MSC Nastran. Расчет и оптимизация конструкций

MSC Nastran

Расчет и оптимизация конструкций

Анализ НДС методом КЭ в MSC Nastran

Главный продукт MSC - MSC Nastran - это лучшая на рынке конечно-элементная система. В сфере, где ненадежные результаты могут обернуться миллионами долларов дополнительных расходов, MSC Nastran вот уже более 40 лет доказывает свою точность и эффективность. Постоянно развиваясь, он аккумулирует в себе достоинства новейших технологий, методов, алгоритмов и поэтому остается ведущей системой конечно-элементного анализа в мире.

Базовые виды расчета

  • Линейная статика
  • Линейная статика незакрепленных тел
  • Расчет частот собственных колебаний
  • Анализ устойчивости конструкции в линейной постановке
  • Анализ чувствительности характеристик объекта (в том числе частот собственных колебаний и параметров устойчивости) к конструктивным изменениям
  • Проверка корректности расчетной модели

Возможности MSC Nastran

MSC Nastran обеспечивает полный набор расчетов, включая расчет напряженно-деформированного состояния, запасов прочности, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, исследование установившихся и неустановившихся динамических процессов, решение задач теплопередачи, акустических явлений, нелинейных статических и нелинейных переходных процессов, анализ сложного контактного взаимодействия, расчет критических частот и вибраций роторных машин, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок и импульсного широкополосного воздействия, исследование аэроупругости на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях.

Предусмотрена возможность моделирования практически всех типов материалов, включая композитные и гиперупругие. В состав расширенных функций входит технология суперэлементов (подконструкций), включая продвинутые методы динамических конденсаций, модальный синтез и развитые методы анализа динамики сложных структур на основе суперэлементов и формулировок метода Крейга-Бемптона.

MSC Nastran включает специальные элементы для моделирования точечной и шовной сварки, болтовых и заклепочных соединений, набор жестких элементов различных типов и многое другое. Макроязык DMAP позволяет пользователям создавать свои специальные модули, приложения и включать их в MSC Nastran, создавая совершенно новые собственные решения на мощной математической базе MSC Nastran.

Интеграция с Adams

В MSC Nastran также предусмотрена возможность передачи моделей упругих тел в Adams, которые будут использоваться в этом программном комплексе при построении расчётных моделей машин и механизмов. Такой метод обеспечивает учёт упругих свойств тел, имеющих пространственную форму любой сложности, что позволяет выполнять точный анализ динамики конструкций машин и механизмов с учётом податливости её компонентов. Таким образом, интеграция двух мощных программных комплексов MSC Nastran и Adams позволяет моделировать и проводить точный анализ функционирования сложных современных изделий с учетом реальных условий их эксплуатации.

Оптимизация конструкции

MSC Nastran располагает эффективным аппаратом автоматической оптимизации конструкций. Оптимизацию можно проводить для задач статики, устойчивости, установившихся и неустановившихся динамических процессов, собственных частот и форм колебаний, акустики и аэроупругости. Оптимизация проводится на основе выбранных типов расчета путем вариации параметров формы, размеров и свойств конструкции. Благодаря своей эффективности, алгоритмы оптимизации обрабатывают неограниченное число проектных параметров и ограничений. Вес, напряжения, перемещения, собственные частоты и многие другие характеристики могут рассматриваться либо в качестве целевых функций проекта (в этом случае их можно минимизировать или максимизировать), либо в качестве ограничений. Алгоритмы анализа чувствительности позволяют исследовать влияние различных параметров на поведение целевой функции и управлять процессом поиска оптимального решения.

MSC Nastran включает уникальную функцию оптимизации конструкции с неограниченными изменениями ее геометрической формы (изменение геометрической топологии объекта) при минимизации веса и удовлетворении граничным условиям по прочности. Данная функция позволяет использовать MSC Nastran для автоматического проектирования силовых схем конструкций, когда на основе объемной массивной заготовки MSC Nastran автоматически создает оптимальную ажурную конструкцию, максимально удовлетворяющую заданным условиям.

Широкие возможности оптимизации позволяют использовать MSC Nastran для автоматической идентификации компьютерной расчетной модели и эксперимента. Целевая функция определяется в виде минимизации рассогласования результатов расчета и эксперимента, варьируемыми параметрами выбираются наименее достоверные расчетные параметры конструкции. Как результат оптимизации MSC Nastran выдает новую компьютерную модель, полностью соответствующую экспериментальному образцу. MSC Nastran - единственная из конечно-элементных программ, способная делать это автоматически.

Моделирование динамики роторных машин

В составе MSC Nastran имеются специальные возможности моделирования динамики роторных машин:

  • Анализ установившихся и переходных динамических процессов на базе как упрощенных массово-стержневых моделей, так и на основе подробных 3D CAD моделей. 
  • Исследование спектров собственных частот и форм колебаний отдельных деталей и узлов в поле центробежных сил и при действии гироскопических моментов с анализом распределения относительных напряжений при колебаниях по собственным формам. Построение диаграмм Кемпбелла.
  • Построение математических моделей динамического поведения многороторных двигателей с учетом нелинейных характеристик опор, включающих исследования критических частот вращения роторов, анализ условий возникновения и параметров прямой и обратной прецессий, изучение реакций на обрыв лопаток и касание ротора о статор.
  • Исследование параметров вибраций двигателя при моделировании дисбалансов роторов с учетом реальных условий закрепления двигателя на объекте.

MSC Nastran предоставляет возможности расчёта характеристик работы конструкций из композиционных материалов. Особенно эффективно эти возможности реализуются при использовании MSC Nastran в сочетании со специальной опцией программного пакета Patran - Patran Laminate Modeler, обеспечивающей быструю подготовку высокоточных конечно-элементных моделей конструкций из композиционных материалов и эффективную обработку результатов.

MSC Nastran широко используется для планирования экспериментов (определение мест расположения датчиков) и оценки полноты полученных экспериментальных данных. С помощью MSC Nastran решаются задачи моделирования систем управления, систем терморегулирования с учетом воздействия этих систем на конструкцию.

На основе возможностей автоматического рестарта в MSC Nastran проводятся сложные многошаговые исследования работы конструкции как при изменении условий нагружения, граничных условий и любых других параметров конструкции, так и при переходе от одного вида анализа к другому.

Основу MSC Nastran составляют отработанная технология элементов и надежные численные методы. Система позволяет одновременно применять в одной и той же модели h- и p-элементы для достижения точности расчета при минимальных компьютерных ресурсах. Элементы высокого порядка аппроксимации - P-элементы, хорошо отражают криволинейную геометрию конструкции и обеспечивают высокую точность при детальном расчете напряжений. Эти элементы автоматически адаптируются к желаемому уровню точности. Численные методы разреженных матриц, используемые при любом типе расчетов, резко повышают скорость вычислений и минимизируют объем требуемой дисковой памяти, что повышает эффективность обработки данных.

SOL 600

Специальная опция MSC Nastran SOL 600 - по сути "встроенный" решатель Marc, обеспечивающий проведение углубленного анализа существенно нелинейного поведения конструкций и решения задач теплопередачи, включая связанные теплопрочностные задачи. Преимущество использования опции SOL 600 состоит в возможности доступа к эффективным инструментам нелинейного конечно-элементного анализа при работе в среде хорошо знакомого огромному количеству пользователей структурированного интерфейса MSC Nastran. Решение задач в MSC Nastran с использованием опции SOL 600 с высокой эффективностью выполняется на многопроцессорных компьютерных кластерах.

Интеграция с Patran

Тесная связь MSC Nastran с системой Patran обеспечивает полностью интегрированную среду для моделирования и анализа результатов. Все ведущие производители пре- и постпроцессоров, а также систем автоматизированного проектирования, учитывая неоспоримое лидерство MSC Nastran на рынке конечно-элементных продуктов, предусматривают прямые интерфейсы с этой системой. В результате MSC Nastran гибко интегрируется в любую имеющуюся среду проектирования.

MSC Nastran - это современная расчетная суперсистема. В то же время, тесная интеграция MSC Nastran через Patran и SimManager с другими системами высокого уровня: Adams, Fatigue, FlightLoads and Dynamics, Marc, Mvision, Dytran, EASY5, SimDesigner и SOFY, а также интеграция со всеми известными системами CAD/CAM/CAE - реализует совершенно новый по своей широте и глубине системный уровень моделирования и многодисциплинарного анализа. Практически, на компьютере создается точная виртуальная модель изделия и, еще до начала производства, всесторонне исследуется его функционирование в рабочих и экстремальных условиях, тем самым совершенствуя изделие, повышая его качество, надежность, безопасность, технологичность и экономичность на основе "компьютерных испытаний". Этот совершенно новый уровень интегрированной среды наукоемких инженерных компьютерных систем реализует современные VPD технологии.

MSC Nastran работает на ПК, рабочих станциях, кластерах, суперкомпьютерах и предусматривает возможности векторной и параллельной обработки данных на вычислительных комплексах, которые поддерживают эти функции.

MSC Nastran - это:

Надежность

Надежность результатов, подтверждающаяся:

  • Более чем 40 летним использованием в промышленности
  • Наличием сертификатов качества
  • Тестированием каждого релиза программы более чем на 5000 примеров
  • Наличием развитой системы диагностических сообщений во время решения

Эффективность

Эффективность решения больших задач за счет:

  • Применения алгоритма обработки "разреженных" матриц
  • Автоматической внутренней перенумерации матриц для уменьшения ширины ленты
  • Возможности применения "рестарта" с целью использования уже полученных к этому моменту результатов
  • Применения алгоритмов параллельных и векторных вычислений

Поддержка пользователей

Поддержка компании-разработчика, прилагающей усилия для обеспечения эффективности Вашей работы:

  • Документация для пользователей изложена в виде практических пособий
  • Предоставляется документация в электронном виде в форме "On-line"
  • Осуществляется "горячая" поддержка пользователей квалифицированными специалистами
  • Пользователям направляются информационные бюллетени с последними новостями, касающимися программного продукта
  • Проводятся ежегодные конференции пользователей
  • Проводятся семинары по обучению пользователей на русском языке
Материалы