Msc. Nastran for Windows – возможности msc. Nastran на персональном компьютере

Вид материала

Анализ

Содержание Базовый модуль Модуль нелинейного анализа Модуль анализа теплопередачи Модуль оптимизации Модуль анализа гидро- и газодинамических процессов Модуль анализа долговечности

Подобный материал:

• Инструкции для облегчения выполнения пункта №6, курсовой работы 2009 года, 43.58kb.
• Курс составлен по опыту обучения людей с проблемами зрения основам работы на персональном, 30.43kb.
• Морские круизы лето-осень 2011 от круизной компании msc Cruises , 348.25kb.
• Характеристика учебной группы, 125.3kb.
• Методические указания к курсовой работе «Алгоритмизация и модификация сае-систем (на, 807.51kb.
• И внучкой, а может с внучкой и внуком, потому, как внучка его старше внука, завершил, 106.28kb.
• Данное пособие содержит основные пошаговые операции, позволяющие создавать электронные, 233.45kb.
• Программа «Ухо» / гоу впо томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 661.04kb.
• Курсовая работа оформлена с помощью текстового редактора Word 2007. Вся курсовая работа, 236.81kb.
• Контрольная работа накопители информации на персональном компьютере, 236.46kb.

MSC.Nastran for Windows – возможности MSC.Nastran на персональном компьютере

• Общая характеристика
  
• Основные модули
  
• Гидро- и газодинамика
  
• Анализ долговечности
  

Главный продукт компании MSC.Software - MSC.Nastran - это лучшая на рынке конечно-элементная программная система. Однако, для реализации широких возможностей MSC.Nastran необходима “серьезная” операционная система типа Windows NT или Windows 2000, что обуславливает использование компьютеров со значительными ресурсами. Для решения ряда задач это не является необходимым. Стремясь в наибольшей степени удовлетворить запросы заказчиков и уменьшить их затраты, компания MSC.Software предлагает программный пакет MSC.Nastran for Windows – комбинацию программы MSC.Nastran с простотой использования графического интерфейса Windows. За счет отказа от некоторых возможностей MSC.Nastran (используемых только для решения особо сложных задач), пользователь получает возможность работать в среде значительно более “легких” операционных систем (типа Windows 95/98) на персональном компьютере с умеренными ресурсами и сберечь значительные средства.

Возможности эффективного и легкого в использовании препроцессора системы MSC.Nastran for Windows включают различные методы формирования геометрических моделей (в том числе и твердотельное моделирование), интерфейсы к CAD-системам, автоматическую и полуавтоматическую генерацию конечно-элементных сеток. Графические возможности MSC.Nastran for Windows весьма широки динамическое вращение моделей, анимация, визуализация изолиний, изоповерхностей, построение графиков, эпюр и т. д. Так же как и MSC.Nastran, решатель программы MSC.Nastran for Windows располагает всеми возможностями, направленными на экономию дисковой памяти и ускорение вычислений.

MSC.Nastran for Windows обеспечивает расчет напряженно - деформированного состояния, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопередачи, исследование установившихся и неустановившихся процессов, нелинейных статических процессов, нелинейных динамических переходных процессов, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок, спектральный анализ. Предусмотрена возможность моделирования многих типов материалов, включая гиперупругие. Наряду с прямым расчетом, MSC.Nastran for Windows может использоваться и для оптимизации конструкций.

В среду MSC.Nastran for Windows интегрированы также дополнительные возможности, которыми не располагает программа MSC.Nastran, - расчет характеристик гидро- и газодинамических явлений и анализ долговечности.

MSC.Nastran for Windows – “обычное” приложение Windows, поэтому при работе с ней доступны все возможности этой операционной системы.


MSC.Nastran for Windows - это

• Эффективность MSC.Nastran, доступная на персональном компьютере в среде типа Windows 95/98
  
• Великолепная документация в виде практических пособий
  
• “Горячая” линия поддержки пользователей квалифицированными специалистами
  
• Ежегодные конференции пользователей
  
• Семинары по обучению пользователей на русском языке
  
• Широкие возможности экономии средств заказчика за счет приобретения только необходимых опций препроцессора и решателя
  

Основные особенности MSC.Nastran for Windows


Модульность построения программного пакета

• Базовый модуль
  
• Модуль геометрического и конечно-элементного моделирования с развитыми возможностями (Advanced Modeling)
  
• Модуль высокоэффективного геометрического и конечно-элементного моделирования (Expert Modeling)
  
• Модуль динамического анализа с расширенными возможностями (Advanced Dynamic)
  
• Модуль нелинейного анализа
  
• Модуль анализа теплопередачи
  
• Модуль анализа гидро- и газодинамических процессов
  
• Модуль анализа долговечности
  

Базовый модуль

• Моделирование и работа с геометрическими примитивами
  
  • Создание простых 1, 2 и 3-мерных геометрических примитивов
    
  • Импорт геометрических данных (точки, линии) в форматах DXF и IGES
    
  • Импорт и экспорт моделей в формате стереолитографии (STL)
    
• Генерация конечно-элементных сеток (в том числе автоматическое построение объемной тетраэдральной сетки)
  
• Импорт и экспорт расчетных моделей и результатов численного анализа в форматах большинства распространенных конечно-элементных программных пакетов
  
• Возможности решателя
  
  • расчет линейного статического нагружения
    
  • расчет частот и форм собственных колебаний (в том числе высокопроизводительным методом Ланцоша)
    
  • анализ устойчивости конструкции в линейной постановке
    

Модуль геометрического и конечно-элементного моделирования с развитыми возможностями (Advanced Modeling)

• Все возможности базового модуля в части моделирования и работы с геометрическими примитивами и конечно-элементными сетками
  
• Дополнительные возможности по моделированию и работе с геометрическими примитивами
  
  • Импорт и экспорт моделей в формате Parasolid (формат CAD систем Solid Edge, Solid Works, Unigraphics и др.)
    
  • Импорт и экспорт моделей в формате ACIS (формат CAD систем AutoCAD, Mechanical Desktop, Inventor и др.)
    
  • Импорт поверхностных моделей в формате IGES (CAD системы Pro/Engineer, I-DEAS и др.)
    
  • Импорт и экспорт данных в формате STEP AP203, AP214 классов II-IV (CAD системы I-DEAS, CATIA)
    
  • Автоматическое создание объемных тел на основе поверхностей
    
  • Построение срединных поверхностей объемных тел (для последующего построения оболочечных конечно-элементных сеток)
    
  • Модификация объемных тел
    
• Автоматическое построение гексаэдральной сетки на базе объемных тел
  

Модуль высокоэффективного геометрического и конечно-элементного моделирования (Expert Modeling)

• Все возможности базового модуля и модуля геометрического и конечно-элементного моделирования с развитыми возможностями в части работы с геометрическими примитивами и конечно-элементными сетками
  
• Дополнительные возможности по моделированию и работе с геометрическими примитивами
  
  • Прямой импорт данных в форматах CAD-систем CATIA, I-DEAS, VDA-FS, Pro/Engineer, Unigraphics, Solid Edge
    
  • Импорт поверхностных моделей в формате IGES стандартов 4.0-5.3
    
  • Экспорт данных в формате IGES
    
  • Преобразование геометрических примитивов из формата Parasolid в формат IGES
    
  • Преобразование геометрических примитивов ACIS-Parasolid-ACIS
    

Модуль динамического анализа с расширенными возможностями (Advanced Dynamic)

• Расчет частотного отклика прямым и модальным методами
  
• Расчет характеристик переходных процессов прямым и модальным методами
  
• Задание вынужденного кинематического перемещения
  
• Расчет отклика при случайном воздействии
  
• Различные виды демпфирования
  
  • конструкционное глобальное демпфирование
    
  • конструкционное демпфирование, зависящее от вида материала
    
  • модальное (частотно-зависимое) демпфирование
    
  • дискретные демпфирующие элементы
    
• Широкие возможности моделирования нагрузок
  
  • Возможность приложения постоянных нагрузок при динамическом анализе
    
  • Принудительное ускорение
    
  • Возможность использования временных задержек и интервалов при задании нагрузок
    
  • Аналитическое и явное задание нагрузок
    
  • Задание нелинейных нагрузок, зависящих от перемещений и скоростей
    
  • Любая из нагрузок может иметь свою зависимость от времени
    
• Автоматическая адаптация шага при анализе переходных процессов
  
• Эффективные методы вычисления результатов при модальном решении динамических задач
  
  • Матричный метод
    
  • Метод перемещений
    
  • Метод ускорений
    
• Эффективные методы решения больших задач
  
  • Специальный решатель, обрабатывающий “разреженные” матрицы
    
  • Встроенное в решатель автоматическое уменьшение ширины “ленты” матрицы
    

Модуль нелинейного анализа

• Моделирование нелинейных свойств материала (физическая нелинейность)
  
  • Текучесть
    
    • Условия текучести Мизеса и Треска
      
    • Условия текучести Мора-Кулона и Друкера-Прагера
      
    • Изотропное, кинематическое и комбинированное типы упрочнения
      
    • Билинейный и табличный способы задания зависимости напряжения от деформации
      
  • Гиперупругость
    
  • Нелинейная упругость при малых деформациях
    
  • Термоупругость
    
  • Вязкоупругость (ползучесть)
    
  • Комбинация вязкоупругости и пластичности
    
• Моделирование геометрической нелинейности
  
  • Учет больших перемещений и углов поворота методом модифицированного лагранжиана
    
  • Учет больших деформаций гиперупругих материалов методом полного лагранжиана
    
  • Анализ потери устойчивости (“прощелкивание”)
    
  • “Следящие” нагрузки
    
• Моделирование сложных граничных условий
  
  • Контактное взаимодействие с помощью элементов GAP и SLIDE LINE
    
  • Задание принудительной деформации
    
• Использование рестарта для учета особых условий работы изделия
  
  • Анализ устойчивости конструкции в нелинейной постановке
    
  • Модальный анализ предварительно напряженных конструкций
    
• Совместимость с линейным анализом
  
  • Простота адаптации линейной модели для нелинейного анализа
    
  • Многие элементы имеют опции для использования их как при линейном, так и при нелинейном анализе
    
  • Все линейные элементы применимы при нелинейном анализе
    
• Автоматизированные методы решения
  
  • Селективные методы модификации матрицы жесткости и поиска решения
    
  • Адаптивная бисекция и расчет приращения нагрузки
    
  • Контроль сходимости по нагрузке и перемещениям
    
  • Возможность выбора метода решения (в том числе методы “по длине дуги” Крисфилда, Рикса и модифицированный метод Рикса)
    
  • Метод решения “по длине дуги” с адаптацией
    
  • Модификация жесткости при разгрузке
    
  • Адаптивный контактный элемент типа GAP
    
  • Неявный метод интегрирования по времени
    
  • Адаптация шага интегрирования по времени с автоматической бисекцией и автоматической модификацией матрицы жесткости
    
• Простота перехода от линейного к нелинейному анализу
  
  • К линейной модели необходимо добавить только несколько специфических параметров
    
• Эффективные численные методы решения задач
  
  • Специальный решатель, обрабатывающий “разреженные” матрицы
    
  • Адаптивные методы модификации матрицы жесткости
    

Модуль анализа теплопередачи

• Виды расчетов
  
  • Установившееся состояние (линейна и нелинейная постановки)
    
  • Переходный процесс (линейна и нелинейная постановки)
    
  • Подготовка данных для расчета термонапряжений
    
• Теплопроводность
  
  • Температурно-зависимая теплопроводность
    
  • Температурно-зависимая теплоемкость
    
  • Анизотропная теплопроводность
    
  • Внутреннее теплообразование с учетом его зависимости от температуры
    
  • Внутреннее теплообразование с учетом его зависимости от времени
    
• Свободная конвекция
  
  • Температурно-зависимый коэффициент теплопередачи
    
  • Коэффициент теплопередачи, зависимый от времени
    
  • Нелинейные функциональные зависимости
    
• Вынужденная конвекция
  
  • 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)
    
• Излучение в открытое пространство
  
  • Температурно-зависимые коэффициенты излучения и поглощения
    
  • Зависимость теплообмена от времени
    
• Излучение в замкнутое пространство
  
  • Температурно-зависимый коэффициент излучения
    
  • Автоматический учет взаимного влияния объектов, в том числе затенения
    
  • Возможность решения задачи с несколькими замкнутыми зонами, содержащими источники тепла
    
    • Направленное излучение тепла
      
    • Излучение по нормали к поверхности
      
    • Точечные источники тепла
      
    • Температурно-зависимая интенсивность излучения
      
    • Интенсивность излучения, зависящая от времени
      
• Температурные граничные условия
  
  • Задание постоянных температур 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
    
• Графическое отображение результатов расчетов
  
  • Тепловые потоки
    
  • Графики изменения температуры во времени
    
  • Графики изменения энтальпии от времени
    
  • Изолинии температур
    
  • Анимации результатов расчета
    

Модуль оптимизации

• Расчетный режим нагружения статический, в линейной постановке (возможно выполнение оптимизации с учетом нескольких вариантов нагружения)
  
• Функция цели минимум массы
  
• Оптимизируемые параметры
  
  • толщина оболочечных элементов конструкции
    
  • площадь и моменты инерции поперечного сечения балочных элементов
    
  • площадь поперечного сечения стержневых элементов
    
• Функциональные ограничения
  
  • перемещения
    
  • напряжения
    
  • деформации
    
• Подготовка решения задачи и анализ результатов
  
  • Назначение всех исходных данных для управления процессом оптимизации выполняется в одном окне
    
  • Графическое представление изменения параметров модели и функции цели в процессе решения оптимизационной задачи
    

Модуль анализа гидро- и газодинамических процессов

Модуль анализа гидро- и газодинамических процессов, полностью интегрированный в среду MSC.Nastran for Windows, основан на решателе CFDesign, разработанном фирмой Blue Ridge Numerics Inc. Модуль обеспечивает проведение анализа течения жидкости и газа с до-, около- и сверхзвуковыми скоростями с возможностью одновременного расчета процессов теплопередачи.

Интеграция модуля анализа гидро- и газодинамических процессов в среду MSC.Nastran for Windows позволяет использовать полученные в результате расчета параметры течения потоков и теплообмена (давления, температуры, коэффициенты теплопередачи) в качестве нагружающих факторов и граничных условий при конечно-элементном структурном анализе.

• Области применения модуля
  
  • Автомобилестроение и наземный транспорт
    
    • расчет характеристик систем охлаждения двигателей
      
    • расчет характеристик внешней аэродинамики
      
    • анализ потоков в пассажирском салоне
      
    • анализ систем выхлопа
      
  • Энергетика
    
    • расчет характеристик потоков в зонах клапанов, отводов, в теплообменниках
      
  • Электроника
    
    • проектирование элементов теплоотвода
      
  • Системы отопления, вентиляции и кондиционирования
    
    • расчет характеристик потоков в туннелях, кожухах, коллекторах, отводах, в зонах клапанов
      
    • расчет характеристик потоков в помещениях
      
  • Аэрокосмическая промышленность
    
    • расчет реверсов тяги
      
    • анализ потоков воздуха внутри фюзеляжа
      
  • Пищевая, химическая и обрабатывающая промышленность
    
    • расчет характеристик сушильных агрегатов
      
    • анализ характеристик уплотнителей, смесителей, клапанов, трубопроводов и т.д.
      
  • Строительство
    
    • расчет характеристик внешней аэродинамики зданий
      
  • Бытовая техника
    
    • разработка пылесосов, компонентов оросительных систем и т.п.
      
  • Медицина
    
    • разработка компонентов стерилизаторов, клапанов и т.п.
      
    • анализ артериального и венозного кровотока
      
• Возможности модуля анализа гидро- и газодинамических процессов
  
  • Расчет установившихся и переходных процессов
    
  • Расчет характеристик ламинарных и турбулентных течений с учетом теплопередачи
    
  • Модели турбулентности
    
    • постоянная турбулентная вязкость
      
    • модель k-epsilon
      
    • модель RNG
      
  • Несжимаемый поток
    
  • Дозвуковые, околозвуковые и сверхзвуковые сжимаемые потоки
    
  • Смешанная передача тепла (одновременный учет теплопроводности и конвекции)
    
  • Учет передачи тепла через излучение
    
  • Переменные свойства жидкости (газа)
    
  • Неньютоновские жидкости
    
  • Переменные свойства твердых тел, включая ортотропную теплопроводность
    
  • Учет возможного наличия в потоке распределенных сопротивлений, в том числе пористых тел
    
  • Возможность учета переноса скалярных частиц
    
  • Автоматическое “включение” турбулентности
    
  • Моделирование двухфазного течения воздух-пар и вода-пар
    
  • Периодические граничные условия
    
  • Проведение расчета во вращающейся системе координат
    
  • Автоматическое “включение” граничных условий на стенках (определение границ потока)
    
• Для задания конфигурации расчетной модели используется сетка со следующими типами конечных элементов
  
  • Двумерные четырехугольные и треугольные элементы для решения задач в плоской и осесимметричной постановках (с учетом завихрения и без него)
    
  • Трехмерные гексаэдры, пятигранные призмы и 4-х и 10-узловые тетраэдры
    
• Основные результаты расчета
  
  • Поля скоростей, давлений и температур
    
  • Показатели турбулентности
    
  • Свойства жидкости (газа)
    
  • Завихренность
    
  • Силы, действующие на стенки
    
  • Другие характеристики
    
• Дополнительные результаты расчета
  
  • Характеристики, вычисляемые для всех входов и выходов жидкости (газа)
    
    • число Рейнольдса
      
    • число Маха
      
    • массовый расход
      
    • давление и температура
      
  • Глобальный баланс сил и энергии
    
  • Коэффициенты теплопередачи на гранях элементов объемных тел
    
  • Узловые силы на стенках
    
  • Минимальные, максимальные и средние значения основных величин, характеризующих поток
    
  • Время, потраченное на решение
    
  • Требуемая память
    

Модуль анализа долговечности

• Программа winLIFE – “самостоятельная” программа, интегрированная с MSC.Nastran for Windows на уровне совместимости результатов расчета напряженно-деформированного состояния детали (передача данных из MSC.Nastran for Windows в winLIFE) и результатов расчета уровня повреждения (передача данных из winLIFE в MSC.Nastran for Windows)
  
• Методы расчета долговечности
  
  • метод номинальных напряжений
    
  • метод локальных деформаций
    
• Задание усталостных характеристик материалов
  
  • Генератор кривых Вёлера (метод номинальных напряжений)
    
  • База данных по свойствам материалов (метод локальных деформаций)
    
• Условия нагружения
  
  • Импорт экспериментальных данных об истории нагружения (ограничение на объем данных – только объем дисковой памяти ЭВМ)
    
  • Задаваемые пользователем спектры нагружения
    
• Задание уровня и распределения напряжений в детали
  
  • Определение любыми доступными средствами (эксперимент, “традиционные” методы)
    
  • Вычисление методом конечных элементов
    
• Вычисление величины повреждения
  
  • Метод номинальных напряжений без применения МКЭ
    
    • Задание истории или спектра нагружения
      
    • Определение критического сечения (сечений) и расчет номинальных напряжений
      
    • Задание кривой Вёлера и зависимости для учета средних напряжений цикла (с учетом поверхностной обработки детали, концентрации напряжений, технологии изготовления и т.д.)
      
    • Схематизация нагружения (в случае использования истории нагружения)
      
    • Расчет уровня повреждения по правилу Майнера
      
    • Вывод результатов в виде файла-протокола
      
  • Метод локальных деформаций
    

Операция	Метод локальных деформаций без применения МКЭ	Метод локальных деформаций с применением МКЭ
Задание истории или спектра нагружения
Определение критического сечения и коэффициента c в зависимости e=cL(t)
Статический расчет конечно-элементной модели с постоянной нагрузкой (L0=const)
Выбор элементов (узлов) для исследования долговечности
Задание (выбор) кривой Вёлера
Построение диаграммы связи напряжений и деформаций на основе уровня нагружения с учетом упругопластических свойств материала (например, с помощью метода “стекающего дождя”)
Построение диаграммы связи напряжений и деформаций на основе уровня нагружения с учетом упругопластических свойств материала для каждого выбранного элемента (с помощью метода “стекающего дождя”)
Расчет уровня повреждения по правилу Майнера
Расчет уровня повреждения по правилу Палгрена-Майнера
Вывод результатов в виде файла-протокола

• Форма представления результатов
  
  • Файлы с протоколами результатов расчета повреждения
    
  • Комбинированные матрицы разрушения
    
  • Результаты схематизации нагружения
    
  • Визуализация результатов расчета повреждения в среде MSC.Nastran for Windows