MSC重磅出擊,推出真正的多學(xué)科仿真引擎MD Nastran
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全球領(lǐng)先的虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)供應(yīng)商MSC.Software歷經(jīng)數(shù)載潛心開發(fā)，終于打破了CAE領(lǐng)域長(zhǎng)期以來的只能進(jìn)行單學(xué)科和初級(jí)多學(xué)科仿真的羈絆，推出了業(yè)界期待已久的第一個(gè)真正的企業(yè)級(jí)多學(xué)科聯(lián)合仿真引擎MD Nastran，它最大的特點(diǎn)就是它本身就是一個(gè)系統(tǒng)的多學(xué)科解決方案，而不是簡(jiǎn)單的單學(xué)科仿真的疊加。
制造業(yè)目前最關(guān)心的問題是如何降低產(chǎn)品的成本。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的缺陷、加工過程中材料的變化和制造工藝的變動(dòng)等都帶來了無法預(yù)測(cè)的高成本。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之前，MD Nastran通過不同學(xué)科之間系統(tǒng)級(jí)的耦合集成仿真，對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行評(píng)估。一個(gè)模型的多學(xué)科仿真，可以大幅度地減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和最大限度地降低不確定因素帶來的風(fēng)險(xiǎn)，而這些是其它的處理過程所不能達(dá)到的。MD Nastran從根本上減少了產(chǎn)品設(shè)計(jì)以后的改動(dòng)、縮短制造時(shí)間、加快上市時(shí)間和降低了成本。在產(chǎn)品研發(fā)的早期不能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷，就會(huì)帶來系列工程問題，增加了產(chǎn)品成本。在產(chǎn)品交付生產(chǎn)時(shí)，一旦在某個(gè)工藝過程、部件、分系統(tǒng)或最后的產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)缺陷，往往需要幾個(gè)周或幾個(gè)月才能做出反應(yīng)。等到改動(dòng)的決定告訴加工車間時(shí)，可能已經(jīng)有很多的有缺陷的部件和產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)出來了。單學(xué)科的仿真工具可以在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的缺陷，而MD Nastran可以在整個(gè)過程的早期發(fā)現(xiàn)問題，從而節(jié)省時(shí)間和降低成本。
多學(xué)科仿真
起飛的賽艇是多學(xué)科仿真很好的實(shí)例。這種現(xiàn)象歸因于不能仿真氣流和結(jié)構(gòu)變形之間交互作用。單個(gè)解決方案允許多學(xué)科分析，但不能考慮多學(xué)科之間的交互作用。只有MD Nastran考慮了不同學(xué)科之間的交互作用和耦合、使用一個(gè)模型、優(yōu)化不確定因素和利用64位高性能處理器提高計(jì)算速度。只有對(duì)關(guān)鍵學(xué)科之間復(fù)雜交互作用的準(zhǔn)確表述才能保證真實(shí)地模擬物理現(xiàn)象。即使借用目前的前后處理器、計(jì)算力量和自動(dòng)運(yùn)行能力，單個(gè)學(xué)科專家仍然要通過許多離散的分析步驟來手工模擬仿真學(xué)科之間的復(fù)雜交互作用。對(duì)于某一學(xué)科的多步分析，就相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間。可是通過處理大量的分析數(shù)據(jù)來確定如何將結(jié)果從一個(gè)學(xué)科傳遞到另外一個(gè)學(xué)科，必然非?？菰铮瑫r(shí)也會(huì)帶來人為的錯(cuò)誤、降低模擬精度，而且這個(gè)過程也是沒有可重復(fù)性。 工程師有時(shí)手工傳遞計(jì)算信息，或者將運(yùn)動(dòng)的信息作為靜態(tài)的來施加到對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的有限元分析中。MD Nastran將它們連接在一起，使數(shù)據(jù)變得動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)，也就是它們?cè)谝粋€(gè)開放的循環(huán)環(huán)境中。無論是線性、非線性、運(yùn)動(dòng)、CFD、還是顯式非線性動(dòng)力學(xué)，MSC Nastran允許多學(xué)科集成仿真，而不是僅僅簡(jiǎn)單地相互之間連接。這意味著相互之間在極其適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提供正確的工程和力學(xué)反饋。有別于傳統(tǒng)的多物理系統(tǒng)，在多體運(yùn)動(dòng)和有限元分析之間的多學(xué)科集成，有助于多學(xué)科模擬仿真在企業(yè)產(chǎn)品的早期就指導(dǎo)設(shè)計(jì)。有限元分析和CFD之間的集成，也是同樣的方式。
MD Nastran
MD Nastran將最好的技術(shù)平臺(tái)Nastran、Marc、Dytran和LS-Dyna集成到一個(gè)企業(yè)級(jí)的多學(xué)科仿真方案中。MD Nastran在多學(xué)科方面，從2001年開始首先對(duì)傳統(tǒng)的一流的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了增強(qiáng)；然后是一流的隱式非線性、顯式非線性和多體動(dòng)力學(xué)。象針對(duì)特定行業(yè)的學(xué)科：碰撞、NVH、噪聲、氣動(dòng)彈性和金屬成型等涉及的所有學(xué)科都要求滿足所有廠家的需要，也就是結(jié)果要與真實(shí)的情況非?？拷?。只要準(zhǔn)確地理解物理模型、集成合適的關(guān)鍵學(xué)科，MD Nastran就可以給出非常高精度的表述。MD Nastran是歷時(shí)4年把ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)、Marc非線性技術(shù)和重要合作伙伴的技術(shù)集成在一起的結(jié)果。后續(xù)的開發(fā)要把LS-Dyna的高度瞬態(tài)非線性嵌入Nastran來增加碰撞功能，把Fluent和Star-CD集成進(jìn)來以增加流—固耦合的功能。在結(jié)構(gòu)體的表面，有限元分析FEA和流體分析CFD相互提供載荷和邊界條件。但在不同學(xué)科之間通過手工傳遞這些數(shù)據(jù)，阻礙了相互之間的交互耦合作用，工程師也只能繼續(xù)單獨(dú)地應(yīng)用每個(gè)學(xué)科，這就浪費(fèi)了大量的時(shí)間。利用第三方的MpCCI，MD Nastran實(shí)現(xiàn)了在流體和結(jié)構(gòu)之間的相互耦合。MD Nastran提供了一系列的針對(duì)特定工業(yè)領(lǐng)域的仿真功能，象噪聲、振動(dòng)、汽車領(lǐng)域的NVH、碰撞和乘員安全性、跌落分析和從熱傳導(dǎo)到三維熱輻射的熱控問題。NVH研究顯然得益于MD Nastran。ADAMS分析汽車在顛簸的路面上，不平整的路面如何引起噪聲和車輛的振動(dòng)。 MD Nastran能夠把ADAMS的模型以數(shù)學(xué)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(gè)模型仿真車內(nèi)的噪聲，同時(shí)集成到真實(shí)的顛簸路況的NVH研究中。NVH仿真生成的載荷又作為后續(xù)的碰撞分析。在另外一個(gè)MD Nastran多學(xué)科耦合的例子中，汽車工程師在運(yùn)行ADAMS分析懸架系統(tǒng)的同時(shí)，可以把懸架的數(shù)據(jù)作為有限元分析模型的一部分，通過Nastran評(píng)估A臂的壽命。
共享一個(gè)模型
相比將多個(gè)獨(dú)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(shí)間，這主要是因?yàn)橛脩艨梢杂靡粋€(gè)模型完成MD Nastran仿真。用多物理場(chǎng)表述的單個(gè)模型是基于系統(tǒng)級(jí)的，因此MD Nastran允許所有的設(shè)計(jì)人員調(diào)用同樣的數(shù)據(jù)。但這并不意味著所有的學(xué)科都用完全一樣的模型，而是從一個(gè)模型中提取出共同的載荷和約束來做系統(tǒng)級(jí)仿真。包含剛體單元的系統(tǒng)級(jí)模型可以傳到MD Nastran。并不是所有的仿真問題都是用一個(gè)方程就能解決的，因此需要一系列的方程來表述一個(gè)模型才可能給出非常切合實(shí)際的方針結(jié)果。有限元模型是從物理系統(tǒng)中提取出來的理論模型，通過施加載荷和約束來進(jìn)行不同學(xué)科的研究。相互耦合影響的學(xué)科的類型決定了是否分析的耦合程度是同時(shí)的、集成的、交叉的或松散的。包含運(yùn)動(dòng)、FEA和CFD的系統(tǒng)級(jí)模型在多物理場(chǎng)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。例如，在主要使用復(fù)合材料的航空工業(yè)，MD Nastran消除了線性和非線性之間的應(yīng)用屏障，一旦加載使得應(yīng)變超過3%后就自動(dòng)轉(zhuǎn)到非線性分析。
優(yōu)化
制造業(yè)目前最關(guān)心的問題是如何降低產(chǎn)品的成本。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的缺陷、加工過程中材料的變化和制造工藝的變動(dòng)等都帶來了無法預(yù)測(cè)的高成本。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之前，MD Nastran通過不同學(xué)科之間系統(tǒng)級(jí)的耦合集成仿真，對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行評(píng)估。一個(gè)模型的多學(xué)科仿真，可以大幅度地減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和最大限度地降低不確定因素帶來的風(fēng)險(xiǎn)，而這些是其它的處理過程所不能達(dá)到的。MD Nastran從根本上減少了產(chǎn)品設(shè)計(jì)以后的改動(dòng)、縮短制造時(shí)間、加快上市時(shí)間和降低了成本。在產(chǎn)品研發(fā)的早期不能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷，就會(huì)帶來系列工程問題，增加了產(chǎn)品成本。在產(chǎn)品交付生產(chǎn)時(shí)，一旦在某個(gè)工藝過程、部件、分系統(tǒng)或最后的產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)缺陷，往往需要幾個(gè)周或幾個(gè)月才能做出反應(yīng)。等到改動(dòng)的決定告訴加工車間時(shí)，可能已經(jīng)有很多的有缺陷的部件和產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)出來了。單學(xué)科的仿真工具可以在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的缺陷，而MD Nastran可以在整個(gè)過程的早期發(fā)現(xiàn)問題，從而節(jié)省時(shí)間和降低成本。
多學(xué)科仿真
起飛的賽艇是多學(xué)科仿真很好的實(shí)例。這種現(xiàn)象歸因于不能仿真氣流和結(jié)構(gòu)變形之間交互作用。單個(gè)解決方案允許多學(xué)科分析，但不能考慮多學(xué)科之間的交互作用。只有MD Nastran考慮了不同學(xué)科之間的交互作用和耦合、使用一個(gè)模型、優(yōu)化不確定因素和利用64位高性能處理器提高計(jì)算速度。只有對(duì)關(guān)鍵學(xué)科之間復(fù)雜交互作用的準(zhǔn)確表述才能保證真實(shí)地模擬物理現(xiàn)象。即使借用目前的前后處理器、計(jì)算力量和自動(dòng)運(yùn)行能力，單個(gè)學(xué)科專家仍然要通過許多離散的分析步驟來手工模擬仿真學(xué)科之間的復(fù)雜交互作用。對(duì)于某一學(xué)科的多步分析，就相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間。可是通過處理大量的分析數(shù)據(jù)來確定如何將結(jié)果從一個(gè)學(xué)科傳遞到另外一個(gè)學(xué)科，必然非?？菰铮瑫r(shí)也會(huì)帶來人為的錯(cuò)誤、降低模擬精度，而且這個(gè)過程也是沒有可重復(fù)性。 工程師有時(shí)手工傳遞計(jì)算信息，或者將運(yùn)動(dòng)的信息作為靜態(tài)的來施加到對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的有限元分析中。MD Nastran將它們連接在一起，使數(shù)據(jù)變得動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)，也就是它們?cè)谝粋€(gè)開放的循環(huán)環(huán)境中。無論是線性、非線性、運(yùn)動(dòng)、CFD、還是顯式非線性動(dòng)力學(xué)，MSC Nastran允許多學(xué)科集成仿真，而不是僅僅簡(jiǎn)單地相互之間連接。這意味著相互之間在極其適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提供正確的工程和力學(xué)反饋。有別于傳統(tǒng)的多物理系統(tǒng)，在多體運(yùn)動(dòng)和有限元分析之間的多學(xué)科集成，有助于多學(xué)科模擬仿真在企業(yè)產(chǎn)品的早期就指導(dǎo)設(shè)計(jì)。有限元分析和CFD之間的集成，也是同樣的方式。
MD Nastran
MD Nastran將最好的技術(shù)平臺(tái)Nastran、Marc、Dytran和LS-Dyna集成到一個(gè)企業(yè)級(jí)的多學(xué)科仿真方案中。MD Nastran在多學(xué)科方面，從2001年開始首先對(duì)傳統(tǒng)的一流的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了增強(qiáng)；然后是一流的隱式非線性、顯式非線性和多體動(dòng)力學(xué)。象針對(duì)特定行業(yè)的學(xué)科：碰撞、NVH、噪聲、氣動(dòng)彈性和金屬成型等涉及的所有學(xué)科都要求滿足所有廠家的需要，也就是結(jié)果要與真實(shí)的情況非?？拷?。只要準(zhǔn)確地理解物理模型、集成合適的關(guān)鍵學(xué)科，MD Nastran就可以給出非常高精度的表述。MD Nastran是歷時(shí)4年把ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)、Marc非線性技術(shù)和重要合作伙伴的技術(shù)集成在一起的結(jié)果。后續(xù)的開發(fā)要把LS-Dyna的高度瞬態(tài)非線性嵌入Nastran來增加碰撞功能，把Fluent和Star-CD集成進(jìn)來以增加流—固耦合的功能。在結(jié)構(gòu)體的表面，有限元分析FEA和流體分析CFD相互提供載荷和邊界條件。但在不同學(xué)科之間通過手工傳遞這些數(shù)據(jù)，阻礙了相互之間的交互耦合作用，工程師也只能繼續(xù)單獨(dú)地應(yīng)用每個(gè)學(xué)科，這就浪費(fèi)了大量的時(shí)間。利用第三方的MpCCI，MD Nastran實(shí)現(xiàn)了在流體和結(jié)構(gòu)之間的相互耦合。MD Nastran提供了一系列的針對(duì)特定工業(yè)領(lǐng)域的仿真功能，象噪聲、振動(dòng)、汽車領(lǐng)域的NVH、碰撞和乘員安全性、跌落分析和從熱傳導(dǎo)到三維熱輻射的熱控問題。NVH研究顯然得益于MD Nastran。ADAMS分析汽車在顛簸的路面上，不平整的路面如何引起噪聲和車輛的振動(dòng)。 MD Nastran能夠把ADAMS的模型以數(shù)學(xué)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(gè)模型仿真車內(nèi)的噪聲，同時(shí)集成到真實(shí)的顛簸路況的NVH研究中。NVH仿真生成的載荷又作為后續(xù)的碰撞分析。在另外一個(gè)MD Nastran多學(xué)科耦合的例子中，汽車工程師在運(yùn)行ADAMS分析懸架系統(tǒng)的同時(shí)，可以把懸架的數(shù)據(jù)作為有限元分析模型的一部分，通過Nastran評(píng)估A臂的壽命。
共享一個(gè)模型
相比將多個(gè)獨(dú)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(shí)間，這主要是因?yàn)橛脩艨梢杂靡粋€(gè)模型完成MD Nastran仿真。用多物理場(chǎng)表述的單個(gè)模型是基于系統(tǒng)級(jí)的，因此MD Nastran允許所有的設(shè)計(jì)人員調(diào)用同樣的數(shù)據(jù)。但這并不意味著所有的學(xué)科都用完全一樣的模型，而是從一個(gè)模型中提取出共同的載荷和約束來做系統(tǒng)級(jí)仿真。包含剛體單元的系統(tǒng)級(jí)模型可以傳到MD Nastran。并不是所有的仿真問題都是用一個(gè)方程就能解決的，因此需要一系列的方程來表述一個(gè)模型才可能給出非常切合實(shí)際的方針結(jié)果。有限元模型是從物理系統(tǒng)中提取出來的理論模型，通過施加載荷和約束來進(jìn)行不同學(xué)科的研究。相互耦合影響的學(xué)科的類型決定了是否分析的耦合程度是同時(shí)的、集成的、交叉的或松散的。包含運(yùn)動(dòng)、FEA和CFD的系統(tǒng)級(jí)模型在多物理場(chǎng)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。例如，在主要使用復(fù)合材料的航空工業(yè)，MD Nastran消除了線性和非線性之間的應(yīng)用屏障，一旦加載使得應(yīng)變超過3%后就自動(dòng)轉(zhuǎn)到非線性分析。
優(yōu)化
MD Nastran將最好的技術(shù)平臺(tái)Nastran、Marc、Dytran和LS-Dyna集成到一個(gè)企業(yè)級(jí)的多學(xué)科仿真方案中。MD Nastran在多學(xué)科方面，從2001年開始首先對(duì)傳統(tǒng)的一流的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了增強(qiáng)；然后是一流的隱式非線性、顯式非線性和多體動(dòng)力學(xué)。象針對(duì)特定行業(yè)的學(xué)科：碰撞、NVH、噪聲、氣動(dòng)彈性和金屬成型等涉及的所有學(xué)科都要求滿足所有廠家的需要，也就是結(jié)果要與真實(shí)的情況非?？拷Ｖ灰獪?zhǔn)確地理解物理模型、集成合適的關(guān)鍵學(xué)科，MD Nastran就可以給出非常高精度的表述。MD Nastran是歷時(shí)4年把ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)、Marc非線性技術(shù)和重要合作伙伴的技術(shù)集成在一起的結(jié)果。后續(xù)的開發(fā)要把LS-Dyna的高度瞬態(tài)非線性嵌入Nastran來增加碰撞功能，把Fluent和Star-CD集成進(jìn)來以增加流—固耦合的功能。在結(jié)構(gòu)體的表面，有限元分析FEA和流體分析CFD相互提供載荷和邊界條件。但在不同學(xué)科之間通過手工傳遞這些數(shù)據(jù)，阻礙了相互之間的交互耦合作用，工程師也只能繼續(xù)單獨(dú)地應(yīng)用每個(gè)學(xué)科，這就浪費(fèi)了大量的時(shí)間。利用第三方的MpCCI，MD Nastran實(shí)現(xiàn)了在流體和結(jié)構(gòu)之間的相互耦合。
MD Nastran提供了一系列的針對(duì)特定工業(yè)領(lǐng)域的仿真功能，象噪聲、振動(dòng)、汽車領(lǐng)域的NVH、碰撞和乘員安全性、跌落分析和從熱傳導(dǎo)到三維熱輻射的熱控問題。
NVH研究顯然得益于MD Nastran。ADAMS分析汽車在顛簸的路面上，不平整的路面如何引起噪聲和車輛的振動(dòng)。 MD Nastran能夠把ADAMS的模型以數(shù)學(xué)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(gè)模型仿真車內(nèi)的噪聲，同時(shí)集成到真實(shí)的顛簸路況的NVH研究中。NVH仿真生成的載荷又作為后續(xù)的碰撞分析。
在另外一個(gè)MD Nastran多學(xué)科耦合的例子中，汽車工程師在運(yùn)行ADAMS分析懸架系統(tǒng)的同時(shí)，可以把懸架的數(shù)據(jù)作為有限元分析模型的一部分，通過Nastran評(píng)估A臂的壽命。
結(jié)論
生產(chǎn)商需要對(duì)開發(fā)的部件和裝配體進(jìn)行多學(xué)科的細(xì)致分析以繼續(xù)滿足客戶的高需求。MD Nastran廣泛的多學(xué)科仿真功能允許制造行業(yè)的用戶可以準(zhǔn)確分析一系列的多學(xué)科耦合問題，對(duì)產(chǎn)品的性能有一個(gè)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。另外，MD Nastran利用64位處理器通過多學(xué)科耦合功能，分析數(shù)百萬個(gè)自由度的部件和裝配體模型，既準(zhǔn)確又快速。MD Nastran的強(qiáng)大功能使得用戶距離將來的虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境更進(jìn)一步
結(jié)論
生產(chǎn)商需要對(duì)開發(fā)的部件和裝配體進(jìn)行多學(xué)科的細(xì)致分析以繼續(xù)滿足客戶的高需求。MD Nastran廣泛的多學(xué)科仿真功能允許制造行業(yè)的用戶可以準(zhǔn)確分析一系列的多學(xué)科耦合問題，對(duì)產(chǎn)品的性能有一個(gè)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。另外，MD Nastran利用64位處理器通過多學(xué)科耦合功能，分析數(shù)百萬個(gè)自由度的部件和裝配體模型，既準(zhǔn)確又快速。MD Nastran的強(qiáng)大功能使得用戶距離將來的虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境更進(jìn)一步
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