MSC.Patran

Общая характеристика
Основные особенности MSC.Patran
Геометрическое моделирование
Конечно-элементное моделирование
Анализ результатов

Общая характеристика

MSC.Patran - интерактивный программный продукт с открытой архитектурой, обеспечивающий интеграцию автоматизированных систем проектирования, моделирования, анализа и оценки результатов расчетов. Использование MSC.Patran в комбинации с другими программными продуктами компании MSC.Software позволяет достичь наибольшей эффективности в оценке работоспособности и оптимальности конструкции изделий при их разработке, производстве и эксплуатации еще до того, как начнутся изготовление и испытания опытных образцов.

MSC.Patran располагает развитыми средствами генерации конечно-элементных сеток, что придает этому процессу недостижимые ранее гибкость и степень автоматизации. Нагрузочные и граничные условия могут быть увязаны как с геометрическими, так и с конечно-элементными категориями. Развитые средства визуализации (в том числе, изоповерхности) помогают ускорить и повысить качество анализа полученных результатов расчета.

Управляемый графический интерфейс MSC.Patran и интерактивная справочная система обеспечивают высокую эффективность и удобство работы с программным продуктом.

Программа MSC.Patran располагает языком Patran Command Language (PCL), позволяющим адаптировать функции и интерфейс программного продукта к конкретным требованиям пользователя.

При использовании MSC.Patran основой создаваемой конечно-элементной системы является, как правило, геометрическая модель, для чего MSC.Patran предоставляет прямой доступ к результатам геометрического моделирования в наиболее популярных в мире программных пакетах автоматизированного проектирования. Программа MSC.Patran располагает также собственные обширные возможности создания и модифицирования геометрических моделей, контроля CAD-геометрии и преобразования ее перед построением конечно-элементной модели.

При подготовке конечно-элементной модели для задания свойств материалов может быть использована электронная информационная система MSC.Mvision, к которой у MSC.Patran имеется прямой интерфейс.

MSC.Patran используется не только для работы с расчетными системами компании MSC.Software, он на высоком уровне интегрируется и с системами анализа многих мировых фирм. Программные модули-интерфейсы для многих программ - "решателей" можно заказать в MSC.Software, предлагают их и независимые фирмы-разработчики.

Наряду с функциями разработки конечно-элементных моделей и анализа результатов, MSC.Patran имеет также "внутренние" эффективные средства анализа тепловых процессов и гидравлических цепей (MSC.Patran Thermal), проектирования композиционных конструкций (MSC.Patran Laminate Modeler) и систему управления процессом выполнения заданий (MSC.Patran Analysis Manager).

MSC.Patran - это:

• Прямой доступ к CAD-геометрии
• Интеграция с системами анализа как компании MSC, так и третьих фирм
• Графический интерфейс на основе стандарта OSF Motif
• Интерактивная, контекстная помощь в режиме "On-line"
• Язык программирования Patran Command Language (PCL) для создания специальных функций и для интеграции собственных программных разработок в среду MSC.Patran
• "Управляемая" генерация 1-, 2- и 3-мерных сеток
• Приложение нагрузок, граничных условий, свойств материалов и элементов непосредственно к геометрическим примитивам
• Определение графическим способом и визуальное отображение переменных нагрузок и температурно-зависимых свойств материалов
• Мощные возможности анализа результатов расчетов, включая использование цветовой и векторной индикации, изоповерхностей, линий "тока", анимации, построения графиков
• Возможности создания и модификации геометрических моделей
• Эффективная цветная графика
• Организация многопользовательского использования средствами сетевого лицензирования
• Автоматическая запись в специальный файл всех выполненных команд с возможностью его повторного использования (например, в целях параметрических исследований)
• Совместимость данных, записанных в "нейтральном" формате с предшествующими версиями MSC.Patran
• Прямой доступ к базе данных по свойствам материалов MSC.Mvision

Основные особенности MSC.Patran

Графический интерфейс пользователя

• Совместимость со стандартом OSF Motif
• Полноэкранная система меню
• Возможность прерывать выполнение команд
• Ввод данных посредством мыши и клавиатуры
• Возможность выбора методами "drag-box" и "polygon"
• Возможность идентификации примитивов по номерам и путем указания на экране
• Возможность перенумерации примитивов
• Возможность доступа к любой функции MSC.Patran в любое время
• Возможность настройки меню для его наибольшей "дружественности" конкретному пользователю

Интерактивная система помощи

• Постоянная доступность помощи
• Контекстная навигация в документации

Геометрическое моделирование

• Исчерпывающий набор команд для создания и модификации геометрических моделей
• Набор базовых примитивов, включающий ограниченные поверхности, трехпараметрические твердые тела, объемы и солиды
• Разнообразные опции для создания геометрии: перемещение, вращение, масштабирование, отражение, скольжение, экстракция, скругление, экструзия перемещением и вращением, декомпозиция, пересечение, протягивание, проектирование и многие другие
• Возможность объединения нескольких поверхностей (включая перекрывающиеся, не соприкасающиеся и с отверстиями) в одну ограниченную поверхность для последующего построения на ней сетки
• Возможность объединения нескольких кривых в одну кривую
• Возможность создания геометрии путем серии преобразований
• Возможность определения локальных систем координат (в том числе декартовых, цилиндрических, сферических) с любым расположением и ориентацией
• Возможность вычисления массо-инерционных характеристик геометрических и конечно-элементных моделей

Прямой доступ к CAD-геометрии

• Прямой интерфейс к программам
• CATIA
• Unigraphics
• CADDS 5
• EUCLID 3
• Pro/ENGINEER
• Передаются все составляющие CAD-модели, включая точки, линии, кривые, поверхности и твердые тела
• После передачи геометрия CAD-модели остается в исходной математической формулировке
• Возможен импорт данных формате IGES (геометрические примитивы: точки, линии, кривые, поверхности; конечно-элементные примитивы: узлы, элементы)
• Возможен экспорт данных формате IGES (геометрические примитивы: точки, линии, кривые, поверхности, твердые тела; конечно-элементные примитивы: узлы, элементы, системы координат)
• Совместимость с данными в формате ACIS

Конечно-элементное моделирование

• Автоматическое построение "поверхностных" сеток
• Генерация "нерегулярных" сеток на поверхности
• Определение пользователем размера элементов "глобально" или для отдельной области
• Автоматическое "улучшение" сетки после первоначальной ее генерации гарантирует высокое качество построения модели
• Контроль качества сетки включает проверку ее "кривизны"
• Усовершенствованный алгоритм обеспечивает построение "хороших" элементов на границах поверхностей и в других "важных" областях
• Применение алгоритма генерации сетки p-элементов обеспечивает уменьшение их количества и оптимизацию процесса расчета
• Автоматическое построение "объемных" сеток
• Генерация "нерегулярных" сеток в объемах
• Построение трехмерных сеток в "произвольных" объемах
• Широкие возможности управления плотностью сетки, включая зависимость ее от кривизны геометрического примитива
• Усовершенствованный алгоритм обеспечивает построение "хороших" элементов, примыкающих к граням и в других "важных" областях
• Построение "регулярных" сеток
• Построение одно-, двух- и трехмерных сеток
• Развитая система опций процедуры генерации сетки:
• равномерная сетка;
• неравномерная сетка (в одном, двух, трех направлениях);
• генерация сетки в "переходных" областях;
• предварительная "разметка" границ сетки
• Генерация сетки с указанием размеров одно-, двух- и трехмерных элементов
• Управление "улучшением" сетки
• Построение "поверхностной" сетки между двумя кривыми
• Создание сеток "вытягиванием"
• Построение одно-, двух, трехмерных элементов на основе элементов более низкой размерности
• Методы "вытягивания":
• вдоль дуги;
• по радиусу от оси;
• вдоль вектора;
• по радиусу от центра;
• вдоль кривой "скольжения";
• вдоль кривой "скольжения" и кривой "ориентации";
• по нормали к поверхности;
• в меридиональном направлении сферы с заданными центром и осью вращения;
• перемещением узлов по траекториям, определяемым заданными уравнениями
• Построение "объемной" сетки между существующими оболочечными сетками с четырехугольными элементами
• Общие характеристики сеток
• Широкий набор элементов 1-го, 2-го и 3-го порядков

• Набор специальных элементов:
• сосредоточенная масса;
• пружина;
• демпфер;
• "жесткость" закрепления;
• "списки степеней свободы" (Degree-of-Freedom Lists);
• межузловые связи (взаимное ограничение степеней свободы)
• Автоматическая генерация элементов высокого порядка с промежуточными узлами
• Копирование и модификация элементов перемещением, вращением, отражением, масштабированием
• Модификация элементов и узлов:
• коррекция пространственного положения, замена, добавление, удаление, "разрезание" (элементов), переопределение индивидуально или в группе;
• модификации (локальные или глобальные) без изменения твердотельной геометрии
• Генерация различных сеток в зависимости от вида проводимого расчета
• Возможность создания совпадающих узлов для элементов "нулевой" длины ("gap" - зазор, "slide line" - линия скольжения)
• Автоматическое слияние совпадающих узлов:
• контроль расстояния;
• индивидуальный отбор узлов, отбор по принадлежности к группе, региону, отбор всех узлов модели;
• проверка элементов на возможность "исчезновения" в случае слияния узлов;
• предварительное обозначение подлежащих слиянию узлов;
• возможность запретить слияние узлов (группы узлов)
• Полный контроль пользователя над нумерацией узлов и элементов
• Контроль характеристик всей модели на соответствие предъявляемым требованиям:
• отношение длин сторон, неплоскостность, "трапецевидность" элементов, несовпадение направлений нормалей сопряженных оболочечных элементов;
• проверка характеристик оболочечных элементов высокого порядка;
• проверка якобиана для большинства типов элементов;
• визуализация на экране свойств элементов, материалов и граничных условий;
• графическая идентификация всех элементов со свободными ребрами и гранями
• Возможность оптимизации алгоритма решения:
• компоновка и/или перенумерация узлов и элементов;
• использование алгоритмов Cuthill-McKee и Gibbs-Poole-Stockmeyer
• Возможность ассоциативности сетки с точками, кривыми, поверхностями или объемными телами, в том числе, если сетка была создана не на базе этих геометрических примитивов
• Возможность генерации сетки с помощью групповых преобразований
• Возможность выполнять проекции узлов на плоскость, поверхность, кривую

Интеграция с ведущими системами инженерного анализа:

• MSC.Patran интегрируется с:
• MSC.Nastran
• MSC.Dytran
• MSC.Marc
• ABAQUS
• ANSYS
• LS-DYNA3D
• Pam-CRASH
• SAMCEF
• SINDA (с использованием MSC.Patran Thermal)
• STAR-CD
• FLUENT
• Тип приложения (программы-решателя) определяет вид формы для задания параметров расчетной модели:
• нагрузок
• граничных условий
• свойств элементов
• свойств материалов
• межузловых связей
• вида расчета и его параметров
• Возможность обмена информацией в формате "нейтрального" файла (MSC.Patran Neutral File Preference)
• Полная интеграция с программным обеспечением третьих фирм, поддерживающим формат MSC.Patran Neutral File
• Интерфейс к дополнительным "внутренним" функциям MSC.Patran
• Структурный линейный анализ
• Структурный нелинейный анализ
• Анализ тепловых процессов
• Анализ усталости (долговечности)
• Система управления процессом выполнения заданий
• Структурная оптимизация
• Развитые средства анимации

Задание характеристик расчетной модели

• Нагрузки и граничные условия
• Возможность назначений параметров для геометрических примитивов и конечно-элементной сетки:
• распределенно;
• сосредоточенно в точке;
• вдоль ребра;
• на плоскости, внутри цилиндра или сферы;
• на поверхности;
• внутри твердого тела
• Широкий набор типов нагрузок и закреплений:
• сила и момент силы;
• давление и сила тяги, распределенная по поверхности;
• вынужденное перемещение;
• температура;
• источник тепловой энергии (в точке, на поверхности или в объеме);
• конвекционный теплообмен;
• теплообмен излучением
• Специальные математические формы для задания переменных нагрузок
• Возможность интерполяции результатов между различными конечно-элементными сетками ("тепловыми" и "структурными")
• Возможность подготовки проведения расчета с различными вариантами нагружения и закрепления модели
• Свойства материалов и элементов
• Поддержка различных опций свойств материалов:
• изотропный, ортотропный, анизотропный, композитный, термически изотропный, термически ортотропный и термически анизотропный материалы;
• пространственное распределение плотности и ориентации свойств материалов
• Свойства материалов могут непосредственно ассоциироваться с геометрическими примитивами
• Возможность синтеза свойств композитных материалов:
• симметричные и несимметричные слоистые материалы;
• модель материала Halpin-Tsai;
• коротковолокнистые (Short-fiber) композиты
• Возможность задания напряженно-, деформационно-, температуро- и частотно-зависимых свойств материалов
• Информация о свойствах материалов может быть непосредственно получена из базы данных MSC.Mvision
• Свойства элементов могут задаваться до 96 параметрами
• Все свойства (материалов, элементов) могут кодироваться и отображаться на экране различными цветами

Анализ результатов

Анализ результатов расчетов

• Широкий набор опций для отображения результатов:
• закрашивание ("непрерывное" и "дискретное");
• индикация компонентов напряжений и компонентов деформаций;
• изоповерхности;
• линии "тока";
• поверхности "тока";
• численная индикация;
• построение графиков;
• указание пороговых значений
• Неограниченное количество цветовых палитр для анализа результатов
• Настройка цветовой палитры для анализа результатов:
• автоматически;
• вручную;
• по максимуму / по минимуму или по обоим значениям
• Опции отображения результатов:
• вычисленное значение в центре элемента или в узле;
• вычисленное значение в узле только на видимой стороне поверхности;
• вычисленное значение только для указанных узлов и элементов
• Широкие возможности управления выводимой на экран текстовой информацией о результатах расчета
• Возможность анимации результатов расчета переходных процессов
• Различные опции анимации деформации:
• "проволочная" геометрия или с удалением невидимых линий;
• автоматически или определяемое пользователем значение масштабного фактора деформации;
• анимация модальных форм;
• анимация деформаций;
• анимация с закрашиванием и без закрашивания
• Отображение результатов для балочных элементов с помощью эпюр:
• до трех одновременно отображаемых эпюр;
• численное значение результата для каждого сечения балочного элемента может быть вычислено и отображено на экране;
• в качестве аргумента для эпюр могут выступать другие результаты, глобальная переменная
• Опции, помогающие расшифровать полученные результаты:
• вывод полученных значений в выбранных узлах и элементах;
• определение минимума и максимума полученного значения;
• вывод результатов для указанных плоскостей;
• использование цветовых палитр с различными цветами;
• вывод численных значений на экран
• Могут быть получены "твердые" копии всех видов и графиков

Визуализация

• Опции управления выводом графических результатов
• Опции управления выводом текстовой информации на экран
• Анимация результатов (цвет, трансформация формы изображения)
• Широкий набор средств отображения результатов расчетов для балочных элементов
• Широкий набор вспомогательных средств для расшифровки полученных результатов
• Широкие возможности для построения графиков полученных в результате расчета зависимостей
• Возможность получения "твердых" копий результатов

Макроязык Patran Command Language (PCL)

• Строчная структура утверждений языка
• Библиотека компилируемых команд языка
• Широкий набор форм для настройки графического интерфейса
• Возможность рекурсивного обращения к подпрограммам и функциям
• Группировка функций по классам
• Логические выражения:
• IF, THEN, ELSE;
• SWITCH, CASE, DEFAULT;
• BREAK, CONTINUE
• Циклы:
• REPEAT, UNTIL;
• WHILE, END WHILE;
• FOR, TO, BY, END FOR;
• LIST, END LIST
• Целые, действительные, логические и текстовые переменные и константы
• Массивы переменных любого типа
• Возможности создания пользователем опций меню для выполнения требуемых функций, созданных на языке PCL
• Возможности поиска ошибок, в том числе возможность трассировки программы