6.2 Nastran

Пакет программ NASTRAN (NASA STRuctural ANalysis) разработан в 1972 г. Программы семейства NASTRAN являются универсальными программами анализа. В универсальных программах наиболее полно разработаны различные виды инженерного анализа, включая:

• статический и динамический анализ;

• анализ устойчивости;

• нелинейный температурный анализ (в том числе с учетом процесса фазового перехода или химических реакций);

• спектральный анализ.

Многоцелевая направленность этих программ дает возможность применять их для решения таких смешанных задач, как:

• анализ прочности при тепловом и механическом нагружении;

• влияние магнитных полей на прочность конструкции.

Программы позволяют учитывать разнообразные конструктивные нелинейности, наличие больших деформаций, получать решение задач гидроаэродинамики и др. 

Как правило, в универсальные программы анализа включены собственные средства (предпроцессорные модули) построения геометрической, конечно-элементной и расчетной модели.

Все универсальные программы анализа имеют стандартные форматы обмена графической информацией с CAD пакетами. При необходимости геометрическая модель проектируемого изделия может быть предварительно создана на этапе конструирования в CAD-системе. Пред/постпроцессором семейства программ NX Nastran могут быть Femap, Unigraphics NX, I Deas NX компании Siemens PLM Software.

Предпроцессор и постпроцессор универсальных программ объединены в виде отдельного программного модуля, который имеет возможность автоматизированного подключения внешних решателей или процессоров. NX Nastran обеспечивает полный набор расчетов, включая:

• расчет напряженно - деформированного состояния;

• расчет собственных частот и форм колебаний;

• анализ устойчивости;

• решение задач теплопередачи;

• исследование установившихся и неустановившихся процессов,;

• нелинейных статических процессов;

• нелинейных динамических переходных процессов;

• расчет собственных частот и форм колебаний;

• анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок;

• спектральный анализ;

• линейная статика;

• линейная статика незакрепленных тел;

• расчет частот собственных колебаний;

• анализ устойчивости конструкции в линейной постановке;

• анализ чувствительности характеристик объекта (в том числе частот собственных колебаний и параметров устойчивости) к конструктивным изменениям;

• проверка корректности расчетной модели.

Тип решателя в NX Nastran 5	Тип анализа
Static	Статический анализ в линейной постановке
Normal Modes	Расчет собственных частот
Buckling	Устойчивость
Transient Dinamic/Time Response	Расчет динамических откликов как функций времени (прямой метод)
Frequency/Harmonic Response	Расчет динамических откликов в частотной области
Response Spectrum	Расчет динамических откликов (метод суперпозиции форм колебаний)
Random Response	Расчет динамических откликов при воздействии случайных динамических нагрузок
Nonlinear Statics	Статический анализ в нелинейной постановке
Advanced Nonlinear Statics	Усовершенствованный нелинейный статический анализ
Nonlinear Transient Response	Нелинейный динамический анализ
Advanced Nonlinear Transient	Усовершенствованный нелинейный динамический анализ
Advansed Nonlinear Explicit	Программа высоконелинейных расчетов
Design Optimization	Оптимизация конструкций
Steady-State Heat Transfer	Анализ теплопередачи в стационарной постановке (МКЭ)
Transient Heat Transfer	Анализ теплопередачи в нестационарной постановке (МКЭ)

MSC Nastran включает специальные элементы для моделирования точечной и шовной сварки, болтовых и заклепочных соединений, набор жестких элементов различных типов и многое другое. Макроязык DMAP позволяет пользователям создавать свои специальные модули, приложения и включать их в MSC Nastran, создавая совершенно новые собственные решения на мощной математической базе MSC Nastran. MSC Nastran располагает эффективным аппаратом автоматической оптимизации конструкций. Оптимизацию можно проводить для задач статики, устойчивости, установившихся и неустановившихся динамических процессов, собственных частот и форм колебаний. Оптимизация проводится на основе выбранных типов расчета путем вариации параметров формы, размеров и свойств конструкции. Благодаря своей эффективности, алгоритмы оптимизации обрабатывают неограниченное число проектных параметров и ограничений. Вес, напряжения, перемещения, собственные частоты и многие другие характеристики могут рассматриваться в качестве целевых функций проекта.

В этом случае их можно минимизировать или максимизировать в качестве ограничений. Алгоритмы анализа чувствительности позволяют исследовать влияние различных параметров на поведение целевой функции и управлять процессом поиска оптимального решения. MSC Nastran включает уникальную функцию оптимизации конструкции с неограниченными изменениями ее геометрической формы (изменение геометрической топологии объекта) при минимизации веса и удовлетворении граничным условиям по прочности. Данная функция позволяет использовать MSC Nastran для автоматического проектирования силовых схем конструкций, когда на основе объемной массивной заготовки MSC Nastran автоматически создает оптимальную ажурную конструкцию, максимально удовлетворяющую заданным условиям.

Ш ирокие возможности оптимизации позволяют использовать MSC Nastran для автоматической идентификации компьютерной расчетной модели и эксперимента. Целевая функция определяется в виде минимизации рассогласования результатов расчета и эксперимента, варьируемыми параметрами выбираются наименее достоверные расчетные параметры конструкции. Как результат оптимизации, MSC Nastran выдает новую компьютерную модель, полностью соответствующую экспериментальному образцу. MSC Nastran – единственная из конечно-элементных программ, способная делать это автоматически.