Femap with NX Nastran

制造商：Siemens Digital Industries Software 西门子数字工业软件

Femap with NX Nastran是西门子PLM软件家族的高级有限元分析软件，由前后处理器Femap和解算器NX Nastran组成。结构分析软件Nastran是世界上最为著名的有限元求解程序，也是船舶行业中主流的有限元分析软件，而Femap作为高端有限元前后处理器，能够深层次高质量的支持NX Nastran。NX Nastran与Femap的结合具有强大的结构分析功能，能够很好的满足线性静力分析、模态分析、屈曲分析和基本非线性分析等功能需求。

　　一、NX Nastran功能模块：

　　Femap with NX Nastran 基本模块中的功能包括线性和静态分析、自然模态分析、屈曲分析、基本非线性分析以及热传递分析。此外， Femap 的 NX Nastran 还包括附加的动态分析选项 — 包括瞬变 / 动态分析、频率 / 谐波响应分析、响应频谱、随机响应 DDAM （动态设计分析方法） — 以及高级非线性分析、气动弹性分析、超单元分析、更优化分析、转子动力分析以及 DMAP （直接矩阵提取编程）等。

　　产品配置为基本模块提供了很多功能，并实现了极好的灵活性和可扩展性，可扩展至高级的分析类别，能够处理最为棘手的工程问题。

　　二、NX Nastran的优势：

　　1、极高的软件可靠性——有着超过45年的开发和改进历史。

　　2、优秀的软件品质——用NASTRAN的计算结果作为标准代替其他质量规范。

　　3、作为工业标准的输入/输出格式——其他CAD/CAM系统都竞相开发了其与NASTRAN的直接接口。

　　4、强大的软件功能——单元类型和分析功能。

　　5、高度灵活的开放式结构——通过模块选择，组合；开发工具DMAP语言。

　　6、无限的解题能力——对于解题的自由度数，带宽或波前没有任何限制。

　　NX Nastran简介：

　　• 源于美国国家航空航天局 (NASA)的结构分析软件Nastran经过40年的发展已经成为世界上最为著名的有限元求解程序，拥有最为广泛的用户群，其解算结果和数据格式已经成为CAE行业标准。

　　• 博览达提供的NX Nastran是经美国政府认证的两个商业版Nastran之一，现正广泛用于美国工业界及NASA各研究所。NX Nastran是由西门子/UGS PLM Software 研发、维护的全球标准Nastran，产品主要包括Professional Package、Dynamics Package、TMG Thermal Package、Server Package四个标准包及配选的功能模块。博览达合理的价格及坚强的技术团队让每个CAE工程师都能使用全功能的Nastran圆满地完成分析、仿真任务。

　　Femap－超强的Nastran前后处理器

　　Femap作为高性价比的高端有限元前后处理器，从1985年开发至今，已经有20多年的历史。

　　其前后处理能力强大，主要特点包括：

　　– 基于Windows界面风格，易学易用且功能强大。

　　– 以行业标准Parasolid为基础，支持目前的主流CAD

　　如CATIA、UG、Pro/Engineer、Solid Edge以及Solidworks等软件输出文件。

　　– 对20多种CAE求解器提供深层次和高质量的支持，包括NX Nastran、MSC.Nastran、MD Nastran、ANSYS、ABAQUS、TMG以及LS-DYNA等。

　　– 客户化定制功能强大。功能全面、面向对象、基于OLE/COM的编程API，完全集成的Visual Basic 开发环境

　　– 高级后处理工具支持动态切削平面、动态等势面、节点力、流线等。

　　一、主要模块及功能介绍：

　　NX Nastran Basic（基本模块）

　　NX Nastran基本模块是NX Nastran的一个核心子集，包括一套 强健的线性静力学、模态、屈曲分析和基本非线性等功能。其分析功能包括：

　　– 线性静力分析（包括惯性释放）

　　– 正则模态

　　– 屈曲分析

　　– 模型检查

　　– 复合材料分析

　　– 传热

　　– 基本非线性分析

　　Optimization（优化）

　　NX Nastran的优化过程由设计灵敏度分析及优化两大部分组成，设计灵敏度分析用于评估设计变动对结构的影响程度。有效的优化 算法允许在大模型中存在上百个设计优化变量和响应。设计灵敏度和优化分析支持的分析类型包括：

　　– 静力分析

　　– 模态以及屈曲分析

　　– 瞬态响应、频率响应

　　– 气动弹性和颤振分析

　　Superelements（超单元）

　　超单元模块在求解超大的复杂有限元模型时具有关键的作用，它可将大型结构分解为较小的同等子结构集合，这些子结构称为超单元。该模块可用于所有NX Nastran 分析功能，在大型的完整系统分析中特别高效，例如整架飞机、车辆或者轮船；同时该模块可执行增量或者部分装配求解，大大提高了运算效率。

　　Dynamic Response（动力响应）

　　动力响应模块可在时间和频率领域内评价产品性能。结构动力学分析是Nastran的更强项

　　之一，方法有直接积分法和模态法，可考虑各种阻尼（如结构阻尼、材料阻尼和模态阻尼）效应的作用。

　　主要分析类型有：

　　– 频率响应分析

　　– 瞬态响应分析

　　– 随机振动响应分析

　　– 冲击谱响应分析

　　Aeroelasticity（气弹分析）

　　气弹分析模块可预测产品结构性能在风场中的动力稳定性和动态 响应，气动弹性问题涉及气动、惯性及结构力间的相互作用，可以进行飞机、导弹、悬索桥、电视发射塔甚至烟囱和高压线的气动弹性分析和设计。气动弹性分析功能主要包括：

　　– 静态及动态气弹响应分析

　　– 结构颤振分析

　　– 气动弹性设计灵敏度和优化

　　– 亚音速和超音速分析

　　Advanced Nonlinear（高级非线性）

　　高级非线性模块集成了世界更先进的ADINA解算技术，包括 隐式求解器Sol 601和显式求

　　解器Sol 701，支持分析类型包括：

　　– 材料非线性，例如

　　1. 垫圈(Gasket)材料、超弹性材料

　　2. 粘弹性材料、弹塑性材料

　　– 几何非线性，接触问题，例如面接触、自接触等

　　Rotor Dynamics（转子动力学分析）

　　转子动力学分析主要解决旋转机械的动力设计，振动分析，故障诊 断等问题。它的主要任

　　务是：预计临界转速，预计转子不平衡引起的同步振动响应，预计开始失稳的门坎转速以及转子在加速或减速过程中的瞬态响应。NX Nastran转子动力学是基于SOL110（复模态）实现的，支持非对称转子分析，可分析航空发动机、压缩机、离心机、汽轮机、涡轮机和泵等旋转机械转子系统的陀螺力矩和动力学特性。

　　DMAP

　　DMAP (直接矩阵提取程序)是NX Nastran高效的二次开发语言，已有30多年历史。DMAP主要功能包括：

　　– 帮助用户改变或直接产生新的求解序列,实现矩阵的合并、分离、增加、删除， 或将矩阵输出到有限元后处理、 机构分析以及测试相关性等一些外部程序中。

　　– 用户可利用DMAP编写用户化程序,操作数据库流程。

　　Enhanced Parallel Processing（增强的并行计算性能）

　　NX Nastran包含强大的并行计算求解功能，大大提高了在求解超大模型时的效率。NX Nastran不仅支持共享内存式单机多CPU并行SMP；同时也支持分布式多机多CPU并行DMP，可用于工作站集群，尤其特别地，其独特的HDMP支持模型同时按几何和频率范围进行分割，极大地提高计算效率。

　　TMG Thermal（TMG热分析）

　　TMG Thermal包含了解决大多数通用工程问题所需的静态和瞬态热力 分析功能，包括传

　　导、对流、辐射和相位变化的建模与分析。TMG Thermal 提供了一套完整的热力边界条件和求解程序控制，以及一套供装配件使用的功能强大的热力建模工具。

　　TMG Advanced Thermal（TMG高级热分析）

　　TMG Advanced Thermal中增加了许多高级热力和流体流动分析功能，包括管流分析建

　　模、强迫对流分析。此外，它还提供广泛的高级工具，用于分析高级辐射和航天器模型，模拟包含太阳和行星的环境热、轨道、镜面反射和光影追踪与铰接的相对运动结构等。它同样支持高级求解特征，如用户编写的子程序、模型简化、子结构以及与其他工业软件的接口。

　　TMG Flow（TMG流分析）

　　TMG Flow提供一套综合的三维计算流体动力学（CFD）解决方案。TMG Flow使用高效

　　的基于单元的有限体积法求解程序，计算静态和瞬态 应用中的三维流体速度、温度和压力。当它与TMG Thermal组合使用时，可以解决范围广泛的多种物理问题，这些问题涉及流体流动和热传导，低速与高速的可压缩或不可压流动等。

　　Other New Features（其他新功能）

　　NX Nastran还提供了一些其他新功能，举例如下：

　　– 胶合功能可轻松实现非协调网格的连接并适用于所有的分析类型；

　　– 面面接触功能可解决线性静态分析中的接触问题；

　　– 运用预紧力螺栓可实现带螺栓预载荷的装配体模态和应力分析；

　　– 新迭代算法可快速提高以体单元为主的大型模型的求解速度。