得到了廣泛使用,如飛機的發動機、機頭、機身、機翼、垂尾、艙門等在最終裝配出廠前可由不同地區和不同國家分別進行設計和生產,此間每一項目分包商不但可利用超單元功能獨立進行各種結構分析,而且可通過數據通訊在某一地利用模態綜合技術通過計算機模擬整個飛機的結構特性。

多級超單元分析是MSC.Nastran的主要強項之一,適用于所有的分析類型,如線性靜力分析、正則模態分析、幾何和材料非線性分析、響應譜分析、直接特征值、頻率響應、瞬態響應分析、模態特征值、頻率響應、瞬態響應分析、模態綜合分析(混合邊界方法和自由邊界方法)、設計靈敏度分析、穩態、非穩態、線性、非線性傳熱分析、聲學分析、優化分析等。

用超單元分析飛機結構

2.9 高級對稱分析

針對結構的對稱、反對稱、軸對稱或循環對稱等不同的特點,MSC.Nastran提供了不同的算法。高級對稱分析可大大壓縮大型結構分析問題的規模,提高計算效率。

很多結構,包括旋轉機械乃至太空中的雷達天線,經常是一些由繞某一軸循環有序周期性排列的特定的結構件組成,對于這類結構通常就要用循環對稱或稱之為旋轉對稱方法進行結構分析。在分析時僅需要選取特定的結構件即可獲得整個組件結構的計算結果,可以減少計算和建模的時間。循環對稱可分二種對稱類型,即簡單循環對稱和循環復合對稱。簡單旋轉對稱中,對稱結構件沒有平面鏡像對稱面且邊界可以有雙向彎曲曲面;復合循環對稱中,每個對稱結構件具有一個平面鏡像對稱面,且對稱結構件之間的邊界是平面。循環對稱分析通�？山鉀Q線性靜力、模態、屈曲及頻率響應分析等問題。

2.10 設計靈敏度及優化分析

設計優化是為了滿足特定優選目標如最小重量、最大第一階固有頻率或最小噪聲級等的綜合設計過程。MSC.Nastran擁有強大、高效的設計優化能力,其優化過程由設計靈敏度分析及優化兩大部分組成,可對靜力、模態、屈曲、瞬態響應、頻率響應、氣動彈性和顫振分析進行優化。高效的優化算法允許在大模型中上百個設計優化變量和響應。

除了具有用于結構優化和零部件詳細設計過程的形狀和尺寸優化設計的能力外,MSC.Nastran又集成了適于產品概念設計階段的拓撲優化功能。

拓撲優化是與參數化形狀優化或尺寸優化不同的非參數化形狀優化方法。在產品概念設計階段,為結構拓撲形狀或幾何輪廓提供初始建議的設計方案。拓撲優化采用Homogenizaion方法,在滿足結構設計區域的剩余體積(質量)比的約束條件下,對靜力分析滿足最小平均柔度或最大平均剛度,在模態分析中,滿足最大基本特征值或指定模態與計算模態的最小差。目前的拓撲優化設計單元為一階殼元和實體單元。集成在MSC.Nastran中的拓撲優化,通過特殊的DMAP工具,建立了新的拓撲優化求解序列。在MSC.Patran中專門的拓撲優化界面,全面支持拓撲優化建模和結果后處理。

利用MSC.Nastran高級單元技術和靜力分析,模態分析的有效解法,可以非常有效地求解大規模的拓撲優化模型。

MSC.Nastran的優化功能可以實現多學科優化,可以進行以下分析類型及其組合分析的優化。

◆靜力分析(SOL101)

◆模態分析(SOL103)

◆屈曲分析(SOL105)

◆直接法復特征值分析(SOL107)

◆直接法頻率響應分析(SOL108)*

◆模態法復特征值分析(SOL110)

◆模態法頻率響應分析(SOL111)*

◆模態法瞬態響應分析(SOL112)*

◆靜氣彈分析(SOL144)

◆顫振分析(SOL145)

MSC.Nastran的優化功能:

◆可以進行拓撲優化、尺寸優化和形狀優化,以及組合優化,得到更好的設計方案

◆在構件的多重設計中可以以不同的質量目標來進行拓撲優化

◆自動外部超單元優化(AESO)可以自動將模型分成非優化設計部分和優化設計部分(外部超單元)兩個部件,從而提高優化效率

◆在優化中可以定義粘接接觸

◆可以進行非線性優化

Topometry可以以每個單元作為設計變量,根據設定的目標,優化每個單元的厚度(材料分布)。

Topometry優化結果

Topography(形貌)優化,優化板殼的形貌。

Topography優化的結果

同時還新增了隨機優化、將流體模態作為約束條件以及制造約束功能,通過施加制造約束,以保證優化后的結構能被制造出來。

2.11 轉子動力學特性分析

轉子動力學主要應用在電力、核能、石化、機械、航空與航天等部門,解決旋轉機械的動計、振動分析、故障診斷等問題。它的主要任務:分析臨界轉速、轉子不平衡引起的同步振動響應、開始失穩的門坎轉速、預計轉子在加速或減速過程中的瞬態響應。

MSC.Nastran的轉子動力學功能提供給用戶相對簡便的方法來進行旋轉機構的進行頻響分析(直接法與模態法)、復模態(直接法與模態法)、靜態、線性瞬態與非線性瞬態(只有直接法)分析,以滿足設計上的需求。

頻響分析用來分析轉子—支承系統受到任意激勵應,也可計算由于轉子不平衡或其他與轉速相關激勵所產生的響應。

復模態分析可計算渦動頻率與臨界轉速,渦動模態是轉子—支承系統在轉子以某一特定轉速轉動情況下的模態。臨界轉速是影響轉子設計最重要的指標。

靜態分析用來分析由于偏斜等因素造成的載荷影響,避免轉子葉片與機匣或其他定子部分的摩擦。

MSC.Nastran轉子動力學模塊的一個優勢在于它是在MSC.Nastran原有成熟穩定求解系列(SOL 101,SOL 107,SOL 108,SOL 109,SOL 110,SOL 111,SOL 129)基礎上實現的,這是其它軟件所不能比擬的。MSC.Nastran的轉子動力學特性分析,考慮了陀螺效應和擠壓油膜阻尼器模型。用來分析轉子的渦動模態、臨界轉速、頻率響應、瞬態響應以及轉子的靜態特性等�？梢苑治龊娇瞻l動機、壓縮機、離心機、汽輪機、渦輪機和泵等旋轉機械轉子系統的陀螺力矩和動力學特性。

2.12 與ADAMS集成進行剛/彈性體多體分析

MSC.Nastran可與MSC.ADAMS無縫集成,使得MSC.ADAMS可以方便地對系統關鍵零部件的強度、剛度進行剛體/柔體混合的多體運動學、動力學分析。MSC.Nastran的求解輸出的模型中性文件MNF可以導入到MSC.ADAMS中進行剛/柔耦合分析,同時MSC.Adams的線性化的系統模型也能導入到MSC.Nastran中進行進行分析。

2.13 非線性功能(SOL 400 SOL 600 SOL 700)

MSC.Nastran非線性模塊用于分析高度非線性問題,二維、三維大滑移接觸等問題,其功能強大,涵蓋了完整的非線性類型即材料非線性、接觸、大位移/轉動和大應變。接觸體的定義十分方便,只需定義獨立的接觸體和接觸表,可以定義變形體間、變形體-剛性體間、自身接觸等接觸類型,接觸可以是考慮各種摩擦模型、粘連和分離等。具有豐富的單元庫和非線性材料模型,分析類型可以是靜力非線性、非線性屈曲和模態、動力非線性和蠕變分析及多種非線性的組合。它可采用區域分解并行技術,大大加速了非線性分析過程。

MSC.Nastran的高級非線性模塊SOL 400,具有超強的非線性分析能力。其特色功能有:

1 分析鏈功能�？梢詫崿F鏈式多步分析,前一步分析結果是后一步分析的初始條件。廣泛應用于各種預載荷、預工況分析�？梢枣溄拥姆治鲱愋陀�:線性和非線性靜態分析、模態分析、屈曲分析、瞬態響應分析、直接法復特征值分析、模態法復特征值分析、Body Approach分析等。

2 攝動分析功能。非線性靜態分析之后模態分析,典型應用是制動器的剎車嘯叫分析。

3 接觸分析功能�？啥x各種粘接和接觸,同時粘接還可定義脫離條件。如體體粘接,體殼粘接,殼殼粘接,殼面內邊邊粘接等。對不同單元類型的粘接,還可以定義傳遞力矩的粘接,如體殼粘接,體梁粘接,殼梁粘接等。接觸定義除點面接觸和面面接觸外,還可以定義梁梁接觸和殼的邊邊接觸。大大簡化了接觸分析建模。

4 使用等效靜態載荷法(Equivalent Static Load (ESL))進行非線性優化。

5 集成了穩態和瞬態熱分析功能,可實現穩態-瞬態的鏈式分析和熱-結構的鏈式分析。

6 網格自適應功能,在變形較大的區域,可實現面網格和體網格的自動重劃分。

MSC.Nastran的隱式非線性分析模塊SOL 600,完全集成了功能強大的非線性軟件Marc的功能,可以求解各種非線性靜態和瞬態問題。如結構分析,熱分析,熱-結構耦合分析和其他多物理場耦合問題等。SOL 600所能解決的問題涵蓋各個專業領域,如航空航天、汽車、通用機械、生物醫療、電子電器等�？梢苑治龊徒鉀Q各種工程問題,無論是簡單的還是極為復雜的,包括多體接觸、多工況載荷、非線性材料和幾何非線性等。SOL 600支持多種復雜的非線性材料模型,包括復合材料、粘彈性材料和超彈性材料等。SOL 600可以對加工成型,如板料沖壓、體成型等高度非線性的問題進行虛擬仿真,預測加工結果。網格自動重劃分功能可以高效的解決復雜的多體接觸問題,而不需要人為的對模型進行重新檢查、重新劃分網格和重新遞交分析,節約大量的時間和費用。此外,SOL 600新版本中還增加了以下功能:

◆熱傳導分析和熱應力分析的自動建模

◆進行復合材料的熱分析時可以考慮厚度方向的熱梯度分布

◆增強了建模功能,包括鉚接單元、焊點單元和Bush單元(CFAST,CWELD,CBUSH)的大變形方程

◆使用虛裂紋閉合法(VCCT)或者洛侖茲方法計算應力強度因子;計算復合材料分層

◆改進了一些計算性能

MSC.Nastran的顯式非線性分析模塊SOL 700,完全集成了Dytran的流固耦合分析功能和LS-DYNA的結構分析功能,可進行各種高度瞬態非線性事件的仿真分析。該模塊采用顯式積分法并能模擬各種材料非線性、幾何非線性和碰撞接觸非線性,特別適合于分析包含大變形、高度非線性和復雜的動態邊界條件的短暫的動力學過程。軟件中同時提供拉格朗日求解器與歐拉求解器,因而既能模擬結構又能模擬流體。拉格朗日網格與歐拉網格之間可以進行耦合,從而可以分析流體與結構之間的相互作用,形成精確獨特的流固耦合技術。軟件具有豐富的材料模型和提供各種定義接觸的模式,件,能夠模擬從金屬、非金屬(包括土壤、塑料、橡膠等)到復合材料,從線彈性、屈服、狀態方程、破壞、剝離到爆炸燃燒等各種行為模式和模擬各種復雜邊界條件。對于超大變形問題,SOL 700提供了獨特的無網格SPH(Smooth Particle Hydrodynamics)技術,保證計算的收斂和精度。同時,SOL 700還具有鏈式分析功能,可以進行顯式-顯式、顯式-隱式、隱式-顯式-隱式的鏈式分析,用于多步跌落分析、回彈分析和預應力-回彈分析。

SOL 700模塊支持160多種材料模型,具有50多種接觸類型,接觸類型齊全。極好的并行計算能力,包括分布式并行算法(MPP)和共享內存式并行(SMP),其功能廣泛應用在以下領域。

◆結構的適撞性分析,如汽車、飛機、火車、輪船等運輸工具的碰撞分析、船體擱淺、鳥體撞擊飛機結構、航空發動機包容性分析等;

◆安全防護分析,如安全頭盔設計、安全氣袋膨脹分析以及汽車～氣袋～人體三者結合在汽車碰撞過程中的響應,飛行器安全性分析(飛行器墜毀、帶氣囊著陸等)

◆跌落試驗,如各種物體(武器彈藥、化工產品、儀器設備、電器如遙控器、手機、電視機等)的跌落過程仿真

◆金屬彈塑性大變形成形,如鈑金沖壓成形、全三維鍛造成形等

◆爆炸與沖擊,如水下爆炸、地下爆炸、容器中爆炸對結構的影響及破壞、爆炸成形、爆炸分離、爆炸容器的設計優化分析、爆炸對建筑物等設施結構的破壞分析、聚能炸藥的能量聚焦設計分析、戰斗部結構的設計分析;

◆水下/空中彈體發射過程,火炮制推器模擬動態仿真高速、超高速穿甲,如飛彈打擊或穿透靶體(單個或復合靶體)及侵徹過程等問題

◆流體動力分析,如液體、氣體的流動分析、液體晃動分析,水上迫降

◆輪胎在積水路面排水性和動平衡分析

◆高速列車運行系統動力學分析。高速列車穿隧道的沖擊波響應,高速列車運行中引起的空氣脈動力對聲屏障結構的作用,車輛過橋的動態響應等及其它瞬態高速過程仿真。

2.14 MSC.Nastran的并行求解方法

MSC.Nastran多種并行求解方法: