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MSC.Nastran--多学科结构有限元求解器

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商品说明

MSC公司推出具有爆炸性震撼力的下一代新产品,它也是全球制造商们梦寐以求的产品研发的竞争利器。由于受到过高成本、严格规范与认证要求、制造与后续服务等的限制以及众多工业因素的制约,推出一个在质量和性能上均满足现今企业仿真设计需求的新产品,现在比以往更具挑战性,同时也是势在必行。

这也说明为何全球顶尖的制造商和供应商依赖MSC.Software公司的解决方案来革新他们的产品开发过程。作为全球虚拟开发工具的供应商,MSC.Software公司能够确保制造厂商实现加速产品上市时间、取得最大的投资回报、保证具有竞争性的市场领导地位。

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。

“当你提出转子动力学分析要求的时侯,如叶片分析,没有其它求解器可以做这样的合成仿真。”

“这些模型难以想象的巨大-成千上百万的自由度,MSC.Nastran是唯一可以考虑这么大规模计算并且在缩减为较小模型后仍然能够得到精确结果的求解器。”

Dr.Charles Lawrence

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

1 企业级产品研发面临的挑战

加速产品创新保持竞争优势

企业持续开发新产品及改进产品的步伐,与加速产品上市时间、改善质量、符合标准和降低设计与制造成本等有关。新产品开发的必要性是显而易见的:需要借助新开发过程来大幅度提升产品创新和市场份额。

多学科仿真恰好满足这些挑战,使制造商能够仿真和验证产品各方面的性能。由于去除了只能进行单学科独立分析的羁绊,工程师可以更完整地了解产品与设计的特性,并且远在做产品物理样机试验之前就知道它在真实工作环境中如何运行。随着产品和装配件越来越复杂,制造商需要有仿真方案能够既易用又精确地处理复杂和大规模的问题。

MSC.Nastran——工业领域多学科仿真的领导者

为了把最全面的仿真分析技术应用到所有的领域,MSC.Nastran通过一个完全集成的系统提供了真正的多学科仿真。MSC.Nastran多学科仿真从2001年开始有很大的拓展,首先对传统的一流的静力学和动力学进行了有效的增强,然后是融入一流的隐式非线性、显式非线性,多体动力学和声学分析。MSC.Nastran对物理现象的连续统一性给出了目前最为精准的描述。MSC.Nastran的深入开发已历经六年,一方面通过战略收购,将Adams运动学/动力学、Marc非线性技术融入其中。另一方面通过战略合作,把LS-Dyna的高度瞬态非线性嵌入Nastran增强碰撞功能,把Actran的无限单元技术引入Nastran实现内外声场仿真的能力,后续还要引入通用内嵌式的CFD接口以及控制分析等其它学科的仿真功能。MSC.Nastran相对于传统的单点式仿真工具,在整体成本下降的基础上,提供了更为快速,更为现实的产品性能和加工的仿真。

通过提供超强的并行设计仿真能力,MSC.Nastran使企业能够:

◆产品更快速投放市场——快速并且透彻地了解整个设计性能,能够使设计周期算短50%以上。

◆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——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带来的错误。

◆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,MSC.Nastran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。

2 MSC.Nastran的分析功能

2.1 静力分析

MSC.Nastran的静力分析功能支持全范围的材料模式,包括:均质各向同性材料、正交各项异性材料、各项异性材料和随温度变化的材料等。分析的主要类型有:

◆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。

◆非线性静力分析,可以分析大变形几何非线性、塑性和蠕变等材料非线性及大滑移接触非线性等问题。

铁道部科学研究院机车车辆研究所双层集装箱车体强度(280万DOF)

2.2 屈曲分析

屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷等问题。MSC.Nastran的屈曲分析包括:

◆线性屈曲:可以考虑固定的预载荷,也可使用惯性释放。

◆非线性屈曲:包括大变形几何非线性失稳分析、材料非线性的弹塑性失稳分析和可以追踪失稳路径的非线性后屈曲(Snap-through)分析。

华中理工大学交通科学与工程学院水下爆炸载荷作用下环肋圆柱壳失稳分析

2.3 动力学分析

结构动力学分析是MSC.Nastran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。MSC.Nastran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。MSC.Nastran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。

对于载荷随时间和频率变化的结构动力响应分析包括:

◆正则模态和复特征值分析

◆非线性模态(即预应力模态)和复特征值分析

◆频率响应分析

◆瞬态响应分析

◆强迫运动分析

◆(噪)声学分析

◆随机振动响应分析

◆响应及冲击谱分析

◆动力灵敏度和优化分析等

MSC.Nastran不但可以求解部件和装配件的频率响应函数,而且具有频响函数装配功能,通过频响函数装配,可以由部件或子系统的频响函数得到整个装配件的频率响应函数,从而研究系统各部件之间的耦合关系,确定振动和噪声的传递路径,为减振降噪提供工程指导。

针对于中小及超大型问题不同的解题规模,用户还可灵活选择MSC.Nastran不同的动力学方法加以求解,如对大型结构动力学问题,可采用特征缩减技术和子结构分析方法。

中国船舶及海洋工程设计研究院6800吨多用途集装箱船振动响应分析

2.4 自动部件模态综合法–ACMS

ACMS(Automated Component Mode Synthesis)自动部件模态综合法,使得工程师能够实现对大规模模型的动力响应分析和声场分析,ACMS法自动将一个大模型化小或用区域分解法自动分成几个子区域进行各个子结构的模态分析,然后进行模态综合,由此得到整体结构的动力特性。采用ACMS法可大大减少大模型的计算时间,例如对近1400万自由度的汽车模型(500Hz内2500阶模态),采用全模型标准的模态频率响应SOL 111进行求解用时约26小时,而采用MSC.Nastran的ACMS方法用时只需4小时,同时占用的计算资源也大大降低,所以采用MSC.Nastran的自动模态综合技术使得对于大型结构的动力分析,如飞机、车辆、船舶、桥梁等结构,可以在精度和计算速度上提供很好的解决方案。

在MSC.Nastran中,自动部件模态综合法(ACMS)得到了大大增强,新增加了矩阵域自动部件模态综合法(MSC.ACMS),此法基于自由度计算,与已有的几何域自动部件模态综合法(GDACMS)相比计算速度更快,而且模型越复杂,计算效率提升越明显;可应用于模态分析,频响分析及优化分析,对于多点约束(MPC)多的情况下计算效率更高。

提供的多种区域划分方法(随求解类型变化)

◆几何区域划分(适用SOL 103,111,112,200)

◆频率域划分(适用SOL 111,200)

◆自由度域(适用SOL 103,111,200)-新的缺省方法

◆几何域与频率域相结合(适用SOL 111,200)

◆矩阵域与频率域相结合(适用SOL 200)

应用于不同求解类型:

◆MSC.Nastran动力分析(SOL 103,111,112)

◆MSC.Nastran声学分析(SOL 108)

◆MSC.Nastran设计优化(SOL 200)

◆MSC.Nastran与ADAMS的集成

◆结构外部超单元技术

声学外部超单元技术(包含流体空腔和流固边界)

MSC.Nastran的ACMS技术可与分布式域并行计算技术(DMP)相结合,对频率范围较宽且有多个动力载荷的复杂模型,可谓如虎添翼,可大幅度提高计算速度和计算精度。

不同分析方法效率比较

2.5 热分析

热传导分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性,利用MSC.Nastran可以计算出结构内的温度分布状况,并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。用户可通过改变发热元件的位置、提高散热手段、绝热处理或用其它方法优化产品的热性能。

MSC.Nastran可以解决包括传导、对流、辐射、相变、热控系统在内的热交换现象,计算辐射视角系数,并真实地仿真各类边界条件,建立各种复杂的材料和几何模型,模拟热控系统,进行热-结构耦合分析。

MSC.Nastran提供了适于稳态和瞬态热分析的线性、非线性求解算法。非线性功能可根据选定的解算方法自动优选时间步长。

◆线性/非线性稳态热传导分析:基于稳态的线性热传导分析一般用来求解在给定热载和边界条件下,结构中的温度分布,计算结果包括节点的温度,约束的热载和单元的温度梯度,节点的温度可进一步用于计算结构的响应;稳态非线性热传导分析则在包括了稳态线性热传导的全部功能的基础上,还可以考虑非线性辐射与温度有关的热传导系数及对流问题等。

◆线性/非线性瞬态热传导分析:线性/非线性瞬态热传导分析用于求解时变载荷和边界条件作用下的瞬态温度响应,可以考虑薄膜热传导、非稳态对流传热及放射率、吸收率随温度变化的非线性辐射。

◆相变分析:该分析作为一种较为特殊的瞬态热分析过程,通常用于材料的固化和溶解的传热分析模拟,如金属成型问题。在MSC.Nastran中将这一过程表达成热焓与温度的函数形式,从而大大提高分析的精度。

◆热控分析:MSC.Nastran可进行各类热控系统的分析,包括模型的定位、删除、时变热能控制等,如现代建筑的室温升高或降低控制。自由对流元件的热传导系数可根据受迫对流率、热流载荷、内热生成率得到控制,热载和边界条件可定义成随时间的非线性载荷。

◆链式分析:稳态热分析结果作为瞬态热分析的初始条件,热分析结果作为结构分析的初始条件。

长春光机所充气式电容器内部温度场分布图

2.6 气动弹性及颤振分析

高速行驶的飞行器和受高速气流作用的结构在空气动力和气流扰动的作用下会产生变形和弹性振动运动,进而会引起附加的气动力,而附加气动力又使结构产生附加的变形和运动。气动弹性力学就是研究气动力、弹性力和惯性力之间的相互作用以及由此引起的对飞行器设计影响的一门边缘学科。颤振现象的本质是气动弹性动不稳定现象。

气动弹性问题涉及气动、惯性及结构力间的相互作用,使用MSC.Nastran的气动弹性模块可以进行飞机、直升机、导弹、悬索桥甚至烟囱和高压线的气动弹性分析和设计。MSC.Nastran的气动弹性分析功能主要包括:、

◆静态气弹响应分析

◆动态气弹响应分析(包括:模态频率响应、模态瞬态响应、随机响应分析)

◆结构颤振分析

◆气动弹性设计敏度和优化

◆分析的空气流速范围从亚音速到几个马赫数的超音速

2.7 流-固耦合分析和声场分析

流-固耦合分析主要用于解决流体(含气体)与结构之间的相互作用效应。主要应用在汽车NVH、列车车辆或飞机客舱的内噪音预测分析,以及考虑流体质量影响的流体中结构如舰船的模态特性分析等。MSC.Nastran中拥有多种方法求解完全的流-固耦合分析问题,包括:

◆流-固耦合法:流-固耦合法广泛用于声学和噪音控制领域中,如发动机噪声控制、汽车车厢和飞机客舱内的声场分布控制和研究、NVH等。分析过程中,利用直接法和模态法进行动力响应分析。流体假设是无旋的和可压缩的,分析的基本控制方程是三维波方程,二种特殊的单元可被用来描述流-固耦合边界。此外,MSC.Nastran新增加的(噪)声学阻滞单元和吸收单元为这一问题的分析带来了极大方便。(噪)声学载荷由节点的压力来描述,既可以是常量,也可以是与频率或时间相关的函数,还可以是声流容积、通量、流率或功率谱密度函数。由不同的结构件产品的噪声影响结果可被分别输出。对于频率范围较宽,模型规模较大的声场分析可以方便地结合MSC.Nastran的ACMS方法,同时利用域并行计算技术、超单元技术,大大提高计算精度和效率。

◆水弹性流体单元法:该方法通常用来求解具有结构界面、可压缩性及重力效应的广泛流体问题。水弹性流体单元法可用于标准的模态分析、瞬态分析、复特征值分析和频率响应分析。当流体作用于结构时,要求必须指出耦合界面上的流体节点和相应的结构节点。自由度在结构模型中是位移和转角,而在流体模型中则是在轴对称坐标系中调和压力函数的傅利叶系数。类似于结构分析,流体模型产生"刚度"和"质量"矩阵,但具有不同的物理意义。载荷、约束、节点排序或自由度凝聚不能直接用于流体节点上。

◆虚质量法,虚质量法是仅考虑流体质量对结构的影响,主要用于以下流-固耦合问题的分析:

A)结构沉浸在一个具有自由液面的无限或半无限液体里

B)容器内盛有具有自由液面的不可压缩液体

C)以上二种情况的组合,如船在水中而舱内又装有不充满的液体

泛亚汽车技术中心有限公司轿车NVH分析

MSC.Nastran的声场分析功能还集成了Actran的声学求解技术,不但可以进行内声场的分析,还可以进行外声场的分析。可以分析结构的声辐射,声传播,吸收,散射以及声振耦合问题等。

2.8 多级超单元分析

超单元分析是求解大型问题一种十分有效的手段,特别是当工程师打算对现有结构件做局部修改和重分析时。超单元分析主要是通过把整体结构分化成很多小的子部件来进行分析,即将结构的特征矩阵(刚度、传导率、质量、比热、阻尼等)压缩成一组主自由度类似于子结构方法,但较其相比具有更强的功能且更易于使用。子结构可使问题表达简单、计算效率提高、计算机的存储量降低。超单元分析则在子结构的基础上增加了重复和镜像映射和多层子结构功能,不仅可单独运算而且可与整体模型混合使用,结构中的非线性与线性部分分开处理可以减小非线性问题的规模。应用超单元工程师仅需对那些所关心的受影响大的超单元部分进行重新计算,从而使分析过程更经济、更高效,避免了总体模型的修改和对整个结构的重新计算。MSC.Nastran优异的多级超单元分析功能在大型工程项目国际合作中得到了广泛使用,如飞机的发动机、机头、机身、机翼、垂尾、舱门等在最终装配出厂前可由不同地区和不同国家分别进行设计和生产,此间每一项目分包商不但可利用超单元功能独立进行各种结构分析,而且可通过数据通讯在某一地利用模态综合技术通过计算机模拟整个飞机的结构特性。

多级超单元分析是MSC.Nastran的主要强项之一,适用于所有的分析类型,如线性静力分析、正则模态分析、几何和材料非线性分析、响应谱分析、直接特征值、频率响应、瞬态响应分析、模态特征值、频率响应、瞬态响应分析、模态综合分析(混合边界方法和自由边界方法)、设计灵敏度分析、稳态、非稳态、线性、非线性传热分析、声学分析、优化分析等。

用超单元分析飞机结构

2.9 高级对称分析

针对结构的对称、反对称、轴对称或循环对称等不同的特点,MSC.Nastran提供了不同的算法。高级对称分析可大大压缩大型结构分析问题的规模,提高计算效率。

很多结构,包括旋转机械乃至太空中的雷达天线,经常是一些由绕某一轴循环有序周期性排列的特定的结构件组成,对于这类结构通常就要用循环对称或称之为旋转对称方法进行结构分析。在分析时仅需要选取特定的结构件即可获得整个组件结构的计算结果,可以减少计算和建模的时间。循环对称可分二种对称类型,即简单循环对称和循环复合对称。简单旋转对称中,对称结构件没有平面镜像对称面且边界可以有双向弯曲曲面;复合循环对称中,每个对称结构件具有一个平面镜像对称面,且对称结构件之间的边界是平面。循环对称分析通常可解决线性静力、模态、屈曲及频率响应分析等问题。

2.10 设计灵敏度及优化分析

设计优化是为了满足特定优选目标如最小重量、最大第一阶固有频率或最小噪声级等的综合设计过程。MSC.Nastran拥有强大、高效的设计优化能力,其优化过程由设计灵敏度分析及优化两大部分组成,可对静力、模态、屈曲、瞬态响应、频率响应、气动弹性和颤振分析进行优化。高效的优化算法允许在大模型中上百个设计优化变量和响应。

除了具有用于结构优化和零部件详细设计过程的形状和尺寸优化设计的能力外,MSC.Nastran又集成了适于产品概念设计阶段的拓扑优化功能。

拓扑优化是与参数化形状优化或尺寸优化不同的非参数化形状优化方法。在产品概念设计阶段,为结构拓扑形状或几何轮廓提供初始建议的设计方案。拓扑优化采用Homogenizaion方法,在满足结构设计区域的剩余体积(质量)比的约束条件下,对静力分析满足最小平均柔度或最大平均刚度,在模态分析中,满足最大基本特征值或指定模态与计算模态的最小差。目前的拓扑优化设计单元为一阶壳元和实体单元。集成在MSC.Nastran中的拓扑优化,通过特殊的DMAP工具,建立了新的拓扑优化求解序列。在MSC.Patran中专门的拓扑优化界面,全面支持拓扑优化建模和结果后处理。

利用MSC.Nastran高级单元技术和静力分析,模态分析的有效解法,可以非常有效地求解大规模的拓扑优化模型。

MSC.Nastran的优化功能可以实现多学科优化,可以进行以下分析类型及其组合分析的优化。

◆静力分析(SOL101)

◆模态分析(SOL103)

◆屈曲分析(SOL105)

◆直接法复特征值分析(SOL107)

◆直接法频率响应分析(SOL108)*

◆模态法复特征值分析(SOL110)

◆模态法频率响应分析(SOL111)*

◆模态法瞬态响应分析(SOL112)*

◆静气弹分析(SOL144)

◆颤振分析(SOL145)

MSC.Nastran的优化功能:

◆可以进行拓扑优化、尺寸优化和形状优化,以及组合优化,得到更好的设计方案

◆在构件的多重设计中可以以不同的质量目标来进行拓扑优化

◆自动外部超单元优化(AESO)可以自动将模型分成非优化设计部分和优化设计部分(外部超单元)两个部件,从而提高优化效率

◆在优化中可以定义粘接接触

◆可以进行非线性优化

Topometry可以以每个单元作为设计变量,根据设定的目标,优化每个单元的厚度(材料分布)。

Topometry优化结果

Topography(形貌)优化,优化板壳的形貌。

Topography优化的结果

同时还新增了随机优化、将流体模态作为约束条件以及制造约束功能,通过施加制造约束,以保证优化后的结构能被制造出来。

2.11 转子动力学特性分析

转子动力学主要应用在电力、核能、石化、机械、航空与航天等部门,解决旋转机械的动计、振动分析、故障诊断等问题。它的主要任务:分析临界转速、转子不平衡引起的同步振动响应、开始失稳的门坎转速、预计转子在加速或减速过程中的瞬态响应。

MSC.Nastran的转子动力学功能提供给用户相对简便的方法来进行旋转机构的进行频响分析(直接法与模态法)、复模态(直接法与模态法)、静态、线性瞬态与非线性瞬态(只有直接法)分析,以满足设计上的需求。

频响分析用来分析转子—支承系统受到任意激励应,也可计算由于转子不平衡或其他与转速相关激励所产生的响应。

复模态分析可计算涡动频率与临界转速,涡动模态是转子—支承系统在转子以某一特定转速转动情况下的模态。临界转速是影响转子设计最重要的指标。

静态分析用来分析由于偏斜等因素造成的载荷影响,避免转子叶片与机匣或其他定子部分的摩擦。

MSC.Nastran转子动力学模块的一个优势在于它是在MSC.Nastran原有成熟稳定求解系列(SOL 101,SOL 107,SOL 108,SOL 109,SOL 110,SOL 111,SOL 129)基础上实现的,这是其它软件所不能比拟的。MSC.Nastran的转子动力学特性分析,考虑了陀螺效应和挤压油膜阻尼器模型。用来分析转子的涡动模态、临界转速、频率响应、瞬态响应以及转子的静态特性等。可以分析航空发动机、压缩机、离心机、汽轮机、涡轮机和泵等旋转机械转子系统的陀螺力矩和动力学特性。

2.12 与ADAMS集成进行刚/弹性体多体分析

MSC.Nastran可与MSC.ADAMS无缝集成,使得MSC.ADAMS可以方便地对系统关键零部件的强度、刚度进行刚体/柔体混合的多体运动学、动力学分析。MSC.Nastran的求解输出的模型中性文件MNF可以导入到MSC.ADAMS中进行刚/柔耦合分析,同时MSC.Adams的线性化的系统模型也能导入到MSC.Nastran中进行进行分析。

2.13 非线性功能(SOL 400 SOL 600 SOL 700)

MSC.Nastran非线性模块用于分析高度非线性问题,二维、三维大滑移接触等问题,其功能强大,涵盖了完整的非线性类型即材料非线性、接触、大位移/转动和大应变。接触体的定义十分方便,只需定义独立的接触体和接触表,可以定义变形体间、变形体-刚性体间、自身接触等接触类型,接触可以是考虑各种摩擦模型、粘连和分离等。具有丰富的单元库和非线性材料模型,分析类型可以是静力非线性、非线性屈曲和模态、动力非线性和蠕变分析及多种非线性的组合。它可采用区域分解并行技术,大大加速了非线性分析过程。

MSC.Nastran的高级非线性模块SOL 400,具有超强的非线性分析能力。其特色功能有:

1 分析链功能。可以实现链式多步分析,前一步分析结果是后一步分析的初始条件。广泛应用于各种预载荷、预工况分析。可以链接的分析类型有:线性和非线性静态分析、模态分析、屈曲分析、瞬态响应分析、直接法复特征值分析、模态法复特征值分析、Body Approach分析等。

2 摄动分析功能。非线性静态分析之后模态分析,典型应用是制动器的刹车啸叫分析。

3 接触分析功能。可定义各种粘接和接触,同时粘接还可定义脱离条件。如体体粘接,体壳粘接,壳壳粘接,壳面内边边粘接等。对不同单元类型的粘接,还可以定义传递力矩的粘接,如体壳粘接,体梁粘接,壳梁粘接等。接触定义除点面接触和面面接触外,还可以定义梁梁接触和壳的边边接触。大大简化了接触分析建模。

4 使用等效静态载荷法(Equivalent Static Load (ESL))进行非线性优化。

5 集成了稳态和瞬态热分析功能,可实现稳态-瞬态的链式分析和热-结构的链式分析。

6 网格自适应功能,在变形较大的区域,可实现面网格和体网格的自动重划分。

MSC.Nastran的隐式非线性分析模块SOL 600,完全集成了功能强大的非线性软件Marc的功能,可以求解各种非线性静态和瞬态问题。如结构分析,热分析,热-结构耦合分析和其他多物理场耦合问题等。SOL 600所能解决的问题涵盖各个专业领域,如航空航天、汽车、通用机械、生物医疗、电子电器等。可以分析和解决各种工程问题,无论是简单的还是极为复杂的,包括多体接触、多工况载荷、非线性材料和几何非线性等。SOL 600支持多种复杂的非线性材料模型,包括复合材料、粘弹性材料和超弹性材料等。SOL 600可以对加工成型,如板料冲压、体成型等高度非线性的问题进行虚拟仿真,预测加工结果。网格自动重划分功能可以高效的解决复杂的多体接触问题,而不需要人为的对模型进行重新检查、重新划分网格和重新递交分析,节约大量的时间和费用。此外,SOL 600新版本中还增加了以下功能:

◆热传导分析和热应力分析的自动建模

◆进行复合材料的热分析时可以考虑厚度方向的热梯度分布

◆增强了建模功能,包括铆接单元、焊点单元和Bush单元(CFAST,CWELD,CBUSH)的大变形方程

◆使用虚裂纹闭合法(VCCT)或者洛仑兹方法计算应力强度因子;计算复合材料分层

◆改进了一些计算性能

MSC.Nastran的显式非线性分析模块SOL 700,完全集成了Dytran的流固耦合分析功能和LS-DYNA的结构分析功能,可进行各种高度瞬态非线性事件的仿真分析。该模块采用显式积分法并能模拟各种材料非线性、几何非线性和碰撞接触非线性,特别适合于分析包含大变形、高度非线性和复杂的动态边界条件的短暂的动力学过程。软件中同时提供拉格朗日求解器与欧拉求解器,因而既能模拟结构又能模拟流体。拉格朗日网格与欧拉网格之间可以进行耦合,从而可以分析流体与结构之间的相互作用,形成精确独特的流固耦合技术。软件具有丰富的材料模型和提供各种定义接触的模式,件,能够模拟从金属、非金属(包括土壤、塑料、橡胶等)到复合材料,从线弹性、屈服、状态方程、破坏、剥离到爆炸燃烧等各种行为模式和模拟各种复杂边界条件。对于超大变形问题,SOL 700提供了独特的无网格SPH(Smooth Particle Hydrodynamics)技术,保证计算的收敛和精度。同时,SOL 700还具有链式分析功能,可以进行显式-显式、显式-隐式、隐式-显式-隐式的链式分析,用于多步跌落分析、回弹分析和预应力-回弹分析。

SOL 700模块支持160多种材料模型,具有50多种接触类型,接触类型齐全。极好的并行计算能力,包括分布式并行算法(MPP)和共享内存式并行(SMP),其功能广泛应用在以下领域。

◆结构的适撞性分析,如汽车、飞机、火车、轮船等运输工具的碰撞分析、船体搁浅、鸟体撞击飞机结构、航空发动机包容性分析等;

◆安全防护分析,如安全头盔设计、安全气袋膨胀分析以及汽车～气袋～人体三者结合在汽车碰撞过程中的响应,飞行器安全性分析(飞行器坠毁、带气囊着陆等)

◆跌落试验,如各种物体(武器弹药、化工产品、仪器设备、电器如遥控器、手机、电视机等)的跌落过程仿真

◆金属弹塑性大变形成形,如钣金冲压成形、全三维锻造成形等

◆爆炸与冲击,如水下爆炸、地下爆炸、容器中爆炸对结构的影响及破坏、爆炸成形、爆炸分离、爆炸容器的设计优化分析、爆炸对建筑物等设施结构的破坏分析、聚能炸药的能量聚焦设计分析、战斗部结构的设计分析;

◆水下/空中弹体发射过程,火炮制推器模拟动态仿真高速、超高速穿甲,如飞弹打击或穿透靶体(单个或复合靶体)及侵彻过程等问题

◆流体动力分析,如液体、气体的流动分析、液体晃动分析,水上迫降

◆轮胎在积水路面排水性和动平衡分析

◆高速列车运行系统动力学分析。高速列车穿隧道的冲击波响应,高速列车运行中引起的空气脉动力对声屏障结构的作用,车辆过桥的动态响应等及其它瞬态高速过程仿真。

2.14 MSC.Nastran的并行求解方法

MSC.Nastran多种并行求解方法: