产品简介

MD Nastran 多学科仿真引擎
 (The MultiDiscipline Simulation Game Changer)

    制造业目前最关心的问题之一是如何降低产品的成本。产品设计中的缺陷、加工过程中材料的改变和制造工艺的变动等都带来了无法预测的高成本。在产品设计完成之前，MD Nastran通过不同学科之间系统级的耦合与集成仿真，对产品的性能进行全面评估。通过对单一的通用模型的多学科集成仿真，可以大幅度地减少设计错误和最大限度地降低不确定因素带来的风险，而这些是其它的处理过程所不能达到的。MD Nastran是求解器内核上的多学科之间的系统耦合，它从根本上改变了原来的游戏规则，从而可以最大化地减少产品设计以后的改动、缩短制造周期、加速上市步伐和降低产品成本。在产品研发的早期不能发现产品的缺陷，就会带来系列工程问题，增加了产品成本。而在产品交付生产时，一旦在某个工艺过程、部件、分系统或最后的产品中发现缺陷，往往需要几周甚至几个月才能做出反应。等到改动的决定告诉加工车间时，可能已经有很多存在缺陷的产品已经生产出来了。单学科的仿真方式只能在设计后期发现设计的缺陷，而MD Nastran可以在整个设计过程的很早期就发现缺陷，从而极大地节省时间和降低成本。

多学科仿真

    模拟赛艇的起飞是需要多学科仿真的很好实例。模拟的困难在于不能有效仿真气流和结构变形之间的交互作用。独立进行各个单学科的仿真也实现了多个学科的分析，但不能考虑多学科之间的交互耦合作用。而MD Nastran使用统一的单个模型，完全考虑了不同学科之间的交互作用和耦合。且MD Nastran充分利用了ILP-64位高性能处理器，极大地提高计算速度和解算规模。只有MD Nastran这种能对关键学科之间复杂交互作用进行准确表述的求解器才能保证真实地模拟这种物理现象。即便借用目前的前后处理器、计算力量和自动运行能力，单个学科专家仍然要通过许多离散的分析步骤来手工模拟仿真学科之间的复杂交互作用。而对于某一学科的多步分析，还非常耗费时间。尤其是通过处理大量的分析数据来确定如何将结果从一个学科传递到另外一个学科，必然会带来信息传输的丢失、降低模拟的精度。工程师有时还手工传递计算信息，或者将运动的信息作为静态的信息来施加到系统中，这个过程可重复性差，人为错误也难以避免。有了MD Nastran，这些学科之间的数据与信息的传递，将变得动态实时，也即它们将处在一个开放的统一的循环环境中。无论是线性、非线性、运动、CFD、还是显式非线性动力学，MSC Nastran允许多学科在求解器内核上的集成仿真，而不是仅仅简单地相互之间进行连接。这意味着学科之间在极其适当的时候相互提供正确的信息和力学反馈。MD Nastran完全超越传统的多物理场系统，将多种学科深层次的链接/集成，如在多体运动和有限元分析之间的多学科集成，将驱动企业在产品设计早期就实现各设计层面的联合工作。有限元分析和CFD之间的集成，也具有同样的效果。

MD Nastran

    MD Nastran将一流的技术平台Nastran、Marc、Dytran和LS-Dyna集成到一个企业级的多学科仿真方案中。MD Nastran多学科范围从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、显式非线性和多体动力学。象针对特定行业的学科：碰撞、NVH、噪声、气动弹性和金属成型等涉及的所有学科，均能给出高度真实的仿真结果，满足所有制造企业的需要。通过精确地定位物理过程、集成关键的各种学科、架设与传统计算模型之间的桥梁，MD Nastran给物理现象的连续统一性给出了目前最为精准的描述。MD Nastran的深入开发已历经四年，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增强了碰撞功能，后续还将把Star-CD技术集成进来以进一步增加流—固耦合的功能。基于这样的内核，当结构与流场发生耦合时，在结构体的表面，有限元分析FEA和流体分析CFD将实时相互提供载荷和边界条件。但在不同学科之间通过手工传递这些数据，既阻碍了相互之间的交互耦合作用，工程师也只能继续单独地应用每个学科，这又浪费了大量的时间，尤其是打破了物理过程的连续性，从而造成计算的不准确。利用第三方软件MpCCI，MD Nastran还可实现与其它流体软件之间的相互耦合。

    MD Nastran提供了一系列的针对特定工业领域的仿真能力，象噪声、振动、汽车领域的NVH、碰撞和乘员安全性、跌落分析和从热传导到三维热辐射的热控问题。

    NVH研究显然将得益于MD Nastran。ADAMS分析汽车在颠簸的路面上，不平整的路面如何引起噪声和车辆的振动。 MD Nastran能够把ADAMS的模型以数学表述的形式和Nastran的NVH模型完全集成到一起，工程师使用一个模型仿真车内的噪声，同时集成到真实的颠簸路况的NVH研究中。NVH仿真生成的载荷又作为后续的碰撞分析。
在另外一个MD Nastran多学科耦合的例子中，汽车工程师在运行ADAMS分析悬架系统的同时，可以把悬架的数据作为有限元分析模型的一部分，通过Nastran评估A臂的寿命。

公共的数据模型

    相比将多个独立的仿真工具捆绑在一起分析的方法，MD Nastran可以减少50%的仿真时间，这主要是因为用户现在可以工作在一个公共的数据模型上来完成各类仿真，而过去这需要基于多个模型、利用多个单学科工具进行非耦合学科仿真分析。由于基于系统级的公共模型同时对多个学科的物理过程进行了表述，因此MD Nastran允许所有的设计人员从通用的模型中调用数据。但这并不意味着所有的学科都用完全一样的模型，而是意味着能够从一个模型中提取出所需的载荷和约束来完成各类仿真。由于并不是所有的仿真问题都是用同一方程组就能解决的，而是需要一系列的方程组来表述一个模型才可能给出非常切合实际的仿真结果，因此这就需要从物理系统中提取出所需的一个有限元模型，通过施加载荷和约束来进行多学科研究。MD Nastran根据相互耦合影响的学科的类型来决定分析是同时的、集成的、交叉的还是松散的耦合。包含运动、FEA和CFD的系统级模型有着广泛的多学科代表性。例如，在主要使用复合材料的航空工业，MD Nastran消除了线性和非线性之间的分界，一旦加载使得应变超过3%后就自动转到非线性分析。

优化

    用户可以在仿真分析的任何层面上进行优化分析。拓扑和形状优化应用于不同的学科领域，概率优化确定设计的稳定性。工程师可以解算系统方程和在所有的层面上确定材料特性和制造过程带来的大量不确定因素的影响。MD Nastran独特的优化功能允许将不同的工程问题，例如静力和NVH，组合在一起进行优化分析。

64位高性能计算

    10年前，飞机机翼建模时上面的铆钉一般不在考虑之列，现在，同时建立铆钉模型已经是很平常的一件事情。利用极其庞大的模型数据来分析越来越复杂的仿真模型已经成为必需的工作。在考虑寿命问题时，工程师要在产品制造之前仿真整个产品系统。这样即使先不考虑多学科的集成，模型的大小和复杂程度显然也是惊人的。如果考虑学科之间的交叉，尤其考虑到优化分析，计算机硬件资源就要承受严峻的考验，高性能计算就是必然的趋势。MD Nastran继续保持在高性能计算领域的领导地位，第一个移植到真正的IPL-64,消除了以往的仿真工具对物理内存利用能力的限制，MD Nastran可以使用近乎无限大的物理内存，大幅提高了计算效率。IPL-64位的MD Nastran继续优化解算器，继续支持SMP/DMP，增强针对大模型的超单元技术及优化功能。MD Nastran的强大功能和广泛的应用，意味着能够在32位和64位Cluster平台上运行并在短时间内仿真大模型。MD Nastran运行性能针对64位的超级计算机平台进行了专门的优化。基于MD Nastran的64位运行能力，MSC.Software公司为企业提供了最好的大规模仿真平台，并且引导企业从32位的平台移植到64位的仿真环境。当然实际的计算速度将依赖于并行方式，极其复杂并极其巨大的模型仍可以通过多个64位处理器并行计算而得以仿真。
例如,飞机工程师借助MD Nastran能够分析有成百上千铆钉的机翼上的载荷，其中单个铆钉的分析就是复杂的非线性弹塑性问题，在过去，这样的分析是计算机资源难以满足的。现在，基于ILP-64位的MD Nastran，计算机可以分析整个机翼和上面的所有铆钉，相比于物理试验，为公司的新一代飞机节省了大量的费用。

结论

    生产商需要对开发的部件和装配体进行多学科的细致分析以继续满足客户的高需求。而MD Nastran广泛的多学科仿真功能就允许制造行业的用户可以准确分析一系列的多学科耦合问题，对产品的性能有一个准确的预测。另外，MD Nastran利用ILP-64位处理器通过多学科耦合功能，分析数百万个自由度的部件和装配体模型，既准确又快速。MD Nastran的这些强大功能使得用户距离将来的虚拟产品开发环境更近一步。

MD Nastran ——针对高级工程分析的多学科方针系统

MD Nastran

    在过去的四十多年里，全球制造业的领导者都依赖MSC.Software的核心Nastran技术为市场带来新的产品。现在，MD Nastran（MD指多学科）为工程师带来了基于MSC.Software传统领导技术和可靠性能的扩展了分析功能的工具库。他是一个用于高级工程分析的仿真系统，MD Nastran提供了目前可得到的集成仿真和分析功能的最完整的工具包。

多学科的价值

    多学科方法的价值远远超过了某个分析功能的深入调整。MD Nastran是对多个，集成学科的优化，使其能有效处理大规模问题，并能充分发挥现有的高性能计算设备的优点。MD Nastran的多学科技术通过驱动早期的设计参数，提高产品性能，并快速审视产品的生命周期性能，以达到大幅度提高工作效率的目的。

功能

l   飞机机身、机翼以及起落架的强度和疲劳分析

l   汽车，卡车或火车的各种结构（车身、底盘、悬挂、操控和轮胎）的强度耐久性和振动分析

l   传导、对流或辐射对家用电器（电视、手机）温度波动的影响

l   产品如何经受破坏过程，如跌落到地板，撞到墙上，或从升降机上落下。

优点

l   与其它任何分析工具相比，使用MD Nastran的通用数据模型能开展更多新产品研发学科的交叉，耦合或离散分析，从而加快制造时间。

l   通过把仿真技术运用到新产品研发周期的前沿来降低制造成本。

l   在产品制造之前研究更多的设计方案，预测系统级的性能表现，并正确评估生命周期的使用（安全性，疲劳，耐久性）问题。

l   消减专业知识储备，减小对不连贯点解决方案的依赖，并在单个、一致的用户环境中操作所有需要的仿真，能极大地提高分析效率。

l   利用MD Nastran 高性能计算的优点，世界领先的求解技术，以及适用于大型/复杂仿真的独特性能，可以节约时间，排除或减小仿真理想化，极大提高与现实的相关性。
 
优化

l   性能优化更适合大规模系统和复杂分析

l   全新、高度协调，世界领先的求解技术可以节约时间，研究更大范围的设计方案

l   内置的形状和拓扑优化技术，结合预测功能可以提高整体设计效率，并预测生命周期的性能

集成

l   在一个通用的用户环境中简单方便地操作越来越复杂的多个仿真，从线性到非线性，一直到失效

l   将多学科技术和线性/非线性分析耦合在一起，用于解决多个影响同事发生时的特殊交叉作用

l   与点解决方案相比，通用数据模型节约了时间，避免了模型传递中的错误，减小了分析模型的准备工作

功能强大

l   方便地操作大型、相互连接的装配体，各装配体之间用成排专门连接器连接在一起，具有摩擦特性的高度三维接触，支持柔性体和刚性体，并有超单元

l   支持ILP64位处理器，消除了对模型大小的约束，因为物理内存寻址能力决定了其是否可以继续处理其它系统

l   支持并行计算/多处理器系统，支持新的高性能稀疏和迭代求解器，具有大型模型处理能力
 
MD Nastran： 多学科技术的价值

l   系统级导向的观点可以快速审视整体设计特性

l   通用的用户环境和模型凸显了高效设计速度

l   多工程学科间复杂交叉仿真，可以在新产品设计周期的前期就能审视其真实的设计行为

l   宽广、集成的学科视野使与制造和工艺相关的问题及早暴露出来，避免了昂贵又费时的再加工

MD Nastran包含：

l   线性静力

l   正则模态

l   屈曲

l   连接体

l   动力学

l   热传导

l   Adams 集成

l   无限制模型大小

l   气动弹性学 I

l   直接矩阵提取程序（DMAP）

l   动力设计分析方法（DDAM）

l   共用存储并行技术（SMP）

l   非线性

l   隐式非线性

l   隐式非线性形状记忆材料

l   隐式非线性半立方体视角因子

补充的MD Nastran模块

l   分布式内存并行计算（DMP）

l   自动部件模态综合法（ACMS）

l   内部声学

l   外部声学

l   气动弹性学 II

l   设计优化

l   Krylov 求解器

l   转子动力学

l   超单元

l   拓朴优化

l   显式非线性

l   隐式非线性多处理器

l   显式非线性多处理器