设计仿真 | MSC Nastran 利用稳健的非线性功能模拟现实

MSC Nastran

利用稳健的非线性功能模拟现实

竞争激烈的市场迫使制造商比以往更快地创新并推出更新、更好的产品。因此，为了降低成本并减少不确定性，仿真工作需要更早的被引入到开发周期中。由于传统的CAE解决方案专注于特定学科，因此用户必须使用多种产品来实现其设计目标，从而导致仿真时间延长并增加潜在的出错可能性。

MSC Nastran 是全球制造商使用的先进求解器，MSC Nastran 提供单一的集成解决方案，可解决各种类型仿真问题，包括线性和非线性静力学、非线性动力学、热力学、热固耦合分析和转子动力学等。其模块化封装允许用户根据自己的需求调整可用功能，从而提供经济高效的分析解决方案。

MSC Nastran 高级非线性模块提供隐式非线性功能解决具有挑战性的问题，并具有单个求解器的额外优势，包括减少训练工作和提高生产率。您可以通过考虑非线性的所有可能来源，即几何非线性、材料非线性和边界条件非线性，包括接触，达到准确模拟现实的目的。

材料非线性

非线性弹性

超弹性 (橡胶弹性)

粘弹性

蠕变

温度相关属性

复合材料

形状记忆合金材料

垫片材料

客户化定义

用户定义的服务 （UDS） 功能为用户提供了一种机制，在 MSC Nastran 中利用客户的自定义子程序。UDS可用于创建自定义的单元类型、材料、接触定义、与CFD的协同仿真等。

接触分析

当考虑高柔性部件或由多个部件组成的结构装配时，渐进式变形可能会产生部件自身或部件与部件之间接触的可能性。模拟这些不同部件之间的精确相互作用需要强大的接触算法，因为这些分析可能是计算密集型的、并且高度非线性，具体取决于材料和变形的大小。

MSC Nastran通过其独特的功能提供卓越的接触解决方案：

直观、易于设置，无需事先确定接触区域

更快的预处理，自动检测接触区域

通过使用 NURBS 提高准确性

支持接触类型：解析刚体定义

减少工作量，无需对刚体进行网格剖分

为提高精度，最先进的段间接触检测

支持 1D、2D 和 3D 单元，以提高灵活性

不同单元类型之间接触定义，实体单元、壳和梁之间的力矩传递，提高精度，更利于建模。

对于装配体建模，通过使用接触对轻松定义多个部件交互。

分析链定义

结构通常承受跨多个学科的载荷，为了提高准确性，考虑所有这些学科至关重要。在专注于单一学科的求解器中，多个学科之间的链接、数据传递可能效率低下且繁琐。

使用MSC Nastran，用户可以对各种学科的影响进行建模。支持功能包括：

基于结构的非线性平衡状态进行线性的扰动分析

支持多种扰动分析，包括线性静力学、模态分析、屈曲分析、直接和模态法频响分析、直接和模态法复特征值分析、模态法瞬态响应分析、静态气弹性分析和颤振分析

链式热-结构分析（热分析后，进行单独的应力分析）

复合材料应力-失效分析

复合材料结构的设计和测试既昂贵又耗时。MSC Nastran 可以轻松建模和分析复合材料，从而帮助您分析层压板中每层的应力/应变响应，并了解结构的失效行为

我们提供的工具是任何常见类型的复合材料的理想选择，包括聚合物基体，金属基体，陶瓷基体，碳基体等。此外，量化损伤和失效预测的能力有助于提高复合材料产品的安全性。

使用MSC Nastran，用户可以对各种学科的影响进行建模。支持功能包括：

对线性或非线性响应的任何可能的叠层配置进行应力分析

可能与温度相关的材料属性

选择最适合您应用的元件，包括壳、实心壳和实心（连续）元件

多种复合材料失效标准可供选择，包括最大应力、最大应变、希尔、霍夫曼、蔡武、哈希、帕克、哈希胶带或哈希织物

复合材料的渐进式失效分析，以分析材料完全降解后的结构行为

用于抗裂纹生长和裂纹扩展研究的虚拟裂纹闭合技术

使用内聚力模型法界面单元来进行分层模拟分析，适用于各项同性材料和复合材料结构

热分析和热固耦合分析

因为需要考虑结构性能的温度变化，热分析在使用方面仅次于结构分析。MSC Nastran 提供了一套完整的功能来解决您的热问题，支持非线性和温度相关的属性。

热变化通常会影响结构响应，反之亦然，需要进行耦合分析以更好地理解物理场。例如，制动系统中的摩擦会产生热量，温度梯度可能导致翘曲，而翘曲反过来又可能是不必要的噪音的来源。MSC Nastran 帮助您可以在单个模型中仿真多个物理场，使工程师能够同时仿真结构荷载和热荷载的相互作用。

考虑所有传热模式的热分析（传导、对流和热辐射）

更高效的计算辐射视角系数

稳态和瞬态传热分析

与温度相关的材料特性，可提高精度

线性和非线性材料属性，用于更好地表示行为

热接触，允许在组件之间传递热量

以温度为初始条件执行热应力分析

热和结构行为的耦合

包含摩擦和内部塑性发热

功能：

支持材料模型包括弹性塑性、超弹、形状记忆合金、复合材料、温度依赖性等

将多个分析链接在一起，形成一个模型的多学科分析

执行瞬态和稳态传热分析

执行耦合和非耦合热结构分析

利用针对性能和精度而优化的先进求解器

在共享和分布式内存计算机上实现并行处理

观察非线性材料的损坏和失效

监测先进复合材料的分层和渐进性失效

使用针对非线性分析优化的 1D, 2D and 3D 单元

应用粘接接触方式易于模拟约束应用

粘接接触联接不同网格

执行热接触，在各种组件之间实现精确的热传递

高性能计算

随着仿真使用的增加，模型规模和仿真数量都在增加。然而，更严格的时间限制意味着这些分析需要更快地运行。为了应对这一挑战，MSC Nastran通过在多个方面提升解决问题能力，继续证明其在高性能计算（HPC）计算方面的领导地位。

更快、更高效的直接和迭代稀疏求解器

高效利用系统资源，包括 GPU 设备，以提供额外的浮点计算能力

并行求解器，可在分布式和共享内存系统上为您提供更快的求解时间

带给企业的益处：

方便地从线性分析过渡到非线性分析，以提高生产率

将一个求解器用于多个学科，同时降低培训成本

利用稳健的求解器提高非线性分析的精度

通过多学科集成提高仿真的准确性

利用 MSC Nastran 的胶粘接触功能，节省大型模型中重新划分网格和对齐不同网格的时间