MSC Nastran

ANSYS

Разработчиком универсального конечно-элементного пакета ANSYS является компания ANSYS Inc., основал которую в 1970 г. ученый с мировым именем Джоном Свэнсон (Dr. John A. Swanson). ANSYS входит в число лидирующих конечно-элементных моделирующих комплексов. Первоначально являясь внутренней разработкой фирмы Westinchaus Electric, программа выросла до ведущего конечно-элементного пакета, проникнув из своей «материнской» области - ядерной энергетики - во все отрасли промышленности.

Среди множества конечно-элементных программных комплексов ANSYS - первый сертифицированный согласно международным стандартам качества ISO 9000 и ISO 9001. Отличительными особенностями ANSYS являются широчайший охват явлений различной физической природы и открытость. Препроцессор ANSYS позволяет, как создавать геометрические модели собственными средствами, так и импортировать уже готовые. При этом геометрическая модель в дальнейшем может быть модифицирована любым образом, поскольку при импорте осуществляется перетрансляция данных в геометрический формат ANSYS. Пользователь может удалять несущественные мелкие детали, достраивать нужные детали, проводить сгущение или разрежение сетки. Построение поверхностной, твердотельной и каркасной геометрии и внесение изменений осуществляется средствами собственного геометрического процессора. ANSYS предоставляет уникальную по полноте и самую обширную современную систему HELP на основе гипертекстового представления.

ANSYS позволяет решать задачи прочности, теплофизики, гидрогазодинамики, электромагнетизма совместно с расчетом усталостных характеристик и процедурами оптимизации. Единые система команд и база данных полностью исключают трудности интеграции и взаимного обмена между указанными областями анализа. При этом есть возможность реализации проведения междисциплинарного анализа путем использования специализированных конечных элементов, имеющих помимо перемещений и поворотов в узлах также степени свободы температуры, напряжения и т.д. В электронной технике ANSYS наиболее эффективен для анализа электромагнитных, тепловых и акустических полей, расчета собственных частот элементов конструкции, вибропрочности с учетом гироскопических эффектов, отклика системы на гармоники и случайную вибрацию, решения задач контакта деталей несущих конструкции, устойчивости под воздействием нагрузок, расчет долговечности и ресурса, моделирования циркуляции охлаждающей жидкости и др.

Важной особенностью ANSYS является ее открытость, то есть доступность информации о модели и результатах расчетов на любом этапе процесса вычислений. Практически вся необходимая информация сохраняется в файлах, формат которых опубликован. При этом, ANSYS предлагает библиотеку процедур для доступа к данным этих файлов. В среде ANSYS возможно программирование на APDL (ANSYS Parametric Design Language). Это специальный язык, который предоставляет возможность построения параметризованных моделей и позволяет автоматизировать процесс их исследования. Программы на языке APDL оформляются в виде макросов и вызываются из командной строки ANSYS.

В результате многолетнего сотрудничества фирм ANSYS и LSTC в программу включен модуль LS-DYNA - полностью интегрированная в среду ANSYS всемирно известная программа для нелинейных расчетов большой сложности.

В 1965 г. NASA для поддержки проектов, связанных с космическими исследованиями, ставит задачу разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 г. такой пакет под названием NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis) был создан и начал эксплуатироваться. Стоимость разработки, продолжавшейся 5 лет, составила 3-4 млн долларов. Одной из компаний, участвовавших в разработке, была MSC (MacNeal-Schwendler Corporation). С 1973 г. MSC (с 1999 г. компания называется MSC.Software Corporation) самостоятельно продолжает развивать пакет MSC.NASTRAN, который стал одним из лидеров в своем классе продуктов.

MSC Nastran обеспечивает полный набор расчетов, включая расчет напряженно-деформированного состояния, запасов прочности, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, исследование установившихся и неустановившихся динамических процессов, решение задач теплопередачи, акустических явлений, нелинейных статических и нелинейных переходных процессов, анализ сложного контактного взаимодействия, расчет критических частот и вибраций роторных машин, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок и импульсного широкополосного воздействия, исследование аэроупругости на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Предусмотрена возможность моделирования практически всех типов материалов, включая композитные и гиперупругие. В состав расширенных функций входит технология суперэлементов (подконструкций), включая продвинутые методы динамических конденсаций, модальный синтез и развитые методы анализа динамики сложных структур на основе суперэлементов и формулировок метода Крейга-Бемптона. В MSC Nastran предусмотрена возможность передачи моделей упругих тел в Adams, которые будут использоваться в этом программном комплексе при построении расчётных моделей машин и механизмов. MSC Nastran располагает эффективным аппаратом автоматической оптимизации параметров, формы и топологии конструкций. Широкие возможности оптимизации позволяют использовать MSC Nastran для автоматической идентификации компьютерной расчетной модели и планирования экспериментов.

В составе MSC Nastran имеются специальные возможности моделирования динамики роторных машин, что обуславливает незаменимость этого программного продукта в отраслях, связанных с разработкой турбомашин. MSC Nastran предоставляет возможности расчёта характеристик работы конструкций из композиционных материалов. MSC Nastran широко используется для планирования экспериментов (определение мест расположения датчиков) и оценки полноты полученных экспериментальных данных. С помощью MSC Nastran решаются задачи моделирования систем управления, систем терморегулирования с учетом воздействия этих систем на конструкцию. Специальная опция MSC Nastran SOL 600 - по сути "встроенный" решатель Marc, обеспечивающий проведение углубленного анализа существенно нелинейного поведения конструкций и решения задач теплопередачи, включая связанные теплопрочностные задачи.

MSC Nastran - это современная расчетная суперсистема. В то же время, тесная интеграция MSC Nastran с другими системами высокого уровня, а также интеграция со всеми известными системами CAD/CAM/CAE - реализует совершенно новый по своей широте и глубине системный уровень моделирования и многодисциплинарного анализа. Практически, на компьютере создается точная виртуальная модель изделия и, еще до начала производства, всесторонне исследуется его функционирование в рабочих и экстремальных условиях, тем самым, совершенствуя изделие, повышая его качество, надежность, безопасность, технологичность и экономичность на основе "компьютерных испытаний".

При этом следует отметить, что в MSC NASTRAN нет собственного препроцессора. В отличие от ANSYS, программа MSC Nastran не предоставляет пользователю широких возможностей доступа к результатам расчетов, посредством внешнего программного обеспечения.