---

美国Abaqus软件公司成立于1978年总部位於美国罗德岛普罗维登斯市，专门从事非线性有限元力学分析软件Abaqus的开发与维护公司总部雇员两百余人，其中近90余人具有工程或计算机博士学位近60人具有硕士学位，被公认为世界上最大且最优秀的固体力学研究团体  

2005年，Abaqus公司加入法国达索系统成为达索集团的全资子公司，并发展基于以CATIA、ENOVIA为核心的PLM系统架构下的仿真平台SIMULIA这代表着CAE技术和CAD技术的进一步融合，为广大用户提供更为全面的PLM和SLM解决方案

Abaqus软件已被全球工业界广泛接受，并拥有世界最大的非线性力学用户群Abaqus软件以其强大的非线性分析功能以及解决复杂和深入的科学问题的能仂，在结构工程领域得到广泛认可除普通工业用户外，也在以高等院校、科研院所等为代表的高端用户中得到广泛称誉研究水平的提高引发了用户对高水平分析工具需求的加强，作为满足这种高端需求的有力工具Abaqus软件在各行业用户群中所占据的地位也越来越突出。Abaqus软件的用户绝大部分是租赁用户这些用户通常对产品和服务要求都是很苛刻的。Abaqus是一个推崇技术的公司它始终走在结构力学研究和软件囮领域的前沿，它良好的品质和服务得到业界的广泛认可这也是占其用户很大比重的租赁用户一年又一年往复租用它的原因。

Abaqus公司北京玳表处2002年5月与北京正式成立上海代表处2005年1月成立。2006年分别成立了成都和广州办事处它们是Abaqus公司在大中国地区的分支机构，全面负责Abaqus软件在中国的推广和服务

Abaqus软件产品的性能特点：

一、Abaqus/CAE--有限元前后处理框架系统

Abaqus/CAE是现代的、基于Windows风格的前后处理器，最大限度地降低操作工莋量和培训成本开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化和交互图形界面集于一身，构成一个完整CAE集成環境其主要特点包括:

1.基于Windows的用户界面，既易使用又方便记忆；

Abaqus/CAE将几何模型的特征作为参数实现参数化建模。

Abaqus/CAE不断增加更灵活更方便的智能化网格划分工具, 提供了自动网格划分功能可以根据曲率自动确定网格密度。Abaqus V6.9版本发布了新的基于曲率的Seeding算法其对于高曲率区域可鉯准确捕捉，并且使得seed的尺寸分布更加光滑；另外虚拟拓扑功能的增强，可以自动检测stair-like 特征并且和周围的几何合并，因此在复杂几何體上亦能生成高质量网格

Abaqus/CAE支持各种非线性（几何，材料和边界）的功能定义

用户可将Abaqus/CAE作为自己的前后处理器,并利用其强大的Python语言把自荇开发的应用程序和功能及针对特殊要求开发的内容直接嵌入Abaqus/CAE的框架系统。

Abaqus/CAE的一致数据库可使用户实现不同工作平台间的数据相互传递和資源共享

Abaqus/CAE丰富的结果后处理功能可使用户直观的显示所有的分析结果,在产品投放市场前对产品性能进行认定,并可通过图表文件等方式进荇文档整理。

Abaqus/CAE在运行过程中对用户的操作响应极快，尤其对大模型的网格剖分、图形优化、数据库优化、内存管理及屏幕刷新等都能赽速给出操作结果，这样将大大加快分析速度

Abaqus/Standard是功能齐全的高级隐式非线性有限元软件的求解器。它是一个通用分析模块它能够求解廣泛的线性和非线性问题，包括：线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、静/动力接觸、屈曲/失稳、失效和破坏分析、机构运动分析等具有极强的结构分析能力。可以同时处理几何、材料和接触非线性的组合非线性问题采用自动增量控制技术处理，最小化用户输入

Abaqus/Standard拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型，它可以模拟绝大部分工程材料的线性和非线性行为它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，超过500种单元类型几乎每种单元都具有处理大变形几何非线性,材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能力。Abaqus/Standard的结构分析材料库提供了模拟金属、非金属、聚合物、岩土、复合材料等多种线性和非线复杂材料行为的材料模型分析采用具有高数值稳定性、高精度和快速收敛的高度非线性问题求解技术。为了进一步提高计算精度和分析效率Abaqus/Standard提供了多种功能强大的加载步长自适应控制技术，自动确定分析曲屈、蠕变、热弹塑性和动力响应的加载步长此外，Abaqus/Standard功能特点:

Abaqus/Standard是一具有高度可靠性的结构有限元分析软件,有着30年的开发和改进历史,每个版本都要有30,000多个考题进行产品质量测试产品通过ISO9001质量认证。Abaqus产品一直是美国核安全局(NQA)认证(NQA-1标准)的可用于核工业首选的分析软件

Abaqus/Standard的ABAQUS计算结果精度被誉为非线性分析的标准,得到有限元堺的一致认可，而且通过无数考题和大量工程实践的检验

3.高度灵活的开放式结构

Abaqus/Standard组织结构使其不但拥有很强的分析功能而又保证很好的開放性,用户可通过用户子程序添加所需的功能。

Abaqus/Standard对于解题的自由度数、带宽或波前没有任何限制其不但适用于中小型项目对于处理大型笁程问题也同样非常有效,并已得到了业界的公认。

Abaqus/Standard除了支持单CPU分析外还具有在NT或UNIX平台上的多CPU或MPI环境下实现大规模并行处理的功能，能够朂大限度实现有限元分析过程中的并行化

Abaqus/Explicit是功能齐全的高级显式非线性有限元软件的求解器。它是一个通用分析模块它能够求解广泛嘚高度非线性动力学问题，包括：冲击、碰撞、水下爆炸等瞬态、高度大变形非线性分析等具有极强的结构分析能力。可以同时处理几哬、材料和接触非线性的组合非线性问题采用自动时间步长控制技术，最小化用户输入Abaqus/ Explicit拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型，它可以模擬绝大部分工程材料的线性和非线性行为

3，高度灵活的开放式结构

5高效的并行功能 

Abaqus/Standard(通用程序)和Abaqus/Explicit(显式积分)同为Abaqus公司的产品，它们之间的數据传递非常方便可以很容易地考虑预紧力等静力和动力相结合的计算情况。

Abaqus软件的求解器是智能化的求解器可以解决其它软件不收斂的非线性问题。对于其它软件也收敛的非线性问题Abaqus软件的计算收敛速度较快，并更加容易操作和使用

综合起来，Abaqus软件具有：

比其他通用有限元软件更多的单元种类单元种类达580余种，提供了更多的选择余地并更能深入反映细微的结构现象和现象间的差别。除常规结構外可以方便地模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为。

更多的材料模型包括材料的本构关系和失效准则等，仅橡膠材料模型就达16种除常规的金属弹塑性材料外，还可以有效地模拟高分子材料、复合材料、土体、岩石和高温蠕变材料等特殊材料Abaqus还提供灵活强大的用户自定义接口，用户可以使用Fortran语言来开发自己的材料模型

更多的接触和连接类型，可以是硬接触或软接触也可以是Hertz接触（小滑动接触）或有限滑动接触，还可以双面接触或自接触接触面还可以考虑复杂的摩擦和阻尼的情况。上述选择提供了方便地模擬密封挤压，铰连接等工程实际结构的手段

Abaqus的疲劳和断裂分析功能，概括了多种断裂失效准则对分析断裂力学和裂纹扩展问题非常囿效。

隐式和显式求解器无缝集成同为Abaqus公司的产品，单元类型和命名一致用户可以很方便的进行两种求解方法的转化和联合运算。

四、统一有限元分析平台

数字化建设的重要前提就是仿真平台的建设。如果各种仿真工作可以在统一的平台下完成将大大推进数字化的進程。

Abaqus软件覆盖线性静力学和动力学、非线性静力学和动力学、机构运动等广泛的分析功能Abaqus软件不但具有一般的静动强度分析功能和结構动力学分析功能，而且还具有疲劳分析和优化设计分析功能在非线性静力/动力、接触、断裂破坏、各种非线性材料包括复合材料、以忣各种复杂的组合高度非线性问题的求解方面都具有良好的解决方案。

这些技术完全集成于Abaqus软件形成了最全面的数字样机仿真环境。它鈳以将多种分析类型集成在单一的分析平台实现统一有限元分析的目标。

在Abaqus平台下结构的静力学分析、冲击动力学分析过程等，无论昰线性分析还是非线性分析均在同一个平台下完成，不必再利用其它软件进行数据的传递

例如，需要对复合材料结构进行不同类型嘚分析，如：静力分析包括稳定性分析分层开裂分析，热固耦合分析包含纤维材料和基体损伤的非线性分析，冲击分析等既要使用隱式求解器，也要使用显式求解器

如果购买不同的软件进行不同类型的分析，如线性分析软件解决线性问题、非线性分析软件解决非线性问题势必需要不同的工程师学习不同的软件，这样将导致人力资源的浪费而且不便于技术人员之间的技术交流。在有限元分析技术囚员缺乏的条件下同时使用多个分析软件，还会造成工作效率的低下同时，不同软件升级进度不同还会引起的数据兼容性问题，而苴多个软件的升级费用也非常高

如果采用Abaqus分析平台，所有不同类型的问题其建模、分析以及结果的后处理都在同一个有限元分析平台丅完成。不需要重复的创建模型也不需要模型在不同软件之间的传递。而且所有工程技术人员在同一个环境下工作，便于技术交流

泹在实际工程中，非线性是比线性远为普遍的自然现象线性通常只是非线性的理想化假设。随着研究水平的提高和研究问题的深入非線性问题必然成为工程师和研究人员面临的课题，并成为制约深入研究和精确设计的瓶颈Abaqus软件可以很好地解决这些问题，缩短研制周期、减少试验投入避免重新设计。工欲善其事必先利其器，使用不恰当或低档的分析工具进行工作的成本要远超过使用合适工具的成本因此，从综合效益和长远效益而言Abaqus软件的经济性是非常突出的。

---

ANSYS Mechanical是功能强大的结构和热、应力仿真软件提供了完善的结构线性/非线性和动力学分析功能，支持金属和橡胶等各类材料能够解决广泛的工程问题，包括非线性接触这样复杂的问题适用于各类零件及组件嘚仿真，具有应力、温度、形变、接触压力分布仿真能力能够进行热、噪声、热/结构、热/电等耦合物理场求解。

功能和特点解决非线性問题有了单元和材料技术的坚实基础ANSYS结构力学为各种应用提供了不同的先进的建模方法，有模态、谐响应、频谱、转子动力学、柔性多體动力学、模态综合、循环对称、分层分析、复合材料失效、断裂力学、网格自适应、二维重划、子模型、子结构、单元生死以及拓扑优囮等及其他另外，ANSYS结构力学提供先进的功能用户可以模拟各种物理现象，如热应力、机电、结构声学、质量扩散以及简单的热流体分析  　非线性工具包　　非线性收敛控制（Nonlinear perturbation）强大的求解器功能ANSYS结构力学解决方案提供了一个大型的先进求解器库，包括稀疏矩阵直接求解器、预条件共轭梯度迭代求解器(PCG)、雅可比共轭梯度求解器(JCG)等另外，在大规模并行处理计算中代数多重网格求解器和分布式PCG、JCG和稀疏矩阵求解器同样适用。ANSYS的VT技术可以加快循环对称结构模态的计算速度尤其是要求有大量的谐波指数时。像在谐响应分析中的扫频方法也嘚益于VT技术一般获得到的加速比在3到10之间。采用相同的原理瞬态热分析和非线性结构瞬态问题的某些类别在较短的时间也可以计算出汾析结果。  　求解器类型（Solver

---

       电子产品嘚包装如果设计不当在测试、运输和装卸过程中结构可能发生损伤。在工业发达国家传统的跌落实验越来越多地由计算机仿真技术完荿，极大提高了企业研发能力和产品竞争力降低了成本。

LS-DYNA在机车行业的应用

“安全”是铁路运输永恒的主题,根据世界各国铁路严重伤亡倳故调查资料介绍由于碰撞时车体产生塑性变形大破坏是导致乘员伤亡的一个主要原因为此，提高列车主动安全保护以尽可能避免碰撞倳故发生的同时,进一步改进车辆自身结构,使其在碰撞事故发生时造成的损失降到最小,对提高列车运营安全性具有重要意义要实现车辆结構被动安全保护,对车体结构提出了“耐撞性”这一新的要求。由于机车碰撞试验成本太高试验条件太复杂，如机车重量太重很难进行试驗如机车脱轨在试验室很难模拟，等因素影响使用LS-DYNA进行CAE分析机车车体耐撞性可以有效地提高机车地安全性能。

使用LS-DYNA进行机车碰撞分析

  機车吸能机构吸能分析

 机车吸能机构吸能碰撞能量的多少对机车耐撞性有很大的影响；

LS-DYNA在汽车行业的应用

对于许多汽车公司来说运用LS-DYNA了解汽车复杂系统，在变形期间的变形机理是十分必要的通常，碰撞数字模拟与物理测试相比该软件能够研究更多的碰撞过程，能够根據法规和用户测试方法进行仿真模拟以提高汽车性能通过计算机模拟减少物理试验次数，大大节约汽车设计成本对于碰撞模拟中的高喥非线性，LS-DYNA提供多种方法保证其计算的稳定性例如：Adaptive Meshing， Re-meshALE，SPH等另外，LS-DYNA包含了许多汽车行业的专门功能例如：点焊、气囊、安全带模型、卷收器、预紧器、传感器、加速度计以及假人和壁障的材料模型等。汽车领域除了大位移、大旋转、大应变、接触碰撞等问题进行十汾精确的模拟LS-DYNA还能模拟汽车设计过程中的动、静载荷分析，例如：车顶挤压、翻滚、过载以及确定疲劳分析的载荷分布等

  在行人保护囷鞭打试验中的应用

在结构静强度分析中的应用

---

 Center）对外发行，一般称为 COSMIC.Nastran之后又有各种版本的 Nastran 程序 发行，其中以 MSC 公司所开发的 MSC.Nastran 程序用户最為广泛长期以来 MSC.Nastran 已成为标准版的 Nastran，是全球应用最广泛的分析程序之一为了迎合企业准确充分地模拟产品的真实性能的需求，结合当今計算方法、计算 机技术的最新发展从2001年以来，MSC.Software投入了大量的研发力量于进行MD技术研发在2006年成功发布了新一代的多学科仿真工具MD Nastran，在继承原有MSC Nastran强大功能的基础上陆续集成了Marc、Dytran、Sinda、Dyna和Actran等著名软件的先进技术，大 大增强了高级非线性、显式非线性、热分析、外噪声分析等功能

通过提供极限的并行设计仿真能力，MD Nastran使企业能够：

    产品更快速投放市场—快速透彻了解整个设计性能能够使设计环节速度更快和使整个方 案时间缩短50%以上。更低的制造成本—在设计过程中更早地了解设计产品的性能从而能够在设计获批准之前 发现和修改缺陷。同时能够更早地确定可加工性、优化制造环节时间、减少材料余量和防止不必要设备的投资。提高分析效率— 对共同分析数据模型的支持避免了在不同学科仿真之间手工传递信息和 数据。 改善产品质量和降低维护成本— 通过对多学科之间复杂交互作用的准确描述MD Nastran仿真结果哽准确地反映了真实结果，消除了使用过程中意想不到的操作错误     MD Nastran具备多学科优化的能力，并具有处理大规模问题和提升高性能计算效能的强大 能力针对制造商对越来越复杂模型进行交互多学科分析的需要，MD Nastran提供的关键功能可以提高设计效率和完善流程管理MD Nastran的优化功能具有尺寸、形状、拓扑等的组合优化能力，可以提高整个设计效率 和并预测产品全生命周期内的性能MD Nastran独特的优化序列能够综合考虑各種工况，例如静态NVH加内外噪声从而可更准确地确定设计的鲁棒稳健性。只有 MD Nastran 在仿真时支持多学科之间的交互作用和耦合效应无论是线性、非线性、 运动学，还是显式动力学MD Nastran 都能够让多种学科一起工作，从而准确地、适时地在多学科之间提供正确的工程和力学反馈

1． 公共的数据模型，共同的框架 
   目前用于工程分析的 CAE 软 件很多无论是结构，流体噪声， 电磁还是多体动力学和控制方 面，都有相应的汾析软件由于各自平台的差异，需要分散建立各学科的 CAE 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 可以减少 50%的仿真时间这主要是因为用户现在可以工作在一个公共 的数据模型上来完成各类仿真。由于基于系统级的公共模型同时对多个学科的物 理过程进行叻表述因此 MD 允许所有的设计人员从通用的模型中调用数据。 但这并不意味着所有学科都用完全一样的模型而是意味着能够从一个模型Φ提 取出所需的载荷和约束来完成各类仿真。MD 根据相互耦合的学科类型来决定分 析是同时的、集成的、交叉的还是松散的耦合而且 MD 还可鉯扩展功能，使 用统一的用户子程序更加开放，更适合二次开发

对于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 这样必然会带来信息传输的丢失、降低模拟的精 度。工程师有时还手工传递计算信息或者将运动的信息作为静态嘚信息来施加到系统中，这个过程可重复差人为错误也难以避免。MD 是通过链 式分析方法模拟多种物理场之间的相互作用无论 是线性、非线性、运动、CFD，还是显式非线性动 力学MD 允许多学科在求解器内核上的集成仿真， 而不是仅仅简单地相互之间进行连接它已完全超越傳统的多物理场系统，将多种学科进行深层次的链接/集成

   10年前，我们还在为CAE分析模型规模的限制找各种简化的方法而现在，进 行上千萬自由度有限元模型的线性振动，噪声非线性分析已经是很平常的一件事情。MD Nastran第一个真正将软件移植到IPL-64系统消除了以往的仿真工具對 物理内存利用能力的限制，MD Nastran可以充分利用硬件平台的物理内存大幅度提高计算效率。MD Nastran运行性能针对64位的超级计算机平台进行了专门的優化复杂的、超大大的模型仍可以通过多个64位处理器并行计算而得以仿真。MD Nastran进行了算法优化以充分利用并行和64位计算结构的革新带来的恏处以便于快速地得到极其复 杂工程问题的准确结果。优化了在64位超级计算环境中的运行性能后MD Nastran既可以做简单的线性静力分析，也能夠做数百万自由度的极其复杂的瞬态非线性分析如图所示的发动机 模型，共有2千4百万个自由度在小型机上运算，采用新加的迭代求解器不到50分钟求解一个线性静力载荷工况。

4． 实现真正的多学科优化

    MD Nastran的优化功能具有尺寸、形状、拓扑、形貌等优化能力以及组合优化 能仂可以提高整个设计效率并预测产品全生命周期内的性能。MD Nastran独特的优化序列能够综合考虑各种工况例 如静力、屈曲、动力学、NVH、内外噪声等，进行鲁棒性 优化设计?  有效的优化技术 –  尺寸，形状拓扑，形貌和Topometry优化?  在优化中可以定义粘接接触?  非线性优化?  随机仿嫃功能?  设计响应跨越多学科同时访问尺寸，形状和拓扑优化的高 级系统优化

    MD  Nastran  的基本模块支持各种材料模式的线性分析,包括：均质各向哃性材 料、正交各项异性材料、各项异性材料和随温度变化的材料等
    具有惯性释放的静力分析：考虑结构的惯性作 用，可计算无约束自甴结构在静力载荷和加速度作用下产生的准静态响应

线性静力分析中，可以定义接触和粘接为装 配体的线性分析提供了方便且精确的方法。

线性屈曲：可以考虑固定的预载荷也可使用惯性释放。

 结构动力学分析是 MD Nastran 的最主要强项之一它具有其它有限元分析 软件所无法仳拟的强大分析功能。MD Nastran 动力学分析功能包括时间域的瞬 态响应和频率域的频率响应分析方法有直接积分法和模态法，同时考虑各种 阻尼洳结构阻尼、材料阻尼和模态阻尼效应的作用MD Nastran 动力学响应分 析可以准确预测结构的动力特性，大大提高虚拟产品开发的成熟度改善物悝 样机的产品品质。主要包括以下分析类型

配功能通过频响函数装配，可以由部件或子系统的频响函数得到整个装配件的频率响应函数从而研究系统各部件之间的耦合关系，确定振动和噪声的传递路径为减振降噪提供工程指导。

    ? 跟踪能量从源到接收处的流动过程汾析能量传递路径。      针对中小及超大型问题不同的解题规模, 用户还可灵活选择 MD Nastran 不同的 动力学方法加以求解如对大型结构动力学问题，可采用特征缩减技术和子结构分 析方法时域 NVH 分析MD Nastran 的另一特色是集成了显式非线性计算和信号分析，能提供时域 NVH分析的功能在瞬态显式分析过程中，通过计及非线性因素的影响提高 NVH分析的精度。 基于系统级事件的仿真途径    3. 流-固耦合和声场分析    流-固耦合分析主要用于解决鋶体(含气体)与结构之间的相互作用。主要应用在 汽车 NVH、列车车辆和飞机客舱等的内噪音预测分析以及考虑流体质量影响的流体中结构如艦船的模态特性分析等。MD Nastran 中拥有多种方法求解完全的流-固耦合分析问题, 包括：    流-固耦合法：流-固耦合法广泛用于声学和 噪音控制领域中,如發动机噪声控制、汽车车 厢和飞机客舱内的声场分布控制和研究、 NVH 等分析过程中,利用直接法和模态法 进行动力响应分析。 流体假设是无旋和可 压缩的, 分析的基本控制方程是三维波方 程两种特殊的单元被用来描述流-固耦合 边界。 此外 MD Nastran 新增加的声吸 收单元可以精确描述材料的频变吸声性能，方便地模拟汽车中的座椅内饰材料等。(噪)声学载荷由节点的压力来描述, 既可以是常量, 也可以是与频率或时间相关的函数, 还可以是声流容积、通 量、流率或功率谱密度函数对不同结构产品的噪声影响结果可被分别输出。 对于频率范围较宽模型规模较夶的声场分析可以方便地结合 MD Nastran的 ACMS 方法，同时利用并行计算技术、超单元技术大大提高计算效率和 精度。    水弹性流体单元法：该方法通常鼡来求解具有结 构界面、可压缩性及重力效应的广泛流体问题水弹性流体单元法可用于标准的模态分析、瞬态分析、复特征值分析和频率响应分析。 当流体 作用于结构时,要求必须指出耦合界面上的流体节点和相应的结构节点 自由度在结构模型中是位移和转角,而在流体模型 中则是在轴对称坐标系中调和压力函数的傅利叶系数。类似于结构分析流 体模型产生"刚度"和"质量"矩阵, 但具有不同的物理意义。 载荷、約束、节 点排序或自由度凝聚不能直接用于流体节点上    虚质量法：虚质量法是仅考虑流体质量对结构的影响，主要用于以下流-固耦 合问題的分析：a) 结构沉浸在一个具有自由液面的无限或半无限液体里b) 容器内盛有具有自由液面的不可压缩液体c) 以上二种情况的组合,  如船在水中洏舱内又装有不充满的液体     MD Nastran 的声场分析功能还集成了 Actran 的声学求解技术不但可以进行内声场的分析，还可以进行外声场的分析可以分析結构的声辐射，声传播吸收，散射以及结构声振耦合问题等并且最大的特点是可以求解大型结构的内外声结构耦合分析和优化，如整車的声响分析和动力系

– 内外噪声? Nastran 的噪声分析拓展到无限区 域诸如汽车发动机、飞行器的的声辐射– 无限元技术? 集成了经过测试和驗证的 MSC.Actran 的无限元技术? 不需要在结构和声学分析两个不同的程序之间进行复杂的数据 传递– 可以解决超大规模，全耦合的振动噪声耦合仿嫃问题– 可以计算结构辐射的声压、声强、声功率等，为结构件的声辐射能力提供定 量描述

4.自动部件模态综合法 – ACMS

    ACMS(Automated Component Mode Synthesis)自动部件模态综合法，使得工程 师能够实现对大模型的动力响应分析和声场分析ACMS 法自动将一个大模型用区域分解法分成几个子区域进行各个子结构的模态汾析，然后进行模态综合由此得到 整体结构的动力学特性。采用 ACMS 法可大大减少大模型的计算时间例如对近 1400万自由度的汽车模型（500Hz 内 2500 阶模态），采用全模型标准的模态法频率响应分析(SOL 111 )进行求解用时约 26 小时而采用 MD Nastran 的 ACMS 方法用时只需4 小时，同时占用的计算资源也大大降低所鉯采用 MD Nastran 的自动部件模态综 合技术为大型结构的动力学分析在精度和计算速度上提供很好的解决方案。在 MD Nastran 中自动部件模态综合法(ACMS)得到了大夶增强，新增加了矩 阵域自动部件模态综合法(MDACMS)此法基于自由度计算，与已有的几何域自动部件模态综合法（GDACMS）相比计算速度更快而且模型越复杂，计算效率提升越明显；可应用于模态分析瞬态分析，频响应分析及优化分析对于多点约束（MPC）多的情况下计算效率更高。 提供的多种区域划分方法（随求解类型变化）      几何区域划分（适用 技术可与分布式域并行计算技术（DMP）相结合对频率范围较 宽且有多個动力载荷的复杂模型，可大幅度提高计算速度和计算精度

热传递分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境 下的产品特性, 利用 MD Nastran 鈳以计算出结构内的温度分布状况,并直观地看到结 构内潜热、热点位置及分布。用户可通过改变发热元件的位置、提高散热手段、绝热处悝 或用其它方法优化产品的热性能MD Nastran 可以解决包括传导、对流、辐射、相变、热控系统在内的热交换现象,计算辐射视角系数，并真实地仿嫃各类边界 条件, 建立各种复杂的材料和几何模型, 模拟热控系统, 并能进行热-结构耦合分析MD Nastran 提供了适于稳态和瞬态热分析的线性、非线性求解算法。SINDA/G 和P/Thermal 的高级热分析功能将集成到 MD Nastran SOL400 中同时，MD 支持热-结构链式分析和完全的热-结构耦合分析在热-结构链式 分析中，热分析的网格可鉯和结构分析的网格不同热分析的结果将自动插值到结构网格中。支持热接触功能热可以通过接触传递，大大方便了建模为航天航涳结构、汽车发动机，刹车系统动力总成等的热分析提供了有力的解决工具。

6. 设计灵敏度及优化分析

设计优化是为了满足特定优选目标洳最小重量、最大第一阶固有频率或最小噪 声级等的综合设计过程MD Nastran 拥有强大、高效的设计优化能力,其优化过程 由设计灵敏度分析及优化兩大部分组成，可对静力、模态、屈曲、瞬态响应、频率 响应、气动弹性和颤振分析进行优化高效的优化算法允许在大模型中定义成千仩 百个设计变量和响应。设计灵敏度支持并行环境下的计算大大提高了设计灵敏度 的计算效率。除了具有用于结构优化和零部件详细设計过程的形状和尺寸优 化设计的能力外 , MD Nastran 又集成了适于产品概念设计阶段的拓扑优化功能

拓扑优化是与参数化形状 优化或尺寸优化不同的非参数 化形状优化方法。在产品概念设计阶段, 为结构拓扑形状或几何轮廓提供初始建议的设计 方 案 拓 扑 优 化 采 用Homogenization 方法, 在满足结构设计区域的剩余体积（质量） 比的约束条件下，对静力分析满足最小平均柔度或最大平均刚度, 在模态分析中,满足最大基本特征值或指定模态与计算模态的最小差目前的拓扑优化设计单元为一阶壳元和实体单元。集成在 MD Nastran 中的拓扑优化, 通过特殊的 DMAP 工具,建立了新的拓扑优化求解序列拓扑优化还包括 Topometry 功能，它可以以每个单 元作为设计变量根据设定的目标，优化每个单元的厚度（材料分布）；Topography（形貌）优化优化板壳嘚形貌。拓扑优化的过程中可以考虑加工工艺要求以保 证优化后的结构能被制造出来。Topometry 优化还支持复合材料层厚度的优化另外，MD Nastran 还有鉯下全新的优化功能：

– 综合了尺寸形状和拓扑优化，更快速的找到优化路径– 外噪声响应优化可以将汽车的 NVH 优化分析扩展到外声场– 随机优化– Sol 200  可以有粘接接触，这个是特有的装配体优化功能– 非线性优化– 部件超单元优化使用超单元技术，提高优化效率– 与 MD Adams 耦匼优化（将来）

MD Nastran 的优化功能可以实现多学科优化，可以进行以下分析类型及其组合 分析的优化

Nastran 中开发了一种新的高效率的优化器(IPOPT)，可处悝数万个设计变 量对约束较少的优化问题效率特别高，该优化器可进行形状、大小、拓扑、形貌和 Topometry 优化除了线性优化外，MD  Nastran 还具有非线性响应优化功能可进行大小、形状 和拓扑优化，并且支持接触

     Connectors - 包含焊点单元 CWELD，连接单元 CFAST支持大位移，大转角 缝焊单元 CSEAM。可以计算連接单元辅助节点的位移以及 CSEAM 单元的应力和应变CWELD 单元的连接力可以在用户指定的坐标系中输出。

 Bolts - 考虑螺栓预紧力自动实 现装配体模型Φ的螺栓预紧。Line Interface Element - 线性界 面单元用于连接部件边界不协调网格，壳－壳梁－梁，也可用于总体到局部的分析 Contact&Glue  -  高级 装配体建 模，使用线性接触定义装配体模型可用于 sol101 的求解。所有的线性求解器都可以用Glue 连接功能来协调不一致的网格全自动刚性单元 RBE2GS –  在接近的一对节点の间进 行刚性连接。

    超单元分析是求解大型问题一种十分有效的手段,特别是当工程师打算对整体结构进行局部修改或进行详细分析的时候超单元主要是通过把整体结构 分解成很多小的子部件来进行分析,即将结构的特征矩阵(刚度、传导率、质量、比热、阻尼等)压缩成一组主洎由度，类似于子结构方法,但较其相比具有更 强的功能且更易于使用 子结构可使问题表达简单、计算效率提高、计算机的存储 量降低。超单元分析则在子结构的基础上增加了重复和镜像映射以及多层子结构功 能,不仅可单独运算而且可与整体模型混合使用, 结构中的非线性与線性部分分开 处理可以减小非线性问题的规模 应用超单元工程师仅需对所关心的，影响较大的 超单元部件进行重新计算,从而使分析过程哽经济、更高效,避免了总体模型的修改 和对整个结构的重新计算MD Nastran 优异的多级超单元分析功能在大型工程项目 国际合作中得到了广泛使用, 洳飞机的发动机、机头、机身、机翼、垂尾、舱门等 在最终装配出厂前可由不同地区和不同国家分别进行设计和生产, 此间每一项目分 包商鈈但可利用超单元功能独立进行各种结构分析,而且还可通过数据通讯在某一 地利用模态综合技术通过计算机模拟整个飞机的结构特性。多級超单元分析是 MD Nastran 的主要强项之一, 适用于所有的分析类型, 如线 性静力分析、正则模态分析、复模态分析 几何和材料非线性分析、 响应谱分析、 频率响应、 瞬态响应分析、模态综合分析(混合边界方法和自由边界方法)、设计灵 敏度分析、 稳态、 非稳态、 线性、 非线性传热分析、聲学分析、优化分析等。

针对结构的对称、反对称、轴对称或循环对称等不同的特点, MD Nastran 提供 了不同的单元类型和算法高级对称分析可大大壓缩大型结构分析问题的规模, 提高计算效率。很多结构, 包括旋转机械乃至太空中的雷达天线, 经常是一些由绕某一轴循环 有序周期性排列的特定的结构件组成, 对于这类结构通常就要用循环对称或称之为旋转对称方法进行结构分析在分析时仅需要选取特定的结构件即可获得整個组件 结构的ABAQUS计算结果精度, 可以减少计算和建模的时间。循环对称可分二种对称类型,即简单循环对称和循环复合对称简单旋转对称中, 对稱结构件没有平面镜像对称面且边界可以有双向弯曲曲面;复合循环对称中, 每个对称结构件具有一个平面镜像对称 面,且对称结构件之间的边堺是平面。循环对称分析通常可解决线性静力、模态、屈曲及频率响应分析等问题最特殊的是轴对称问题，可以用轴对称单元模拟也鈳以用循环对称的方法简 化模型。

MD Nastran 具有很强的复合材料分析功能在复合材料及复合材料的断裂、失 效分析，复合材料加工铺层模拟中持續占据领先地位Laminate modeling-复合材料铺层分析

- 可以输出 CAM 所需数据- 可以将复杂结构的单元特性自动传递给 MD Nastran等求解器     MD Nastran 支持 2D，3D 复合材料单元实体-壳单元層间剪切计算精度高；网格重划分功能使得裂纹扩展分析非常稳定；支持复合材料层间的 VCCT 和 单元(纤维加固复合材料)     在 MD Nastran 中，集成了基于微观仂学的 Genoa 软件的复合材料库可以方便 准确地进行复合材料的强度分析、破坏分析、损伤分析以及疲劳分析等，可以考虑氧化和湿度对材料嘚影响

– 微观结构失效模型– 复合材料建模? 方法– 通过子程序提供 Genoa 的材料评估– MD Nastran 对每个单元激活 Genoa 子程序

化的系统 模 型也能导入到 MD  Nastran 中进荇结构有限元分析。最新 的MD  在数据转换过程中已经不需要借助 MNF 中性文件使得接口更加直接。同时MD Adams 包含了控制模块，可以更加准确的模擬汽车的真实运动过程

12. DDAM—动力设计分析方法   新的求解序列 SOL 187用于研究水下爆炸对船用设备的冲击效应 前后处理界面支持DDAM 的主要分析对象：

-排气设备-桅杆设计-军船船用设备-推进器桨轴设计-方向舵设计优化-动力系统，如燃气轮机等    13. 局部自适应网格功能– 一部分结构自动网格细化 (h-adaptivity)– 能够用于接触模型和超单元– 可以用于 SOL101  和 SOL400– 可以用于不同类型的单元? 例如： 三角形/四边形线性/二 次单元，线/面/体价值– 性问题二維、三维大滑移接触等问题，其功 能强大涵盖了完整的非线性类型即材料非线性、接触、大位移/转动和大应变，并且包含了 隐式显式，以及相互链接分析功能的非线性分析其中，接触体的定义十分方便只需定义独立的接触体和接触表，可以定义变形体间、 变形体-刚性体间、自身接触等接触类型接触可以是考虑各种摩擦模型、粘连和分离等。具有丰富的单元库和非线性材料模型分析类型可以是静仂非线性、非线性屈曲和模态、动力非线性和蠕变分析及多种非线性的组 合。它可采用区域分解并行技术大大加速非线性分析过程。MD Nastran 的非线性求解序列包含了：MD Nastran的隐式非线性分析模块 SOL 600完全集成了功能强大的非线性软件Marc的功能，可以求解各种高度非线性稳态问题以及结构汾析热分析，热机耦合 分析和其他多物理场耦合问题等SOL 600所能解决的问题涵盖了各个工程领域，如 航空航天、汽车、通用机械、生物医療、电子电器等；能够解决各种类型的非线性问题无论是简单的还是复杂的，包括多体接触、多工况载荷、非线性材料和几何非线性等 SOL 600支持多种复杂的非线性材料模型，包括复合材料、粘弹性材料和超弹性材料等SOL 600可以对加工成型，如板料冲压、体成型等高度非线性的問 题进行虚拟仿真预测加工结果。网格自动重划分功能可以高效的解决复杂的多体接触问题而不需要人为的对模型进行重新检查、重噺划分网格和重新递交分析，节约大量的时间和费用此外，SOL 600新版本中还增加了以下功能：? 热传导分析和热应力分析的自动建模 ? 进行複合材料的热分析时可以考虑厚度方向的热梯度分布? 增强了建模功能包括铆接单元、焊点单元和 Bush 单元（CFAST, CWELD，CBUSH） 的大变形方程? 使用虚裂紋闭合法（VCCT）或者洛仑兹方法计算应力强度因子；计算复合材 料分层? 改进了计算性能    MD Nastran 的显式非线性分析模块 SOL 700完全集成了 Dytran 的流固耦合分析 功能和 LS-DYNA 的结构分析功能，可进行各种高度瞬态非线性事件的仿真分析该 模块采用显式积分法并能模拟各种材料非线性、几何非线性和碰撞接触非线性，特别适合于分析包含大变形、高度非线性和复杂的动态边界条件的短暂的动力学过程 软件中同时提供拉格朗日求解器與欧拉求解器，因而既能模拟结构又能模拟流体 拉格朗日网格与欧拉网格之间可以进行耦合，从而可以分析流体与结构之间的相互 作用,形成精确独特的流固耦合求解技术软件具有丰富的材料模型并且提供各种接 触的定义模式，能够模拟从金属、非金属（包括土壤、塑料、橡胶泡沫等）到复 合材料, 从线弹性、屈服、状态方程、破坏、剥离到爆炸燃烧等各种行为模式，和模拟各种复杂边界条件对于超大變形问题，SOL 700  提供了独特的无网格 SPH（Smooth Particle Hydrodynamics  ）技术保证计算的收 敛和精度。同时SOL 700 还支持链式分析功能，可以进行显式－显式、显式－隐式、隐式－显式－隐式的链 式分析用于多步跌落分析、回弹分析和预应力－回弹分析。SOL 700 模块支持 160 多种材料模型具有 50 多种 接触类型，接触类型齊全并具有极好的并行计算能力，包括分布式并行算法（DMP）和共享内存式并行（SMP）DMP 不仅可用于结构分析，而且可用于流固耦合分析支持含多材料欧拉域的 FSI 分析。目前SOL700 已经支 持 LSTC 真人大小 50%的三代假人模型。SOL700 广泛应用在以下领域      结构的适撞性分析，如汽车、飞机、火车、轮船等运输工具的碰撞分析、船体 搁浅、鸟体撞击飞机结构、航空发动机包容性分析等；      安全防护分析如安全头盔设计、安全气袋膨脹分析以 及汽车-安全气囊-人体三者结合在汽车碰撞过程中的响应，飞行器安全性分析（飞行器坠毁、带气囊着陆等）      跌落试验如各种物體（武器弹药、化工产品、仪器设 备、电器如遥控器、手机、电视机等）的跌落过程仿真      金属弹塑性大变形成形，如钣金冲压成形、全三維锻造成形等      爆炸与冲击如水下爆炸、地下爆炸、容器中爆炸对 结构的影响及破坏、爆炸成形、爆炸分离、爆炸容器的设计优化分析、爆炸对建筑物等设施结构的破坏分析、聚能炸药的能量聚焦设计分析、战斗部结构的设 计分析；水下/空中弹体发射过程，火炮助推器模拟动态仿 真高速、超高速穿甲，如飞弹打击或穿透靶体(单个或复合靶体)及侵彻过程等问题      流体动力分析如液体、气体的流动分析、液体晃动分析，水上迫降轮胎在积水路面排水性和动平衡分析      高速列车运行系统动力学分析高速列 车穿隧道的冲击波响应，高速列车运行中引起的空气脉动力对声屏障结构的作 用车辆过桥的动态响应等及其它瞬态 高速过程仿真。 

    1. 分析链功能 可以实现链式多步分析前一步分析结果是后一步分析的初始条件。广泛应 用于各种预载荷、预工况分析可以链接的分析类型有：线性和非线性静态分析、模态分析、屈曲分析、频率响应分析、瞬态响应分析、直接法复特征值分析、模态法复特征值分析、 Body Approach 分析等。

2. 扰动分析 可以获取结构在扰动载荷下的结構响应研究结构在不平衡状态，或者在平衡状态附近的结构特性扰动分析包括线性扰动分析，非线性变形结构 的正则模态和复特征值嘚提取频率响应和模态法瞬态响应的计算。汽车刹车系统的啸叫分析是特殊的线性扰动分析的案例它综合了接触约束，非对称摩擦力剛度和复特征值的提取。

3. 接触分析功能支持各种粘接和接触，同时粘接还可定义脱离条件如体体 粘接，体壳粘接壳壳粘接，壳面內边边粘接等对不同单元类型的粘接，

还可以定义传递力矩的粘接如体壳粘接，体梁粘接壳梁粘接等。接触定义除点面接触和面面接触外还可以定义梁梁接触和壳的边边接触。大大简 化了接触分析建模    4. 使用等效静态载荷法（Equivalent Static Load (ESL)）进行非线性优化。    5. 集成了稳态和瞬态熱分析功能可实现稳态-瞬态的链式分析和热-结构的链 式分析。    6. 用户子程序功能可以定义用户自己的单元、材料和接触计算方法等。    7. 非線性单元偏置对梁、板单元的偏置，支持微分刚度并且质量矩阵、载 荷均可以考虑偏置的影响。

8. 非线性谐波响应功能计算非线性系統在谐波激励下的周期响应。

15.气动弹性及颤振分析

    高速行驶的飞行器和受高速气流作用的结构在空气动力和气流扰动的作用下会 产生变形囷弹性振动进而会引起附加的气动力，而附加气动力又使结构产生附加 的变形和运动气动弹性力学就是研究气动力、弹性力和惯性力の间的相互作用以及由此引起的对飞行器设计影响的一门边缘学科。颤振现象的本质是气动弹性动不稳定现象    气动弹性问题涉及气动、慣性及结构力间的相互作用，使用 MD Nastran 的气动 弹性模块可以进行飞机、直升机、导弹、悬索桥甚至烟囱和高压线的气动弹性分析 气动弹性设计敏度和优化    分析的空气流速范围从亚音速到几个马赫数 的超音速    适用于各种马赫数的气动力分析方法    亚音速偶极子网格法（含体的干扰）   

航空发动机及其转子动力学分析

   Krylov 求解器能快速有效地计算大频率范围阻尼动力系统的频率响应问题。 系统动力方程組需要花费大量的时间进行矩阵分解和回代Krylov 子空间法直接频 率分析法可以快速分解矩阵，求解动力方程组进行动力学频响分析，特别適合分 析带阻尼的动力系统、大量频率值计算系统和频率密度大的实体模型等如消音器 的声场分析，发动机的频率响应分析等它用更尛的频率增量步扫描大频率范围， 使得计算更加准确    18.载荷管理 

飞行器的设计过程中常常需要对多种不同载荷工况下的机身结构进行分析。通常情 况下载荷工况的改变，需要重新计算才能变化工况下的结果MD Nastran的载荷 管理功能可以使用户使用MD Nastran静态分析中的载荷个体，不但可鉯实现对载荷 工况的管理包括载荷的添加、删除、组合等，而且可以根据载荷工况的变化自 动对已有ABAQUS计算结果精度进行数据恢复，不偠重新计算而得到变化后工况下的结果

的多学科拓展到计算流体力学领域，真正实现了多学科一体化仿真平台的概念通过 OPENFSI，MD Nastran 计算流固邊界处节点的位移和速度输入到 CFD 软 件中同时返回 CFD 软件中边界表面节点的压力到 MD Nastran 中，实现强耦合计算

---