MSC Nastran. Расчет и оптимизация конструкций

MSC Nastran

Расчет и оптимизация конструкций

С помощью MSC Nastran можно осуществлять:

Расчеты теплопередачи

  • Расчеты установившихся процессов теплопроводности, конвекции (естественной и вынужденной), излучения в линейной и нелинейной постановках
  • Расчеты неустановившихся процессов теплопередачи в нелинейной постановке
  • Учет особенностей теплопроводности:
    • температурно-зависимая теплопроводность;
    • температурно-зависимая теплоемкость;
    • анизотропная теплопроводность;
    • скрытая теплота фазовых переходов;
    • температурно-зависимое внутреннее тепловыделение;
    • внутреннее тепловыделение, зависящее от температурного градиента;
    • внутреннее тепловыделение, зависящее от времени
  • Учет особенностей свободной конвекции:
    • температурно-зависимый коэффициент теплообмена;
    • коэффициент теплообмена, зависящий от градиента температур
    • коэффициент теплообмена, зависящий от времени
    • нелинейные зависимости характеристик конвективного теплообмена
  • Учет особенностей вынужденной конвекции:
    • модель конвекции для течения жидкости (газа) по трубе;
    • температурно-зависимые вязкость, теплопроводность и теплоемкость жидкости (газа);
    • зависимый от времени массовый расход жидкости (газа);
    • температурно-зависимый массовый расход жидкости (газа)
  • Учет особенностей излучения в пространство:
    • температурно-зависимые коэффициенты излучения и поглощения;
    • коэффициенты излучения и поглощения, зависящие от длины волны;
    • автоматический учет взаимного влияния объектов, в том числе затенение;
    • возможность решения задачи с несколькими замкнутыми зонами, содержащими источники тепла
  • Тепловые нагрузки:
    • направленное излучение тепла;
    • излучение по нормали к поверхности;
    • точечные источники тепла;
    • температурно-зависимая интенсивность излучения;
    • интенсивность излучения, зависящая от времени
  • Температурные граничные условия:
    • постоянные температуры для установившихся процессов;
    • изменяющиеся во времени температуры для переходных процессов
  • Начальные условия:
    • задание начальных температур для анализа нелинейных установившихся процессов;
    • задание начальных температур для всех типов переходных процессов
  • Специальные возможности расчетов теплопередачи:
    • задание пользователем законов изменения коэффициента теплообмена, массового расхода жидкости (газа), интенсивности излучения;
    • нелинейные функциональные зависимости при моделировании переходных процессов;
    • моделирование идеальных проводников тепла

Аэроупругость

В MSC Nastran встроен решатель для исследования задач аэроупругости на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, с применением стационарной и нестационарной аэродинамических теорий.

  • Анализ аэроупругости в статической постановке
    • Статические нагрузки
    • Расчет балансировки
    • Расчет дивергенции
    • Производные статической устойчивости
  • Анализ аэроупругости в динамической постановке
    • Расчет динамических нагрузок
    • Переходная характеристика
    • Частотный отклик
    • Отклик на случайное воздействие
  • Анализ флаттера
    • Расчет флаттера
    • Оценка критических скоростей, частот и т.д.
Аэродинамический расчет легкого самолета Freedom4 выполненный в MSC Nastran  (модель взята из библиотеки тестовых задач MSC Nastran). Показано приложение аэродинамических нагрузок на упругую модель
Аэродинамический расчет легкого самолета "Freedom4" выполненный в MSC Nastran (модель взята из библиотеки тестовых задач MSC Nastran). Показано приложение аэродинамических нагрузок на упругую модель

Аэродинамические и упругие модели сверхзвукового истребителя. Работа выполнена Lockheed Martin Aeronautics Company
Аэродинамические и упругие модели сверхзвукового истребителя. Работа выполнена Lockheed Martin Aeronautics Company

Оптимизация

  • Анализ чувствительности объекта к изменениям конструкции и ее оптимизация на базе видов расчетов, предусмотренных лицензионным соглашением на использование MSC.Nastran, в том числе:
    • Анализ статического нагружения
    • Расчет частот собственных колебаний
    • Анализ устойчивости
    • Расчет частотного отклика (в прямой и модальной постановке)
    • Расчет переходного процесса (в прямой и модальной постановке)
    • Акустические расчеты
    • Анализ аэроупругости (статический расчет и расчет флаттера)
  • Анализ чувствительности и оптимизация производятся за один расчет
  • Конечно-элементная модель чёрного кузова легкового автомобиля
    Конечно-элементная модель чёрного кузова легкового автомобиля

    Расчет чувствительности веса и жесткости к изменению толщины панелей. ОАО ГАЗ
    Расчет чувствительности веса и жесткости к изменению толщины панелей. ОАО "ГАЗ"
  • Оптимизируемые параметры:
    • параметры модели (свойства конечных элементов);
    • геометрическая форма объекта
    • размеры поперечных сечений балок
  • Параметры, используемые в качестве функций цели и/или функциональных ограничений
  • Тип расчета Параметры, которые могут быть использованы в качестве функций цели и/или функциональных ограничений

    Все типы расчетов

    Вес (масса)

    Объем

    Анализ линейного нагружения

    Перемещения

    Напряжения

    Деформации

    Силы

    Деформации в слое композита

    Напряжения в слое композита

    Показатель прочности композита

    Расчет частот собственных колебаний

    Частота собственных колебаний с заданным номером формы (тона)

    Форма колебаний с заданным номером формы (тона)

    Расчет параметров устойчивости

    Величина нагрузки, при которой конструкция теряет устойчивость

    Расчет частотного отклика

    Амплитуды перемещений

    Амплитуды скоростей

    Амплитуды ускорений

    Амплитуды усилий в закреплениях

    Амплитуды напряжений

    Амплитуды сил

    Расчет переходного процесса

    Перемещения

    Скорости

    Ускорения

    Усилия закрепления

    Напряжения

    Силы

    Анализ аэроупругости в статической постановке

    Величины параметров балансировки летательного аппарата

    Величины аэродинамических коэффициентов

    Расчет характеристик флаттера

    Величины характеристик демпфирования


    Оптимизация конструкции крыла с помощью MSC Nastran. Работа выполнена компанией Aerostructures, Inc.
    Оптимизация конструкции крыла с помощью MSC Nastran. Работа выполнена компанией Aerostructures, Inc.

  • Возможность задания пользователем функциональных связей для формирования специальных функций цели и ограничительных функций, в том числе:
    • среднеквадратические отклонения значений параметров;
    • значение стоимости (цены) и другие неконструктивные параметры;
    • значение невязки параметров при согласовании расчетных и экспериментальных данных;
    • значения характеристик балок в зависимости от размеров их поперечных сечений;
    • максимальное значение среди нескольких параметров
  • Анализ чувствительности и оптимизация модели, включающей суперэлементы
  • Эффективные алгоритмы, позволяющие решать задачи, включающие сотни оптимизируемых параметров
    • Учет функциональных связей между параметрами модели, что уменьшает количество переменных, обрабатываемых решателем
    • Три численных метода решения задачи на выбор:
      • метод возможных направлений;
      • метод последовательного линейного программирования;
      • метод последовательного квадратичного программирования
    • Автоматическое изменение статуса ограничительной функции ("актуальная" / "неактуальная") в зависимости от ее критичности
    • Автоматический анализ текущего статуса задачи ("в" или "вне" области допустимых значений оптимизируемых параметров) и инициализация соответствующего решателя ("движение" в область допустимых значений или поиск оптимального решения)
    • Возможность продолжения решения из достигнутой точки пространства параметров (рестарт)

Специальные методы анализа

  • Учет циклической симметрии конструкции
  • Учет взаимодействия конструкция - жидкость
  • Возможность учета гироскопических эффектов и кориолисовых сил (опция "rotordynamics")
  • Возможность моделирования влияния "внешних" компонентов конструкции путем учета их модальных (частотных) характеристик

Суперэлементы

  • Возможности, предоставляемые использованием технологии суперэлементов:
    • локальное изменение конструкции требует выполнения только части уже проведенного расчета;
    • меньшая трудоемкость отладки расчетной модели, поскольку каждый суперэлемент обрабатывается отдельно;
    • большая скорость выполнения нелинейного анализа при линейных суперэлементах более высокого порядка;
    • большая скорость выполнения исследований, связанных с вариантными расчетами;
    • возможность выполнения расчетов с очень большими моделями путем их разделения на суперэлементы и проведения расчета "по частям";
    • снижение затрат на проведение расчетов - в случае возникновения ошибки необходим повторный расчет только суперэлемента с неточностью
  • Возможность применения технологии суперэлементов при всех видах расчетов
  • Возможность выполнения автоматического рестарта
  • Возможно комбинирование моделей и результатов расчетов из различных источников "(внутренние" и "внешние" суперэлементы)
  • Возможность использования многоуровневых суперэлементов
  • Ввод и вывод данных производится с сортировкой их по суперэлементам
  • Возможность пошагового решения и анализа отдельных компонентов ("сборок")
Материалы