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MD Nastran
MSC 推出了多學科（MD）分析技術，大大減少仿真分析與實際工作環境之間的差距，確保準確模擬真實的世界，MD技術是MSC.Software公司企業級解決方案的核心和基礎，MSC.Software的企業仿真方案使用詳細的數字產品模型模擬并驗證產品各個方面的性能、制定和跟蹤嚴格的設計目標、溝通協調產品開發，從而使產品創新和質量提高到一個具競爭力的新水平。
在今天多樣化激烈競爭的市場環境中，企業需要在短的時間內設計和驗證產品性能，將好的產品以很快的速度投放市場。企業設計研發部門所使用的傳統的工程分析方法是利用點分析工具，近似地模擬產品在現實環境中的行為，但是通常情況下，產品的性能總是受到多種物理環境的同時影響，用戶使用單一分析工具往往不能準確充分地模擬產品的真實性能。為了解決這個問題，進一步提升產品的競爭力，從而使企業更好的適應市場需求，MSC推出了多學科（MD）分析技術，大大減少仿真分析與實際工作環境之間的差距，確保準確模擬真實的世界，MD技術是MSC.Software公司企業級解決方案的核心和基礎，MSC.Software的企業仿真方案使用詳細的數字產品模型模擬并驗證產品各個方面的性能、制定和跟蹤嚴格的設計目標、溝通協調產品開發，從而使產品創新和質量提高到一個具競爭力的新水平。
什么是 MD Nastran
Nastran 是美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，簡稱 NASA，又稱美國宇航局）為適應各種工程分析問題而開發的多用途有限元分析程序。這個系統稱為 NASA Structural Analysis System，命名為Nastran。
20世紀60年代初，美國宇航局為登月需要，決定使用有限元法開發大型結構分析系統，并能在當時所有大型計算機上運行。MacNeal-Scherndler Corporation（即MSC公司）是開發小組主要成員。Nastran程序早在1969年通過COSMIC（Computer Software Management and Information Center）對外發行，一般稱為COSMIC.Nastran。之后又有各種版本的Nastran程序發行，其中以MSC公司所開發的MSC.Nastran程序用戶廣泛應用。長期以來MSC.Nastran已成為標準版的Nastran，是全球應用廣泛的分析程序之一。為了迎合企業準確充分地模擬產品的真實性能的需求，結合當今計算方法、計算機技術的發展，從2001年以來，MSC.Software投入了大量的研發力量于進行MD技術研發，在2006年成功發布了新一代的多學科仿真工具MD Nastran，在繼承原有MSC Nastran強大功能的基礎上，陸續集成了Marc、Dytran、Sinda、Dyna和Actran等知名軟件的先進技術，大大增強了非線性、顯式非線性、熱分析、外噪聲分析等功能。
通過提供極限的并行設計仿真能力，MD Nastran使企業能夠：
? 產品更快速投放市場—快速透徹了解整個設計性能，能夠使設計環節速度更快和使整個方案時間縮短50%以上。
? 更低的制造成本—在設計過程中更早地了解設計產品的性能，從而能夠在設計獲批準之前發現和修改缺陷。同時，能夠更早地確定可加工性、優化制造環節時間、減少材料余量和防止不必要設備的投資。
? 提高分析效率——對共同分析數據模型的支持，避免了在不同學科仿真之間手工傳遞信息和數據。
? 改善產品質量和降低維護成本——通過對多學科之間復雜交互作用的準確描述，MD Nastran仿真結果更準確地反映了真實結果，消除了使用過程中意想不到的操作錯誤。
MD Nastran具備多學科優化的能力，并具有處理大規模問題和提升高性能計算效能的強大能力。針對制造商對越來越復雜模型進行交互多學科分析的需要，MD Nastran提供的關鍵功能可以提高設計效率和完善流程管理。
MD Nastran的優化功能具有尺寸、形狀、拓撲等的組合優化能力，可以提高整個設計效率和并預測產品全生命周期內的性能。MD Nastran獨特的優化序列能夠綜合考慮各種工況，例如靜態NVH加內外噪聲，從而可更準確地確定設計的魯棒穩健性。
只有MD Nastran在仿真時支持多學科之間的交互作用和耦合效應。無論是線性、非線性、運動學，還是顯式動力學，MDNastran都能夠讓多種學科一起工作，從而準確地、適時地在多學科之間提供正確的工程和力學反饋。
MD Nastran 軟件功能
基本功能
MD Nastran 的基本模塊支持各種材料模式的線性分析,包括：均質各向同性材料、正交各向異性材料、各向異性材料和隨溫度變化的材料等。
? 具有慣性釋放的靜力分析：
考慮結構的慣性作用，可計算無約束自由結構在靜力載荷和加速度作用下產生的準靜態響應
? 線性靜力分析中，可以定義接觸和粘接，為裝配體的線性分析提供了方便且準確的方法。
? 線性屈曲：可以考慮固定的預載荷，也可使用慣性釋放。
? 正則模態分析
動力學分析
結構動力學分析是MD Nastran的主要強項之一，它具有其它有限元分析軟件所無法比擬的強大分析功能。MD Nastran動力學分析功能包括時間域的瞬態響應和頻率域的頻率響應分析，方法有直接積分法和模態法，同時考慮各種阻尼如結構阻尼、材料阻尼和模態阻尼效應的作用。MD Nastran 動力學響應分析可以準確預測結構的動力特性，大大提高虛擬產品開發的成熟度，改善物理樣機的產品品質。主要包括以下分析類型
? 正則模態和復特征值分析
? 非線性模態（即預應力模態）分析
? 頻率響應分析
? 瞬態響應分析
? 強迫運動分析
? 隨機振動分析
? 沖擊譜和譜響應分析
? 動力靈敏度和優化分析
? 部件頻響應函數分析 (FRF)
? 基于頻響應函數的裝配分析
MD Nastran不但可以求解部件和裝配件的頻率響應函數，而且具有頻響函數裝配功能，通過頻響函數裝配，可以由部件或子系統的頻響函數得到整個裝配件的頻率響應函數，從而研究系統各部件之間的耦合關系，確定振動和噪聲的傳遞路徑，為減振降噪提供工程指導。
FRF/FBA/TPA（NVH全新的算法）
頻響函數(FRF)
? 在指定頻率單位載荷下的響應
? 不同的激勵頻率有不同的響應
? 是激勵頻率的函數
基于FRF的裝配 (FBA)
? 裝配每一個部件的 FRF 得到系統級的頻響函數
? 也稱為基于FRF的子結構(FBS)
傳遞路徑分析(TPA)
?跟蹤能量從源到接收處的流動過程，分析能量傳遞路徑。
針對中小及超大型問題不同的解題規模,用戶還可靈活選擇MD Nastran不同的動力學方法加以求解，如對大型結構動力學問題，可采用特征縮減技術和子結構分析方法。時域NVH分析。
MD Nastran的另一特色是集成了顯式非線性計算和信號分析，能提供時域NVH分析的功能。在瞬態顯式分析過程中，通過計及非線性因素的影響，提高NVH分析的精度。基于系統級事件的仿真途徑。
流-固耦合和聲場分析
流-固耦合分析主要用于解決流體(含氣體)與結構之間的相互作用。主要應用在汽車NVH、列車車輛和飛機客艙等的內噪音預測分析，以及考慮流體質量影響的流體中結構如艦船的模態特性分析等。MD Nastran 中擁有多種方法求解完全的流——固耦合分析問題,包括：
? 流-固耦合法：流-固耦合法廣泛用于聲學和噪音控制領域中,如發動機噪聲控制、汽車車廂和飛機客艙內的聲場分布控制和研究、NVH等。分析過程中,利用直接法和模態法進行動力響應分析。流體假設是無旋和可壓縮的, 分析的基本控制方程是三維波方程，兩種特殊的單元被用來描述流——固耦合邊界。此外，MD Nastran新增加的聲吸收單元可以準確描述材料的頻變吸聲性能，方便地模擬汽車中的座椅，內飾材料等。(噪)聲學載荷由節點的壓力來描述,既可以是常量,也可以是與頻率或時間相關的函數,還可以是聲流容積、通量、流率或功率譜密度函數。對不同結構產品的噪聲影響結果可被分別輸出。對于頻率范圍較寬，模型規模較大的聲場分析可以方便地結合MD Nastran的ACMS方法，同時利用并行計算技術、超單元技術，大大提高計算效率和精度。
? 水彈性流體單元法：該方法通常用來求解具有結構界面、可壓縮性及重力效應的廣泛流體問題。水彈性流體單元法可用于標準的模態分析、瞬態分析、復特征值分析和頻率響應分析。當流體作用于結構時,要求指出耦合界面上的流體節點和相應的結構節點。自由度在結構模型中是位移和轉角,而在流體模型中則是在軸對稱坐標系中調和壓力函數的傅利葉系數。類似于結構分析，流體模型產生"剛度"和"質量"矩陣,但具有不同的物理意義。載荷、約束、節點排序或自由度凝聚不能直接用于流體節點上。
? 虛質量法：虛質量法是僅考慮流體質量對結構的影響，主要用于以下流——固耦合問題的分析：
a) 結構沉浸在一個具有自由液面的無限或半無限液體里
b) 容器內盛有具有自由液面的不可壓縮液體
c) 以上二種情況的組合,如船在水中而艙內又裝有不充滿的液體
MD Nastran的聲場分析功能還集成了Actran的聲學求解技術，不但可以進行內聲場的分析，還可以進行外聲場的分析。可以分析結構的聲輻射，聲傳播，吸收，散射以及結構聲振耦合問題等。并且更大的特點是可以求解大型結構的內外聲結構耦合分析和優化，如整車的聲響分析和動力系統的聲輻射。
- 內外噪聲
? Nastran的噪聲分析拓展到無限區域，諸如汽車發動機、飛行器的的聲輻射- 無限元技術
? 集成了經過測試和驗證的MSC.Actran的無限元技術
? 不需要在結構和聲學分析兩個不同的程序之間進行復雜的數據傳遞
- 可以解決超大規模，全耦合的振動噪聲耦合仿真問題。
- 可以計算結構輻射的聲壓、聲強、聲功率等，為結構件的聲輻射能力提供定量描述。
自動部件模態綜合法 -ACMS
ACMS(Automated Component Mode Synthesis)自動部件模 態綜合法，使得工程師能夠實現對大模型的動力響應分析和聲 場分析，ACMS 法自動將一個大模型用區域分解法分成幾個子 區域進行各個子結構的模態分析，然后進行模態綜合，由此得 到整體結構的動力學特性。采用 ACMS 法可大大減少大模型的計算時間，例如對近1400萬自由度的汽車模型（500Hz內2500階模態），采用全模型標準的模態法頻率響應分析(SOL 111)進行求解用時約26小時，而采用MD Nastran的ACMS方法用時只需4小時，同時占用的計算資源也大大降低，所以采用 MD Nastran的自動部件模態綜合技術為大型結構的動力學分析在精度和計算速度上提供很好的解決方案。
在MD Nastran中，自動部件模態綜合法(ACMS)得到了大大增強，新增加了矩陣域自動部件模態綜合法(MDACMS)，此法基于自由度計算，與已有的幾何域自動部件模態綜合法（GDACMS）相比計算速度更快，而且模型越復雜，計算效率提升越明顯；可應用于模態分析，瞬態分析，頻響應分析及優化分析，對于多點約束（MPC）多的情況下計算效率更高。提供的多種區域劃分方法（隨求解類型變化）
? 幾何區域劃分（適用 SOL103,111,112,200）
? 頻率域劃分（適用 SOL 111, 200）
? 自由度域（適用 SOL 103,111,200）——新的缺省方法
? 幾何域與頻率域相結合(適用 SOL 111, 200)
? 矩陣域與頻率域相結合(適用 SOL 200)
應用于不同求解類型：
? MD Nastran動力分析(SOL103, 111, 112)
◆ MD Nastran聲學分析(SOL 108)
◆ MD Nastran設計優化(SOL 200)
◆ MD Nastran與ADAMS的集成
? 結構外部超單元技術
MD Nastran的ACMS技術可與分布式域并行計算技術（DMP）相結合，對頻率范圍較寬且有多個動力載荷的復雜模型，可大幅度提高計算速度和計算精度。
熱傳遞分析
熱傳遞分析通常用來校驗結構零件在熱邊界條件或熱環境下的產品特性,利用MD Nastran可以計算出結構內的溫度分布狀況,并直觀地看到結構內潛熱、熱點位置及分布。用戶可通過改變發熱元件的位置、提高散熱手段、絕熱處理或用其它方法優化產品的熱性能。
MD Nastran可以解決包括傳導、對流、輻射、相變、熱控系統在內的熱交換現象,計算輻射視角系數，并真實地仿真各類邊界條件,建立各種復雜的材料和幾何模型,模擬熱控系統,并能進行熱——結構耦合分析。
MD Nastran提供了穩態和瞬態熱分析的線性、非線性求解算法。SINDA/G和P/Thermal的熱分析功能將集成到MD Nastran SOL400中，同時，MD Nastran可以連接多種商業化的空間軌道熱分析軟件，如THERMICA, NEVADA, TSS,TRASYS和SINDARad等，在這些軟件中計算出來的輻射交換系數將自動傳遞MD Nastran中。MD Nastran還提供了9個穩態求解器和12個瞬態求解器，用戶可以指定求解器求解，同時支持雙精度計算。
MD Nastran支持熱結構鏈式分析和完全的熱結構耦合分析。在熱結構鏈式分析中，熱分析的網格可以和結構分析的網格不同，熱分析的結果將自動插值到結構網格中。支持熱接觸功能，熱可以通過接觸傳遞，大大方便了建模。為航天航空結構、汽車發動機、剎車系統、動力總成等的熱分析提供了有力的解決工具。
設計靈敏度及優化分析
設計優化是為了滿足特定優選目標如最小重量、最大第一階固有頻率或最小噪聲級等的綜合設計過程。MD Nastran擁有強大、快速的設計優化能力,其優化過程由設計靈敏度分析及優化兩大部分組成，可對靜力、模態、屈曲、瞬態響應、頻率響應、氣動彈性和顫振分析進行優化。快速的優化算法允許在大模型中定義成千上百個設計變量和響應。設計靈敏度支持并行環境下的計算，大大提高了設計靈敏度的計算效率。
除了具有用于結構優化和零部件詳細設計過程的形狀和尺寸優化設計的能力外, MD Nastran又集成了適于產品概念設計階段的拓撲優化功能。拓撲優化是與參數化形狀優化或尺寸優化不同的非參數化形狀優化方法。在產品概念設計階段,為結構拓撲形狀或幾何輪廓提供初始建議的設計方案。拓撲優化采用Homogenization方法,在滿足結構設計區域的剩余體積（質量）比的約束條件下，對靜力分析滿足最小平均柔度或最大平均剛度,在模態分析中,滿足最大基本特征值或指定模態與計算模態的最小差。目前的拓撲優化設計單元為一階殼元和實體單元。集成在MD Nastran中的拓撲優化,通過特殊的DMAP工具,建立了新的拓撲優化求解序列。拓撲優化還包括Topometry功能，它可以以每個單元作為設計變量，根據設定的目標，優化每個單元的厚度（材料分布）；Topography（形貌）優化，優化板殼的形貌。拓撲優化的過程中可以考慮加工工藝要求，以保證優化后的結構能被制造出來。Topometry優化還支持復合材料層厚度的優化。
另外，MD Nastran 還有以下全新的優化功能：
- 綜合了尺寸、形狀和拓撲優化，更快速的找到優化路徑
- 外噪聲響應優化，可以將汽車的NVH優化分析擴展到外聲場
- 隨機優化
- Sol 200可以有粘接接觸，是裝配體優化功能
- 非線性優化
- 部件超單元優化，使用超單元技術，提高優化效率
- 與MD Adams耦合優化（研發中）
MD Nastran的優化功能可以實現多學科優化，可以進行以下分析類型及其組合分析的優化。
? 靜力分析 (SOL 101)
? 模態分析 (SOL 103)
? 屈曲分析 (SOL 105)
? 直接法復特征值分析 (SOL 107)
? 直接法頻率響應分析 (SOL 108)*
? 模態法復特征值分析 (SOL 110)
? 模態法頻率響應分析 (SOL 111)*
? 模態法瞬態響應分析 (SOL 112)*
? 靜氣彈分析 (SOL 144)
? 顫振分析 (SOL 145)
凡是標?號的都可以進行噪聲優化。
企業簡介：
美國MSC軟件公司于九十年代進入中國，在CAE發展伊始就在努力推動CAE技術在中國的普及。其總公司美國MSC軟件公司成立于47年以前，并獲得了由美國航天局授予的原始契約，從而可以開展有限元分析（FEA）作知名軟件Nastran的商業化工作（美國航天局的結構分析）。MSC開創了眾多科技，現在各行各業正在依靠這些科技，進行行業分析，預測應力和應變，振動與動力學，聲學，以及在我們的旗艦產品MSC.Nastran中的熱分析。在公司悠久的歷史中，MSC已經開發或收購了其他很多知名的計算機輔助工程（CAE）技術應用，包括Patran，Adams，Marc，Dytran，SimDesigner，SimManager，資訊工程，EASY5，Sinda，和Fluid Connection等。我們正致力于新計算機輔助工程（CAE）工具和以及這些新產品所包含的技術的不斷發展，技術主要包括MD Nastran，MD Adams SimXpert，能夠集成獨立計算機輔助工程（CAE）工具的技術到統一的多學科的求解器和用戶環境中。這些“下一代”產品，因為包含多物理場和多學科互動，使工程師能夠改善他們的虛擬原型的準確性和可靠性。MSC也是把模擬延長至工程企業的計算機輔助工程（CAE）行業的先進企業。我們的客戶認識到，他們需要測量建立虛擬樣機和進行測試的益處，從而使工程和產品開發正規化，MSC提供了“模擬數據管理”（SDM）平臺，該平臺已經成功的應用在各行業中，包括汽車，航空航天，造船，電子等等。總部位于加利福尼亞州，圣安娜，MSC軟件公司在23個國家擁有超過1000名員工。
產品概覽：
MD Nastran功能強大、應用廣泛、通用的結構有限元分析軟件，進行結構強度、剛度、動力、隨機振動、頻譜響應、熱傳導、非線性、轉子動力學、參數及拓撲優化、氣動彈性等完整的仿真分析，是公認的業界標準。
Marc 功能齊全的非線性分析軟件，具有較強的結構分析能力。可以處理各種各種復雜的非線性問題-幾何非線性（大變形和大應變）、材料非線性和接觸非線性，其快速的并行計算能力能夠實現超大模型的非線性計算。
MSC Adams功能很強、應用廣泛的機械系統動力學仿真工具，Adams可用于建立復雜機械系統的“虛擬樣機”，在真實工作條件下真實地模擬所有運動，并且快速分析比較各種設計，直到獲得性價比高的設計方案，從而減少昂貴的物理樣機、提高產品設計水平，大幅縮短產品開發周期和開發成本。
Easy5主流的控制/多學科系統級虛擬樣機建模分析軟件，Easy5是一個基于圖形的用來對動態系統進行建模、分析和設計的軟件，其建模主要面向由微分方程、差分方程、代數方程及其方程組所描述的動態系統。模型直觀地由基本的功能性圖塊組裝而成，例如加法器、除法器，過濾器、積分器和特殊的系統級零件如閥、執行器、熱交換器、傳動裝置、離合器、發動機、氣體動力模型、飛行動力模型等多種零件。分析工具包括非線性分析、穩態分析、線性分析、控制系統設計數值分析和圖表等。源代碼自動生成以滿足實時性的要求。
Dytran高速瞬態非線性動力學和瞬態流固耦合通用仿真工具，特別適用于高度非線性的動態分析，包括結構對結構的接觸撞擊、材料流分析、以及流體-結構藕合分析。Dytran也適用于模擬撞擊破裂、鈑金成型、鍛造、安全氣囊充氣并與乘客的碰撞、船體撞擊毀損、飛機或葉片鳥擊分析、爆炸分析等，是集MSC公司兩個核心軟件MSC.DYNA和MSC.PISCES之大成，開高度非線性、流體-結構耦合、瞬態動力響應仿真商用軟件之先河的先進產品。
MSC Fatigue是MSC.Software公司與英國謝非爾德nCode國際公司（nCode International）緊密合作的基礎上發展起來的疲勞分析軟件。在產品設計階段使用MSC.Fatigue，可在設計制造過程之前進行疲勞分析，并為集成的壽命管理創造一個MCAE環境，真實地預測產品的壽命，很大地降低生產原型機和進行疲勞壽命測試所帶來的巨額開銷。MSC.Fatigue已經使世界眾多的知名公司和企業從中獲得巨大的經濟效益。涉及從空間站、飛機發動機到汽車、鐵路，從空調、洗衣機等家電產品到電子通訊系統，從艦船到石油化工，從內燃機、核能、電站設備到通用機械制造等各個領域。早期疲勞分析可提高產品的可靠性，增強客戶對產品性能的信心，同時也可減少售后保修維護等費用，避免產品招回等難以預計的嚴重后果。
Patran集成的并行框架有限元前后處理器，針對各種不同的設計分析，提供一個全開放性的CAE環境。Patran是世界公認很好的新一代前后處理系統，它結合了幾何造型整合、有限元素模型建立、以及仿真分析和結果評估能力，常被用來仿真產品的性能，并早在設計／制造實體模型測試前，即找出可能發生的問題并解決問題，提高產品的競爭力。
Sofy全球先進的有限元仿真流程自動化專家，是新一代有限元素的建模環境，也是進階的、自動的、直觀的建模工具，可以快速并有效率地建立、處理和管理巨大復雜的有限元素模型，系列模塊主要是針對解決有限元素仿真流程自動化的問題。除了提供先進的前后處理功能之外，也具有功能強大的專業模塊，在確保模型在高質量的基礎上，快速自動化建模流程。
FlightLoads擁有飛行載荷及氣動仿真系統，可直接滿足飛行器設計人員的需求,進行靜動氣彈分析，并獲得詳細結構設計和分析所需的準確外載荷數據
FEA&AFEA結構分析及前后處理軟件包，MSC.FEA是MSC.Patran和MSC.Nastran合成的一個軟件包，前后處理利用MSC.Patran，求解器為知名的結構分析軟件MSC.Nastran。MSC.AFEA是MSC.Patran和MSC.Marc合成的一個軟件包，兩者無縫集成，網絡浮動。前后處理利用MSC.Patran,求解器為知名的結構分析軟件MSC.Marc。分析功能齊全，界面操作方便，大大提高仿真效率。
Mvision的商品化的材料數據信息系統。
FluidConnection是理想的適用于自動實現CFD仿真流程的前處理環境，可大大提升產品研發的效率。它與現有的工程軟件一同工作（不是取代），并支持各種主流的CAD和CFD軟件。FluidConnection的創新性和突出價值在于抽象模型(Abstract Model)的理念和網格的自動劃分相結合，很大程度地降低了無效工作。抽象模型的創建和測試一般由CFD專家完成。軟件自動地將這些模型加載到CAD上，不需要分析專家的過多干預，也就是說，當通過CFD分析后CAD模型需要變化時，CAD設計師可以方便地進行操作。
MSC Sinda Sinda軟件原是美國Network Analysis,Inc公司的產品，是目前世界上權威的系統熱設計和熱分析軟件。它來源于美國航天工業，已有近四十年的研發歷史。主要用于溫度場和熱控制計算，是基于集總參數和熱阻—熱容節點網絡，采用有限差分數值方法設計開發的專業熱分析軟件，包括大量計算求解器、庫函數和開放式的用戶開發環境。20多年來，成功地解決了航天、汽車和電子學領域中的復雜的熱技術難題。該軟件自1982年起成為美國工業標準以來，已廣泛應用于全球數百家公司（包括美國NASA、Lockhood、Boeing、Chrysler和TRW等知名企業或部門），并于1996年進入中國。目前已成功地應用于我國載人航天工程和多顆衛星、載荷的熱設計。
SimEnterprise: MSC企業級解決方案。
SimXpert: 面向分析工程師的企業多學科仿真解決方案。
SimManager: 企業仿真管理，推進仿真持續改進。
SimDesigner: 面向設計工程師一元化多學科仿真環境。
