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| MSC重磅出击,推出真正的多学科仿真引擎MD Nastran
4/14/2006 1:51:00 PM |
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全球领先的虚拟产品开发技术供应商MSC.Software历经数载潜心开发，终于打破了CAE领域长期以来的只能进行单学科和初级多学科仿真的羁绊，推出了业界期待已久的第一个真正的企业级多学科联合仿真引擎MD Nastran，它最大的特点就是它本身就是一个系统的多学科解决方案，而不是简单的单学科仿真的叠加。
制造业目前最关心的问题是如何降低产品的成本。产品设计中的缺陷、加工过程中材料的变化和制造工艺的变动等都带来了无法预测的高成本。在产品设计之前，MD Nastran通过不同学科之间系统级的耦合集成仿真，对产品的性能进行评估。一个模型的多学科仿真，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从根本上减少了产品设计以后的改动、缩短制造时间、加快上市时间和降低了成本。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。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，往往需要几个周或几个月才能做出反应。等到改动的决定告诉加工车间时，可能已经有很多的有缺陷的部件和产品已经生产出来了。单学科的仿真工具可以在设计后期发现设计的缺陷，而MD Nastran可以在整个过程的早期发现问题，从而节省时间和降低成本。
多学科仿真
起飞的赛艇是多学科仿真很好的实例。这种现象归因于不能仿真气流和结构变形之间交互作用。单个解决方案允许多学科分析，但不能考虑多学科之间的交互作用。只有MD Nastran考虑了不同学科之间的交互作用和耦合、使用一个模型、优化不确定因素和利用64位高性能处理器提高计算速度。只有对关键学科之间复杂交互作用的准确表述才能保证真实地模拟物理现象。即使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。对于某一学科的多步分析，就相当耗费时间。可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，必然非常枯燥，同时也会带来人为的错误、降低模拟精度，而且这个过程也是没有可重复性。 工程师有时手工传递计算信息，或者将运动的信息作为静态的来施加到对系统进行的有限元分析中。MD Nastran将它们连接在一起，使数据变得动态实时，也就是它们在一个开放的循环环境中。无论是线性、非线性、运动、CFD、还是显式非线性动力学，MSC Nastran允许多学科集成仿真，而不是仅仅简单地相互之间连接。这意味着相互之间在极其适当的时候提供正确的工程和力学反馈。有别于传统的多物理系统，在多体运动和有限元分析之间的多学科集成，有助于多学科模拟仿真在企业产品的早期就指导设计。有限元分析和CFD之间的集成，也是同样的方式。
MD Nastran
MD Nastran将最好的技术平台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在多学科方面，从2001年开始首先对传统的一流的静力学和动力学进行了增强；然后是一流的隐式非线性、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都要求满足所有厂家的需要，也就是结果要与真实的情况非常靠近。只要准确地理解物理模型、集成合适的关键学科，MD Nastran就可以给出非常高精度的表述。MD Nastran是历时4年把ADAMS运动学、Marc非线性技术和重要合作伙伴的技术集成在一起的结果。后续的开发要把LS-Dyna的高度瞬态非线性嵌入Nastran来增加碰撞功能，把Fluent和Star-CD集成进来以增加流—固耦合的功能。在结构体的表面，有限元分析FEA和流体分析CFD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，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，这就浪费了大量的时间。利用第三方的MpCCI，MD Nastran实现了在流体和结构之间的相互耦合。
MD Nastran提供了一系列的针对特定工业领域的仿真功能，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。
共享一个模型
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，这主要是因为用户可以用一个模型完成MD Nastran仿真。用多物理场表述的单个模型是基于系统级的，因此MD Nastran允许所有的设计人员调用同样的数据。但这并不意味着所有的学科都用完全一样的模型，而是从一个模型中提取出共同的载荷和约束来做系统级仿真。包含刚体单元的系统级模型可以传到MD Nastran。并不是所有的仿真问题都是用一个方程就能解决的，因此需要一系列的方程来表述一个模型才可能给出非常切合实际的方针结果。有限元模型是从物理系统中提取出来的理论模型，通过施加载荷和约束来进行不同学科的研究。相互耦合影响的学科的类型决定了是否分析的耦合程度是同时的、集成的、交叉的或松散的。包含运动、FEA和CFD的系统级模型在多物理场领域有广泛的应用。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应用屏障，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不同的学科，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，建立一个飞机上铆钉的模型甚至不在考虑之列，现在，这是非常平常的一件事情。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。考虑寿命问题，工程师在产品制造之前要仿真整个产品系统。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，计算资源就要承受严峻的考验。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64位(IPL),继续优化解算器，SMP/DMP支持和增强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，意味着必须能够在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，并且使得企业乐于从32位的平台移植到64位。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可能需要数百个64位处理器。
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，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。MD Nastran广泛的多学科仿真功能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的强大功能使得用户距离将来的虚拟产品开发环境更进一步。
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