CAE系列軟件介紹_MSC.Patran
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MSC.PATRAN最早由美國宇航局(NASA)倡導開發的, 是工業領域最著名的并行框架式有限元前后處理及分析系統， 其開放式、多功能的體系結構可將工程設計、工程分析、結果評估、用戶化身和交互圖形界面集于一身，構成一個完整CAE集成環境。 |
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集成化的工程分析系統 MSC.PATRAN可以幫助產品開發商實現從設計到制造全過程的產品性能仿真, 主要特點包括: 實用性 MSC.PATRAN的用戶界面既容易使用又方便記憶。 這就意味著當有經驗的使用者正專著于他們的問題而不是如何使用軟件時, 那些新用戶也可以很快成為熟練的使用者。 CAD模型的直接訪問和幾何建模 眾多的公司為了節約寶貴的時間,減少重復建模,消除由此帶來的不必要的錯誤, 而大量采用直接幾何訪問技術(DGA)直接從一些世界先導的CAD/CAM系統中抓取幾何模型,甚至參數和特征。 此外, MSC.PATRAN還提供了完善的獨立幾何建模和編輯工具, 以使用戶更靈活的完成模型準備。 ★ 智能化模型處理 MSC.PATRAN允許用戶直接在幾何模型上設定載荷、邊界條件、材料和單元特性, 并將這些信息自動地轉換成相關的有限元信息, 以最大限度地減少設計過程的時間消耗。 所有的分析結果均可以可視化。 ★ 自動有限元建模 MSC.PATRAN的新產品中不斷增加了很多更靈活更方便的智能化工具, 同時提供了自動網格及工業界最先進的映射網格劃分功能, 使用戶快速完成他們想做的工作。 ★ 完全的分析集成 將世界先導的不同類型的分析軟件和技術集成MSC.PATRAN一個公共的環境中共用一個模型, 為用戶提供了其他任何軟件所無可比擬的靈活性, 使用戶能夠在最短的時間內根據多種類型的仿真結果對產品的整體設計給出正確的判斷, 提出相應的改進建議。 ★ 高級文檔幫助 MSC.PATRAN提供了交互式的全文本在線幫助系統, 可使用戶隨時得到相關的電子文檔幫助。另外相關命令過程的自動文件記錄可方便地編輯修改并用于模型的參數化研究 ★ 數據庫不同平臺相互兼容 MSC.PATRAN的一致數據庫可使用戶實現不同工作平臺間的數據相互傳遞和資源共享, 如MSC.PATRAN可在當前流行的各種工作站及PC機組成的任意網絡上浮動使用。 ★ 用戶化技術 用戶可將MSC.PATRAN作為自己的前后處理器, 并利用其強大的PCL語言和編程函數庫把自行開發的應用程序和功能及針對特殊要求開發的內容直接嵌入MSC.PATRAN的框架系統, 或單獨使用或與其它系統聯合使用, 提高市場競爭能力。 ★ 結果可視化處理 MSC.PATRAN豐富的結果后處理功能可使用戶直觀的顯示所有的分析結果, 在產品投放市場前對產品性能進行認定, 并可通過圖表文件等方式進行文檔整理。 ★ 操作運行性能優良 MSC.PATRAN在運行過程中，對用戶的操作響應極快，尤其對大模型的網格剖分、圖形優化、數據庫優化、內存管理及屏幕刷新等，都能快速給出操作結果，這樣將大大加快分析速度。 |
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| 開放式幾何訪問及模型構造 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
圖形用戶界面 MSC.PATRAN采用符合Open Software Foundation (OSF) Motif 標準全新的圖形用戶界面, 直觀的鼠標驅動菜單和表格系統可用于輸入命令。 友好的用戶界面條理清晰, 最多不超過三級的菜單按"事件"激發, 使用戶可隨意接通任何分析任務。 豐富的電子表格工具,如彈出或下拉式菜單與表格、滑動條、圖形圖標、按鈕。 "單擊和拖動"和多功能屏幕拾取選擇等, 可用于輸入和管理數據。各類表格均使用普通的工程術語, 而不是特定代碼命令語法和縮寫,當需要時輔助表格或自動彈出或自動消失,整個界面系統始終給人一種直觀的感覺。 MSC.PATRAN 基于Motif的圖形菜單和電子表格系統不但易學易用, 而且可通過隨機的在線幫助系統在工程師手邊提供了整個MSC.PATRAN用戶手冊并允許快速定位所需信息 隨著微機工作站性能的飛速提高，MSC公司在現有Windows NT平臺的PATRAN基礎上，于1999年年底推出全新的專為Windows NT工作站平臺操作系統開發的新版MSC.PATRAN。該版本的用戶界面完全采用典型的NT界面風格，并保留用戶所熟悉的原有MSC。 PATRAN的特點。 為便于工程師使用, MSC.PATRAN的整個用戶手冊系統全部處于"等待激活狀態",并可在分析任務需要幫助的任意時刻被激活提供讀取信息。 具體幫助方法分為主題相關和內容相關兩種。 在主題幫助中, 用戶可簡單選取"Help", 并從"內容表"上選擇期望的主題信息。一旦選定內容, 文檔中相應信息就會出現在屏幕上供用戶讀取。 內容相關幫助系統提供了與用戶感興趣的主題相關的所有主題信息。 通過該方法用戶可在MSC。PATRAN的任何菜單或表格中直接選擇并獲得幫助。 相應的用戶手冊內容包含了特定表格及應用程序使用所需的必要信息。 CAD幾何模型的直接訪問 MSC.PATRAN自誕生之日起就作為世界一流的分析前后處理器, 至今已風靡了二十多年，其本身不但可以作為一個完整的應用系統獨立運行, 進行各種復雜模型的實體建模, 配合滿足不同需求的可選應用模塊完成各種工程分析。 并行CAE工程的設計思想使MSC.PATRAN從另一個角度上打破了傳統有限元分析的前后處理模式, 其獨有的幾何模型直接訪問技術(Direct Geometry Access, 簡稱DGA)為基礎的CAD/CAM軟件系統間的幾何模型溝通, 及各類分析模型無縫連接提供了完美的集成環境。 使用DGA技術,應用工程師可直接在MSC.PATRAN框架內訪問現有CAD/CAM系統數據庫,讀取、轉換、修改和操作正在設計的幾何模型而無需復制。 MSC.PATRAN支持的不同的幾何傳輸標準, 包括: Parasolid, ACIS, STEP, IGES等格式。 有限元分析模型可從 CAD 幾何模型上快速地直接生成, 用精確表現真實產品設計取代以往的近似描述,進而省去了在分析軟件系統中重新構造幾何模型的傳統過程, MSC.PATRAN所生成的分析模型 (包含直接分配到CAD幾何上的載荷、 邊界條件、 材料和單元特性)將駐留PATRAN的數據庫中, 而CAD幾模型將繼續保存在原有的CAD/CAM系統中, 當相關的設計模型存儲在MSC.PATRAN中并生成有限元網格時, 原有的設計模型將被"標記"。 設計與分析之間的相關性可使用戶在MSC.PATRAN中迅速獲知幾何模型的任何改變, 并能重新觀察新的幾何模型確保分析的精度。 MSC公司是通過在世界范圍內與先導的CAD/CAM軟件供應商建立緊密而重要的合作關系來實現"并行工程"和DGA技術。保證用戶在同步的工程環境下從一個或多個CAD系統中獲取CAD信息。這些先導的CAD/CAM軟件包括：
對于任意其它CAD均可依據其所遵循的標準進行訪問。以上讀入的CAD信息包括: 幾何點、 曲線、 曲面和實體、 Unigraphics的特征。 其中, 對于Unigraphics的特征不但可以讀入PATRAN,而且可以在PATRAN中根據分析的要求進行更改, 隨后特征仍可返回UG供CAD設計修改使用。 MSC.PATRAN EXPRESS 中間文件可用于在不同平臺之間傳遞幾何模型, 讀入MSC。ARIES的幾何模型。 IGES文件主要用于任意CAD的幾何數據的輸入和輸出, 其中當然也包括有限元和相關坐標系信息。 幾何造型功能 MSC.PATRAN提供了一系列的幾何造型和編輯功能。 不但可以編輯讀入的CAD幾何劃分有限元網格，而且可以獨立創建各種復雜的幾何模型。 統一的菜單形式提供了以下主要建模功能： 支持多種幾何要素包括:
裁剪曲面
多種生成選項包括:
此外還包含了曲線、曲面合并功能; 任意的局部坐標系設定選項（笛卡兒、圓柱和球坐標）、 重心、形心、轉動慣量等幾何模型的質量和幾何特性計算。 分析集成 作為世界一流的前后處理器, MSC.PATRAN已經風靡了二十多年, 按"事件分類"的分析解算器選擇功能, 使MSC.PATRAN的分析集成系統達到一嶄新的水平。分析選擇可根據不同分析軟件(包MSC.PATRAN提供的商品化應用分析模塊) 設置不同的工作環境, 可滿足用戶對使用效益和集成的需求。而無需再象以前那樣當一個模型要進行不同的分析時必須針對不同的分析軟件的特點重復建模。 MSC.PATRAN界面內可直接選擇的求解器包括：
有限元建模 MSC.PATRAN提供了功能全面, 方便靈活的可滿足各種分析精度要求的復雜有限元的建模能力。 其綜合全面、先進的網格劃分技術,為用戶根據不同的幾何模型提供了多種不同的生成和定義有限元模型工具, 包括:多種網格劃分器。 有限元模型的編輯處理、單元設定、任意梁截面建模、邊界和載荷定義、及交互式計算結果后處理。 多種網格生成器: 在一項工程分析中, 人們經常要花費很多時間劃分有限元網格。 MSC.PATRAN提供了世界領先的針對不同分析目的的多種網格處理器, 幫助設計人員快速生成分析用的有限元網格。 快速曲面網格劃分器：
自動實體單元網格劃分器：
可靠的映射網格劃分器：
掃略網格生成器： 1D、2D和3D 單元可從低一階次的單元掃略形成，掃略方法有很多種，包括：
在拓撲相近的四邊形網格之間蒙出實體單元，強大的單元庫包括線性、二階、及三階單元：
特殊單元類型包括：
有限元模型的編輯處理 除優異的網格劃分技術外, MSC.PATRAN還擁有一些獨特的網格處理功能,將進一步大大方便用戶的使用, 如網格的優化處理、單元驗證試驗、節點和單元編輯等。 具體包括:
方便的選項可用來產生位置重合的節點用于生成零長度單元, 如間隙單元和滑移線單元。 重合節點自動消除功能選項包括：
有限單元檢查確保所有分析模型的完整性:
對帶寬和波前進行優化
有限元網格可以隨時與幾何點、線、面或體相關聯，這對生成網格時未做幾何關聯或網格從外部讀入的情況非常有用。 另外還可通過組的變換生成網格, 或利用別的單元的表面或邊生成新的單元。 節點可投影到平面、曲面、曲線或指定的空間位置; 單元網格可進行打開和閉合控制。 在 MSC.PATRAN中函數賦值既可以用于施加載荷和邊界條件,又可用于材料和單元特性的定義。 任意梁截面定義 梁作為工程領域最為常用的一種結構形式, 在結構分析中也因此占據了十分重要的地位。 如何高效地處理梁的或板梁實體組合的有限元模型是所有結構分析工具必須面臨的問題。 人們以往由于工具的限制都是將三維簡化成一維來處理, 經常會造成空間梁的擺放位置和方向錯誤, 使得計算失去意義。 在MSC.PATRAN中設計人員可十分方便的處理各種梁或梁的有限元組合模型。 對于通行的標準梁截面如I型, L型等PATRAN內嵌的梁單元庫中均以參數的方式提供給用戶, 并通過三維擺放保證分析模型的正確性。 更為重要的是除常規梁單元庫外, MSC.PATRAN還特別提供了任意梁截面計算和模型處理方法。使得設計工程師能夠隨心所欲地選擇各種形狀的梁截面設計出他們認為更合理的結構產品, 而不是苦于如何簡化梁模型。 分析條件定義 當網格劃分完成之后,緊接著就需要在分析模型上定義相應的單元特性、 材料特性、載荷及邊界條件。MSC.PATRAN全面的分析模型定義功能可將各種分析信息(單元、材料、載荷、邊界條件等)直接加到有限元網格或任何CAD幾何類型上。 如果分析信息定義到CAD幾何模型上, 單元和材料特性、載荷和邊界條件將與幾何保持相關性, 并且當網格改變或修改時無需重新定義。 載荷邊界條件 結構分析所施加的載荷和邊界條件可直接作用于幾何或有限元模型上, 具體包括：
分析所要求的輸入表格形式豐富的載荷和約束選項，包括：
此外,其它功能還包括: 多個點或單元與其它點或單元相聯系的表格可由用戶輸入區域; 數學函數表達的域可用于施加變化載荷; 不同的有限元網格之間計算結果插值, 如熱-結構, 多個載荷和邊界條件作用時產生多工況。 材料 完整的材料信息模型可方便地建立或定義,包括：
密度和材料主方向隨空間位置變化可直接加在幾何或有限元模型上。 合成復合材料特性包括:
相關材料性質還包括應力、應變、應變率、溫度、或頻率相關; 每個特性定義可有多達96個特性輸入位置; 所有數據均可用彩色圖顯示出來以檢查; 每個特性值均自動根據分析器被指定一個名字。 MSC公司獨有的MSC.MVISION材料數據庫信息系統可完全集成到MSC.PATRAN中, 并通過MSC.PATRAN MATERIALS SELECTOR材料選擇器將來自材料數據庫的材料信息直接嵌入有限元或 CAD幾何模型, 如非金屬材料、復合材料、塑料、陶瓷、各類金屬及合金材料的性能及制造特性信息等。目前MSC公開發售的MSC.MVISION材料數據庫信息系統包括來自全球各地各大材料制造商(公司)、材料研究機構、 國防及軍事研制部門、 航空航天材料試驗中心等等數萬種材料信息(含各類的材料性能數據、 試驗環境數據、 表格、 成分、 圖象、 供應廠商、材料牌號等)。對于更為復雜的材料圖形生成或定義諸如時間相關載荷和溫度相關材料特性還可通過 MSC.PATRAN的PCL宏命令語言完成, 既可直接顯示在P3/PATRAN模型上, 亦可用電子表格或坐標圖表示。 結果交互式可視化后處理 MSC.PATRAN提供了多種計算分析結果可視化工具,幫助工程師靈活、快速地理解結構在載荷作用下復雜的行為, 如結構受力、 變形、溫度場、 疲勞壽命、 流體流動等。 分析的結果同時可與其它有限元程序聯合使用。 其主要功能包括: 多種結果彩圖顯示類型：
輸出的結果顏色范圍可按以下方法定義：
組合結果值選項包括：
屏幕顯示的標題選項包括：
輸出圖形格式包括：
結果顯示可以變形后的幾何疊加在未變形的幾何上同時顯示出：
結果顯示可按等值線或云圖方式疊加在變形或未變形的消隱幾何上任何與時間或載荷步有關的結果都可以做線框、隱藏線和消隱實體方式的動畫顯示，包括：
多種張量和矢量顯示方式：
沿梁單元的結果分布可用x-y曲線方式顯示：
圖象功能幫助結果圖繪制：
X-Y 曲線支持鍵盤和外部文件多種輸入方法, 且輸入格式十分靈活, 包括：
同時可有多個曲線窗：
每個曲線窗可有無數條曲線：
曲線坐標軸的定義：
圖注：
標題：
X 和Y軸比例可調：
按壓力容器ASME規范的數據后處理 為了適應壓力容器行業對于規范設計的要求, MSC.PATRAN的后處理中專門提供了符合相應規范要求(包括中國壓力容器規范)的分析結果處理器。 可進行規范要求的應力線性化分類及疲勞壽命計算等多種數據結果后處理, 大大簡化了設計人員的工作量。 由于MSC公司的ASME規范是通過PCL作用在MSC.PATRAN框架系統的頂層, 因此可用于包括MSC公司自身產品在內的PATRAN所支持的任何結構分析及用戶自編工具。 高級用戶化工具-- PATRAN-PCL命令語言 MSC.PATRAN 命令語言 (PCL) 是 MSC.PATRAN一個高級、模塊化結構的編程語言和用戶自定義工具, 類似于C語言和FORTRAN語言,可用于生成應用程序或特定的用戶界面。 顯示自定義圖形、 讀寫PATRAN數據庫、建立新的或增強功能, 同時通過PCL,其它商品化或自編分析程序可被集成到MSC.PATRAN軟件系統中。 幾乎所有的分析仿真軟件均利用被業界公認為標準的PCL工具, 建立了與PATRAN的直接集成關系, 甚至通過OEM將PATRAN作為其分析系統的前后處理器。 PCL 的主要功能列表包括:
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