有限元软件 MSC PATRAN 和 NASTRAN 简介

Patran/Nastran是最初由美国国家航空航天局NASA开发的FEA工具,其在航空领域处于统治地位,下面简单介绍一下Patran/Nastran。

1  Patran

Patran 界面

Patran 是世界上使用最广泛的有限元分析(FEA)前/后处理软件,可为多个解算器提供实体建模、网格划分、分析设置及后处理,其中包括 MSC Nastran、Marc、Abaqus、LS-DYNA、ANSYS 及 Pam-Crash。

Patran 提供了丰富的工具集,能够简化分析模型的创建,可用于线性、非线性、显式动力学、热及其他有限元仿真。Patran 不仅具有使工程师可轻松处理 CAD 中的间隙和裂缝的几何清理工具,还提供了从头创建模型的实体建模工具,使任何人都可以方便地创建有限元模型。Patran可以通过全自动网格划分过程、也能够提供更多控制的手工方法或者这两者的组合,可轻松地在曲面和实体上创建网格。最后,该解决方案内置了用于最流行的有限元解算器的载荷、边界条件及分析设置,能最大限度地减少输入文件的编辑工作。

Patran 的各项功能综合完善、经过行业验证,可确保您在虚拟样机上的工作能够快速获得结果,因此您可根据需求对产品性能进行评估并优化您的设计。

2  Nastran

NASTRAN是一款有限元分析(FEA)软件,最初是1960年代末在美国政府对航空航天工业的资助下为美国国家航空航天局(NASA)开发的。诺世创软件(MSC Software)公司是公共域NASTRAN代码的主要原始开发商之一,这些代码已被众多公司集成到大量的软件中。

1964年,美国航空航天局结构动力学研究计划的年度审查发现,研究中心正分别开发针对自身需求的结构分析软件。审查建议应当使用单一的通用软件取而代之。由此成立了一个专责委员会。委员会认定没有一份现成的软件能够满足他们的要求。他们建议成立一个合作项目来开发这个软件并创建了概述该软件功能规范。

因之,计算机科学公司(CSC)获得了开发软件的合同。1960年代,该程序在开发期间的第一个名字是GPSA,普遍目的结构分析(General Purpose Structural Analysis)的首字母缩写。但NASA最终批准的名字则是NASTRAN(NASA Structural Analysis)。NASTRAN软件于1968年发布给NASA。60年代末,诺世创软件将自己的版本(MSC/NASTRAN,最终演化成MSC.Nastran)市场化并提供支持。Joe Mule(NASA)、Gerald Sandler(NASA)和Stephen J. Burns(罗彻斯特大学)设计了原始软件的架构。

编写NASTRAN软件应用程序是为了帮助设计更有效的空间飞行器,如航天飞机。1971年,美国航空航天局技术利用办公室向公众发布NASTRAN。NASTRAN的商业应用帮助了对任何尺寸、形状或目的弹性结构行为的分析。例如,汽车行业用其设计前悬架系统和转向拉杆。该软件也可用于轨道和机车、桥梁、发电厂、摩天大楼和飞机的设计。据估计,1971年至1984年NASTRAN节省了7.01亿美元的成本。NASTRAN于1988年入选美国航天基金会的空间技术名人堂,这是获此殊荣的第一项技术之一。

2002年11月,诺世创软件公司与联邦贸易委员会(FTC)达成最终协议,以解决由该公司收购竞争对手Universal Analytics, Inc.(UAI)和Computerized Structural Analysis & Research Corp.(CSAR)引发的反垄断案。FTC指控MSC软件公司的收购代表了反竞争行为。根据和解条款,MSC需提供当前Nastran软件的一份副本。该副本对优集公司(UGS)是完全免版税的、永久的和非排他许可的。优集公司在2007年被西门子收购。

目前,NASTRAN的商业版本有MSC软件公司的MSC.Nastran、NEi软件公司的NEi Nastran以及西门子PLM软件公司的NX Nastran。

NASTRAN迄今已经发展了许多版本。每个新版本均包含分析功能和数值性能方面的增强功能。此外,更正了许多以前版本的错误。在一个臭名昭著的案例中,NASTRAN的内部错误被认为是1991年Sleipner A离岸平台倒塌的原因。但如今,NASTRAN已在世界各地的航空航天,汽车和海事行业中广泛使用,并且NASTRAN已经称为航空航天结构分析的基本类型的行业标准。

2.1 Nastran求解器序列

  • 101 – 线性静态
  • 103 – 模态分析
  • 105 – 屈曲分析
  • 106 – 非线性
  • 107 – 复杂特征值
  • 108 – 直接频率响应
  • 109 – 直接瞬态响应
  • 110 – 模态复杂特征值
  • 111 – 模态频率响应
  • 112 – 模态瞬态响应
  • 129 – 瞬态非线性
  • 600 – 隐性非线性(MSC/NASTRAN)
  • 601 – 隐性非线性(NX/NASTRAN)
  • 700 – 显性非线性(MSC/NASTRAN)
  • 701 – 显性非线性(NX/NASTRAN)

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