多學科仿真引擎軟體 英文正式版 MSC MD NASTRAN R3-ZWTiSO
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軟體簡介:
多學科仿真引擎軟體 英文正式版 MSC MD NASTRAN R3-ZWTiSO
語言：英語
網址：http://www.mscsoftware.com/
類別：多學科仿真引擎
製造業目前最關心的問題之一是如何降低產品的成本。產品設計中的缺陷、加工過程中材料的改
變和製造工藝的變動等都帶來了無法預測的高成本。在產品設計完成之前，MD Nastran通過不同
學科之間系統級的耦合與集成仿真，對產品的性能進行全面評估。通過對單一的通用模型的多學
科集成仿真，可以大幅度地減少設計錯誤和最大限度地降低不確定因素帶來的風險，而這些是其
他的處理過程所不能達到的。MD Nastran是求解器內核上的多學科之間的系統耦合，它從根本上
改變了原來的遊戲規則，從而可以最大化地減少產品設計以後的改動、縮短製造週期、加速上市
步伐和降低產品成本。在產品研發的早期不能發現產品的缺陷，就會帶來系列工程問題，增加了
產品成本。而在產品交付生產時，一旦在某個工藝過程、部件、分系統或最後的產品中發現缺陷，
往往需要幾周甚至幾個月才能做出反應。等到改動的決定告訴加工車間時，可能已經有很多存在
缺陷的產品已經生產出來了。單學科的仿真方式只能在設計後期發現設計的缺陷，而MD Nastran
可以在整個設計過程的很早期就發現缺陷，從而極大地節省時間和降低成本。
多學科仿真
類比賽艇的起飛是需要多學科仿真的很好實例。類比的困難在於不能有效仿真氣流和結構變形之
間的交互作用。獨立進行各個單學科的仿真也實現了多個學科的分析，但不能考慮多學科之間的
交互耦合作用。而MD Nastran使用統一的單個模型，完全考慮了不同學科之間的交互作用和耦合。
且MD Nastran充分利用了ILP-64位高性能處理器，極大地提高計算速度和解算規模。只有MD Nastran
這種能對關鍵學科之間複雜交互作用進行準確表述的求解器才能保證真實地類比這種物理現象。
即便借用目前的前後處理器、計算力量和自動運行能力，單個學科專家仍然要通過許多離散的分
析步驟來手工類比仿真學科之間的複雜交互作用。而對於某一學科的多步分析，還非常耗費時間。
尤其是通過處理大量的分析資料來確定如何將結果從一個學科傳遞到另外一個學科，必然會帶來
資訊傳輸的丟失、降低模擬的精度。工程師有時還手工傳遞計算資訊，或者將運動的資訊作為靜
態的資訊來施加到系統中，這個過程可重複性差，人為錯誤也難以避免。有了MD Nastran，這些
學科之間的資料與資訊的傳遞，將變得動態即時，也即它們將處在一個開放的統一的迴圈環境中。
無論是線性、非線性、運動、CFD、還是顯式非線性動力學，MSC Nastran允許多學科在求解器內
核上的集成仿真，而不是僅僅簡單地相互之間進行連接。這意味著學科之間在極其適當的時候相
互提供正確的資訊和力學回饋。MD Nastran完全超越傳統的多物理場系統，將多種學科深層次的
鏈結/集成，如在多體運動和有限元分析之間的多學科集成，將驅動企業在產品設計早期就實現各
設計層面的聯合工作。有限元分析和CFD之間的集成，也具有同樣的效果。
MD Nastran將一流的技術平臺Nastran、Marc、Dytran和LS-Dyna集成到一個企業級的多學科仿真
方案中。MD Nastran多學科範圍從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；然後是融入一流的隱式非線性、顯式非線性和多體動力學。象針對特定行
業的學科：碰撞、NVH、雜訊、氣動彈性和金屬成型等涉及的所有學科，均能給出高度真實的仿真
結果，滿足所有制造企業的需要。通過精確地定位物理過程、集成關鍵的各種學科、架設與傳統計
算模型之間的橋樑，MD Nastran給物理現象的連續統一性給出了目前最為精准的描述。MD Nastran
的深入開發已歷經四年，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增強了碰撞功能，後續還將把
Star-CD技術集成進來以進一步增加流—固耦合的功能。基於這樣的內核，當結構與流場發生耦合時，
在結構體的表面，有限元分析FEA和流體分析CFD將即時相互提供載荷和邊界條件。但在不同學科之
間通過手工傳遞這些資料，既阻礙了相互之間的交互耦合作用，工程師也只能繼續單獨地應用每個
學科，這又浪費了大量的時間，尤其是打破了物理過程的連續性，從而造成計算的不準確。利用第
三方軟體MpCCI，MD Nastran還可實現與其他流體軟體之間的相互耦合。
MD Nastran提供了一系列的針對特定工業領域的仿真能力，象雜訊、振動、汽車領域的NVH、碰撞和
乘員安全性、跌落分析和從熱傳導到三維熱輻射的熱控問題。
NVH研究顯然將得益於MD Nastran。ADAMS分析汽車在顛簸的路面上，不平整的路面如何引起雜訊和車
輛的振動。 MD Nastran能夠把ADAMS的模型以數學表述的形式和Nastran的NVH模型完全集成到一起，
工程師使用一個模型仿真車內的雜訊，同時集成到真實的顛簸路況的NVH研究中。NVH仿真生成的載荷
又作為後續的碰撞分析。
在另外一個MD Nastran多學科耦合的例子中，汽車工程師在運行ADAMS分析懸架系統的同時，可以把
懸架的資料作為有限元分析模型的一部分，通過Nastran評估A臂的壽命。
公共的資料模型
相比將多個獨立的仿真工具捆綁在一起分析的方法，MD Nastran可以減少50%的仿真時間，這主要是因
為用戶現在可以工作在一個公共的資料模型上來完成各類仿真，而過去這需要基於多個模型、利用多
個單學科工具進行非耦合學科仿真分析。由於基於系統級的公共模型同時對多個學科的物理過程進行了
表述，因此MD Nastran允許所有的設計人員從通用的模型中調用資料。但這並不意味著所有的學科都用
完全一樣的模型，而是意味著能夠從一個模型中提取出所需的載荷和約束來完成各類仿真。由於並不是
所有的仿真問題都是用同一方程組就能解決的，而是需要一系列的方程組來表述一個模型才可能給出非
常切合實際的仿真結果，因此這就需要從物理系統中提取出所需的一個有限元模型，通過施加載荷和約
束來進行多學科研究。MD Nastran根據相互耦合影響的學科的類型來決定分析是同時的、集成的、交叉
的還是鬆散的耦合。包含運動、FEA和CFD的系統級模型有著廣泛的多學科代表性。例如，在主要使用複
合材料的航空工業，MD Nastran消除了線性和非線性之間的分界，一旦載入使得應變超過3%後就自動轉
到非線性分析。
優化
用戶可以在仿真分析的任何層面上進行優化分析。拓撲和形狀優化應用於不同的學科領域，概率優化確
定設計的穩定性。工程師可以解算系統方程和在所有的層面上確定材料特性和製造過程帶來的大量不確
定因素的影響。MD Nastran獨特的優化功能允許將不同的工程問題，例如靜力和NVH，組合在一起進行
優化分析。
64位高性能計算
10年前，飛機機翼建模時上面的鉚釘一般不在考慮之列，現在，同時建立鉚釘模型已經是很平常的一件
事情。利用極其龐大的模型資料來分析越來越複雜的仿真模型已經成為必需的工作。在考慮壽命問題時，
工程師要在產品製造之前仿真整個產品系統。這樣即使先不考慮多學科的集成，模型的大小和複雜程度
顯然也是驚人的。如果考慮學科之間的交叉，尤其考慮到優化分析，電腦硬體資源就要承受嚴峻的考驗，
高性能計算就是必然的趨勢。MD Nastran繼續保持在高性能計算領域的領導地位，第一個移植到真正的
IPL-64,消除了以往的仿真工具對實體記憶體利用能力的限制，MD Nastran可以使用近乎無限大的實體記
憶體，大幅提高了計算效率。IPL-64位的MD Nastran繼續優化解算器，繼續支持SMP/DMP，增強針對大模
型的超單元技術及優化功能。MD Nastran的強大功能和廣泛的應用，意味著能夠在32位和64位Cluster平
臺上運行並在短時間內仿真大模型。MD Nastran運行性能針對64位元的超級電腦平臺進行了專門的優化。
基於MD Nastran的64位運行能力，MSC.Software公司為企業提供了最好的大規模仿真平臺，並且引導企
業從32位的平臺移植到64位的仿真環境。當然實際的計算速度將依賴於並行方式，極其複雜並極其巨大的
模型仍可以通過多個64位處理器平行計算而得以仿真。
例如,飛機工程師借助MD Nastran能夠分析有成百上千鉚釘的機翼上的載荷，其中單個鉚釘的分析就是複
雜的非線性彈塑性問題，在過去，這樣的分析是電腦資源難以滿足的。現在，基於ILP-64位元的MD Nastran，
電腦可以分析整個機翼和上面的所有鉚釘，相比於物理試驗，為公司的新一代飛機節省了大量的費用。
結論
生產商需要對開發的部件和裝配體進行多學科的細緻分析以繼續滿足客戶的高需求。而MD Nastran廣泛的
多學科仿真功能就允許製造行業的用戶可以準確分析一系列的多學科耦合問題，對產品的性能有一個準確
的預測。另外，MD Nastran利用ILP-64位處理器通過多學科耦合功能，分析數百萬個自由度的部件和裝配
體模型，既準確又快速。MD Nastran的這些強大功能使得用戶距離將來的虛擬產品開發環境更近一步。
MD Nastran ——針對高級工程分析的多學科方針系統
MD Nastran
在過去的四十多年裏，全球製造業的領導者都依賴MSC.Software的核心Nastran技術為市場帶來新的產品。
現在，MD Nastran（MD指多學科）為工程師帶來了基於MSC.Software傳統領導技術和可靠性能的擴展了分
析功能的工具庫。他是一個用於高級工程分析的仿真系統，MD Nastran提供了目前可得到的集成仿真和分
析功能的最完整的工具包。
多學科的價值
多學科方法的價值遠遠超過了某個分析功能的深入調整。MD Nastran是對多個，集成學科的優化，使其能有
效處理大規模問題，並能充分發揮現有的高性能計算設備的優點。MD Nastran的多學科技術通過驅動早期的
設計參數，提高產品性能，並快速審視產品的生命週期性能，以達到大幅度提高工作效率的目的。
功能
飛機機身、機翼以及起落架的強度和疲勞分析
汽車，卡車或火車的各種結構（車身、底盤、懸掛、操控和輪胎）的強度耐久性和振動分析
傳導、對流或輻射對家用電器（電視、手機）溫度波動的影響
產品如何經受破壞過程，如跌落到地板，撞到牆上，或從升降機上落下。
優點
與其他任何分析工具相比，使用MD Nastran的通用資料模型能開展更多新產品研發學科的交叉，耦合或離散分
析，從而加快製造時間。
通過把仿真技術運用到新產品研發週期的前沿來降低製造成本。
在產品製造之前研究更多的設計方案，預測系統級的性能表現，並正確評估生命週期的使用（安全性，疲勞，
耐久性）問題。
消減專業知識儲備，減小對不連貫點解決方案的依賴，並在單個、一致的用戶環境中操作所有需要的仿真，能
極大地提高分析效率。
利用MD Nastran 高性能計算的優點，世界領先的求解技術，以及適用於大型/複雜仿真的獨特性能，可以節約
時間，排除或減小仿真理想化，極大提高與現實的相關性。
優化
性能優化更適合大規模系統和複雜分析
全新、高度協調，世界領先的求解技術可以節約時間，研究更大範圍的設計方案
內置的形狀和拓撲優化技術，結合預測功能可以提高整體設計效率，並預測生命週期的性能
集成
在一個通用的用戶環境中簡單方便地操作越來越複雜的多個仿真，從線性到非線性，一直到失效
將多學科技術和線性/非線性分析耦合在一起，用於解決多個影響同事發生時的特殊交叉作用
與點解決方案相比，通用資料模型節約了時間，避免了模型傳遞中的錯誤，減小了分析模型的準備工作
功能強大
方便地操作大型、相互連接的裝配體，各裝配體之間用成排專門連接器連接在一起，具有摩擦特性的高度三維接
觸，支持柔性體和剛性體，並有超單元
支持ILP64位處理器，消除了對模型大小的約束，因為實體記憶體定址能力決定了其是否可以繼續處理其他系統
支援平行計算/多處理器系統，支援新的高性能稀疏和迭代求解器，具有大型模型處理能力
MD Nastran： 多學科技術的價值
系統級導向的觀點可以快速審視整體設計特性
通用的用戶環境和模型凸顯了高效設計速度
多工程學科間複雜交叉仿真，可以在新產品設計週期的前期就能審視其真實的設計行為
寬廣、集成的學科視野使與製造和工藝相關的問題及早暴露出來，避免了昂貴又費時的再加工
MD Nastran包含：
線性靜力
正則模態
屈曲
連接體
動力學
熱傳導
Adams 集成
無限制模型大小
氣動彈性學 I
直接矩陣提取程式（DMAP）
動力設計分析方法（DDAM）
共用存儲並行技術（SMP）
非線性
隱式非線性
隱式非線性形狀記憶材料
隱式非線性半立方體視角因數
補充的MD Nastran模組
分散式記憶體平行計算（DMP）
自動部件模態綜合法（ACMS）
內部聲學
外部聲學
氣動彈性學 II
設計優化
Krylov 求解器
轉子動力學
超單元
拓樸優化
顯式非線性
隱式非線性多處理器
顯式非線性多處理器
