MSC Nastran
Wszechstronne oprogramowanie do analiz wytrzymałościowych MES

MSC Nastran to wiodące na świecie oprogramowanie do wielodyscyplinarnych analiz wytrzymałościowych bazujące na metodzie elementu skończonego (MES). MES jest metodą numeryczną w której analizowany obszar dzielony jest na podobszary, nazywane elementami skończonymi. W przypadku dwuwymiarowym mogą to być np. trójkąty lub czworokąty, natomiast w przypadku trójwymiarowym elementy typu tetrahedron. MSC Nastran zostało opracowane w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku dla NASA jako oprogramowanie do analiz wytrzymałościowych MES ogólnego przeznaczenia. Obecnie MSC Nastran umożliwia prowadzenie statycznych i dynamicznych symulacji i analiz, włączając analizy drgań i analizy termiczne, jak również analizy zmęczeniowe, w pełnym zakresie liniowym i nieliniowym. Obliczenia mogą być realizowane w trybie równoległym, dzięki czemu zapewniona jest wysoka wydajność symulacji numerycznych. Dodatkowo, oprogramowanie MSC Nastran uzupełnione jest o możliwość prowadzenia zautomatyzowanej optymalizacji konstrukcji.

Oprogramowanie MSC Nastran pozwala inżynierom na analizy stanu naprężeń i odkształceń różnego rodzaju części maszyn i konstrukcji, jak również prognozowanie trwałości zmęczeniowej. Dzięki takiemu podejściu możliwe jest wyeliminowanie potencjalnych problemów wynikających z nadmiernych naprężeń, rezonansu, wyboczenia lub zbyt dużych odkształceń jeszcze na etapie projektowania.

Obliczenia i analizy wytrzymałościowe MES

Analizy MES w oprogramowaniu MSC Nastran możemy w skrócie podzielić na następujące kroki:

  • Modelowanie geometrii CAD – tworzenie i edycja geometrii modelu za pomocą narzędzi do modelowania CAD (MSC Apex).
  • Generacji siatki obliczeniowej MES (MSC Apex lub Patran).
  • Definicja materiałów – określenie stałych materiałowych dla poszczególnych części modelu (MSC Apex lub Patran).
  • Definicja warunków brzegowych – określenie warunków brzegowych dla poszczególnych brzegów i interfejsów w modelu (MSC Apex lub Patran).
  • Analiza – przeprowadzenie właściwej analizy MES (metoda elementów skończonych) przy użyciu MSC Nastran.
  • Wyniki – wizualizacja wyników analiz, takich jak naprężenia, przemieszczenia i amplitudy drgań, itd. (MSC Apex lub Patran).
  • Raportowanie – tworzenie raportów i wykresów, prezentujących wyniki analizy (MSC Apex lub Patran).

Typowe zastosowania MSC Nastran:

  • Wirtualne prototypowanie we wszystkich fazach projektowania, wytwarzania, obsługi, jak również recyklingu.
  • Usuwanie wad konstrukcyjnych wykrytych w czasie użytkowania.
  • Optymalizacja w celu podniesienia parametrów technicznych i redukcji kosztów.

Multidyscyplinarne analizy wytrzymałościowe

MSC Nastran pozwala inżynierom realizować w ramach jednego środowiska złożone analizy wytrzymałościowe łączące zagadnienia z wielu dyscyplin.

  • Statyczne i dynamiczne analizy wytrzymałościowe w zakresie liniowym i nieliniowym z uwzględnieniem dodatkowych oddziaływań związanych na przykład z tarciem, wymianą ciepła, zewnętrznym polem przepływowym oraz polem akustycznym.
  • Analizy zmęczeniowe z wykorzystaniem podejścia dostępnego w pakiecie CAEfatigue, które umożliwia prognozowanie trwałości zmęczeniowej w wydajny i szybki sposób.
  • Obliczenia konstrukcji kompozytowych wytworzonych dowolną techniką z wbudowaną funkcją analizy zmęczeniowej i możliwością wieloskalowego modelowania materiałów (pakiet Digimat).

Analizy wytrzymałościowe złożonych konstrukcji mechanicznych

Analiza złożonych układów konstrukcyjnych w oprogramowaniu MSC Nastran polega na tworzeniu modeli elementów konstrukcyjnych, które są ze sobą połączone i współdziałają w ramach jednego ustroju. MSC Nastran umożliwia łączenie poszczególnych części przy użyciu różnych technik w celu zapewnienia dokładnych i wydajnych analiz wytrzymałościowych.

  • Połączenia niespójnych siatek obliczeniowych przy użyciu tzw. połączeń klejonych (ang. permanent glue). Dzięki takiemu podejściu skraca się znacząco czas potrzebny na generację siatek obliczeniowych.
  • Dedykowane łączniki do modelowania połączeń spawanych, zgrzewanych, nitowych i śrubowych z uwzględnieniem sił zacisku i tarcia.
  • Tworzenie całych zespołów składających się z podzespołów bez potrzeby wykorzystania dodatkowych łączników.
  • Przyspieszenie kolejnych analiz poprzez modelowanie złożonych konstrukcji z wykorzystaniem podziału na tzw. superelementy. Ponadto, wymiana informacji w ramach realizacji projektu przy użyciu tzw. superelementów pozwala również zapewnić ochronę własnego know-how oraz innych informacji poufnych.
  • Analizy z uwzględnieniem różnych typów kontaktu między segmentami złożonych konstrukcji mechanicznych z możliwością wyznaczenia naprężeń w strefie kontaktu i powierzchni kontaktu.
  • Automatyczne generowanie połączeń między segmentami złożonych konstrukcji.  

Zautomatyzowana optymalizacja strukturalna

Optymalizacja jest kluczową częścią współczesnego projektowania nowych urządzeń/produktów lub procesów. MSC Nastran pozwala inżynierom na prowadzenie w pełni zautomatyzowanej optymalizacji strukturalnej dzięki zaawansowanym metodom i algorytmom optymalizacyjnym.

  • Optymalizacja w celu minimalizacji naprężeń, masy, etc. poprzez zmianę zmiennych projektowych, takich jak właściwości materiałowe, wymiary geometryczne, rozkład obciążeń i inne.
  • Optymalizacja kształtu poszczególnych elementów konstrukcyjnych.
  • Optymalizacja kształtu stempli i matryc do tłoczenia blach.
  • Optymalizacja kierunku ułożenia włókien i grubości poszczególnych warstw kompozytów.
  • Optymalizacji topologii w celu usunięcia zbędnej objętości.
  • Wielodyscyplinarna i wielokryterialna optymalizacja.

Po przeprowadzeniu optymalizacji w MSC Nastran można porównać osiągnięte wyniki z wymaganiami i ograniczeniami oraz wybrać optymalne rozwiązanie konstrukcyjne.

Obliczenia o wysokiej wydajności (HPC)

Obliczenia o wysokiej wydajności w oprogramowaniu MSC Nastran to metody i narzędzia umożliwiające przeprowadzanie szybkich i dokładnych analiz dużych i złożonych modeli konstrukcyjnych. W celu zwiększenia wydajności obliczeń w MSC Nastran dostępne są następujące metody i techniki.

  • Obliczenia na komputerach z wieloma rdzeniami logicznymi lub procesorami, wykorzystując następujące techniki obliczeniowe: Shared Memory Parallel and Distributed Memory Parallel.
  • Obliczenia w trybie równoległym z wykorzystaniem wielordzeniowych procesorów GPU.
  •  Automatyczny wybór najbardziej wydajnego solvera obliczeniowego dostosowanego do analizowanego zagadnienia.
  • Analizy modalne z wykorzystaniem udoskonalonego solvera Lanczos’a oraz podejścia Automated Component Modal Synthesis (ACMS) – możliwość analiz dynamicznych bardzo dużych modeli.   

Zapytaj o ofertę

logo