CAE系列软件介绍_MSC.Patran
2006年4月11日 14:11
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MSC.PATRAN最早由美国宇航局(NASA)倡导开发的, 是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理及分析系统， 其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化身和交互图形界面集于一身，构成一个完整CAE集成环境。 |
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集成化的工程分析系统 MSC.PATRAN可以帮助产品开发商实现从设计到制造全过程的产品性能仿真, 主要特点包括: 实用性 MSC.PATRAN的用户界面既容易使用又方便记忆。 这就意味着当有经验的使用者正专著于他们的问题而不是如何使用软件时, 那些新用户也可以很快成为熟练的使用者。 CAD模型的直接访问和几何建模 众多的公司为了节约宝贵的时间,减少重复建模,消除由此带来的不必要的错误, 而大量采用直接几何访问技术(DGA)直接从一些世界先导的CAD/CAM系统中抓取几何模型,甚至参数和特征。 此外, MSC.PATRAN还提供了完善的独立几何建模和编辑工具, 以使用户更灵活的完成模型准备。 ★ 智能化模型处理 MSC.PATRAN允许用户直接在几何模型上设定载荷、边界条件、材料和单元特性, 并将这些信息自动地转换成相关的有限元信息, 以最大限度地减少设计过程的时间消耗。 所有的分析结果均可以可视化。 ★ 自动有限元建模 MSC.PATRAN的新产品中不断增加了很多更灵活更方便的智能化工具, 同时提供了自动网格及工业界最先进的映射网格划分功能, 使用户快速完成他们想做的工作。 ★ 完全的分析集成 将世界先导的不同类型的分析软件和技术集成MSC.PATRAN一个公共的环境中共用一个模型, 为用户提供了其他任何软件所无可比拟的灵活性, 使用户能够在最短的时间内根据多种类型的仿真结果对产品的整体设计给出正确的判断, 提出相应的改进建议。 ★ 高级文档帮助 MSC.PATRAN提供了交互式的全文本在线帮助系统, 可使用户随时得到相关的电子文档帮助。另外相关命令过程的自动文件记录可方便地编辑修改并用于模型的参数化研究 ★ 数据库不同平台相互兼容 MSC.PATRAN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资源共享, 如MSC.PATRAN可在当前流行的各种工作站及PC机组成的任意网络上浮动使用。 ★ 用户化技术 用户可将MSC.PATRAN作为自己的前后处理器, 并利用其强大的PCL语言和编程函数库把自行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MSC.PATRAN的框架系统, 或单独使用或与其它系统联合使用, 提高市场竞争能力。 ★ 结果可视化处理 MSC.PATRAN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行文档整理。 ★ 操作运行性能优良 MSC.PATRAN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，都能快速给出操作结果，这样将大大加快分析速度。 |
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| 开放式几何访问及模型构造 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
图形用户界面 MSC.PATRAN采用符合Open Software Foundation (OSF) Motif 标准全新的图形用户界面, 直观的鼠标驱动菜单和表格系统可用于输入命令。 友好的用户界面条理清晰, 最多不超过三级的菜单按"事件"激发, 使用户可随意接通任何分析任务。 丰富的电子表格工具,如弹出或下拉式菜单与表格、滑动条、图形图标、按钮。 "单击和拖动"和多功能屏幕拾取选择等, 可用于输入和管理数据。各类表格均使用普通的工程术语, 而不是特定代码命令语法和缩写,当需要时辅助表格或自动弹出或自动消失,整个界面系统始终给人一种直观的感觉。 MSC.PATRAN 基于Motif的图形菜单和电子表格系统不但易学易用, 而且可通过随机的在线帮助系统在工程师手边提供了整个MSC.PATRAN用户手册并允许快速定位所需信息 随着微机工作站性能的飞速提高，MSC公司在现有Windows NT平台的PATRAN基础上，于1999年年底推出全新的专为Windows NT工作站平台操作系统开发的新版MSC.PATRAN。该版本的用户界面完全采用典型的NT界面风格，并保留用户所熟悉的原有MSC。 PATRAN的特点。 为便于工程师使用, MSC.PATRAN的整个用户手册系统全部处于"等待激活状态",并可在分析任务需要帮助的任意时刻被激活提供读取信息。 具体帮助方法分为主题相关和内容相关两种。 在主题帮助中, 用户可简单选取"Help", 并从"内容表"上选择期望的主题信息。一旦选定内容, 文档中相应信息就会出现在屏幕上供用户读取。 内容相关帮助系统提供了与用户感兴趣的主题相关的所有主题信息。 通过该方法用户可在MSC。PATRAN的任何菜单或表格中直接选择并获得帮助。 相应的用户手册内容包含了特定表格及应用程序使用所需的必要信息。 CAD几何模型的直接访问 MSC.PATRAN自诞生之日起就作为世界一流的分析前后处理器, 至今已风靡了二十多年，其本身不但可以作为一个完整的应用系统独立运行, 进行各种复杂模型的实体建模, 配合满足不同需求的可选应用模块完成各种工程分析。 并行CAE工程的设计思想使MSC.PATRAN从另一个角度上打破了传统有限元分析的前后处理模式, 其独有的几何模型直接访问技术(Direct Geometry Access, 简称DGA)为基础的CAD/CAM软件系统间的几何模型沟通, 及各类分析模型无缝连接提供了完美的集成环境。 使用DGA技术,应用工程师可直接在MSC.PATRAN框架内访问现有CAD/CAM系统数据库,读取、转换、修改和操作正在设计的几何模型而无需复制。 MSC.PATRAN支持的不同的几何传输标准, 包括: Parasolid, ACIS, STEP, IGES等格式。 有限元分析模型可从 CAD 几何模型上快速地直接生成, 用精确表现真实产品设计取代以往的近似描述,进而省去了在分析软件系统中重新构造几何模型的传统过程, MSC.PATRAN所生成的分析模型 (包含直接分配到CAD几何上的载荷、 边界条件、 材料和单元特性)将驻留PATRAN的数据库中, 而CAD几模型将继续保存在原有的CAD/CAM系统中, 当相关的设计模型存储在MSC.PATRAN中并生成有限元网格时, 原有的设计模型将被"标记"。 设计与分析之间的相关性可使用户在MSC.PATRAN中迅速获知几何模型的任何改变, 并能重新观察新的几何模型确保分析的精度。 MSC公司是通过在世界范围内与先导的CAD/CAM软件供应商建立紧密而重要的合作关系来实现"并行工程"和DGA技术。保证用户在同步的工程环境下从一个或多个CAD系统中获取CAD信息。这些先导的CAD/CAM软件包括：
对于任意其它CAD均可依据其所遵循的标准进行访问。以上读入的CAD信息包括: 几何点、 曲线、 曲面和实体、 Unigraphics的特征。 其中, 对于Unigraphics的特征不但可以读入PATRAN,而且可以在PATRAN中根据分析的要求进行更改, 随后特征仍可返回UG供CAD设计修改使用。 MSC.PATRAN EXPRESS 中间文件可用于在不同平台之间传递几何模型, 读入MSC。ARIES的几何模型。 IGES文件主要用于任意CAD的几何数据的输入和输出, 其中当然也包括有限元和相关坐标系信息。 几何造型功能 MSC.PATRAN提供了一系列的几何造型和编辑功能。 不但可以编辑读入的CAD几何划分有限元网格，而且可以独立创建各种复杂的几何模型。 统一的菜单形式提供了以下主要建模功能： 支持多种几何要素包括:
裁剪曲面
多种生成选项包括:
此外还包含了曲线、曲面合并功能; 任意的局部坐标系设定选项（笛卡儿、圆柱和球坐标）、 重心、形心、转动惯量等几何模型的质量和几何特性计算。 分析集成 作为世界一流的前后处理器, MSC.PATRAN已经风靡了二十多年, 按"事件分类"的分析解算器选择功能, 使MSC.PATRAN的分析集成系统达到一崭新的水平。分析选择可根据不同分析软件(包MSC.PATRAN提供的商品化应用分析模块) 设置不同的工作环境, 可满足用户对使用效益和集成的需求。而无需再象以前那样当一个模型要进行不同的分析时必须针对不同的分析软件的特点重复建模。 MSC.PATRAN界面内可直接选择的求解器包括：
有限元建模 MSC.PATRAN提供了功能全面, 方便灵活的可满足各种分析精度要求的复杂有限元的建模能力。 其综合全面、先进的网格划分技术,为用户根据不同的几何模型提供了多种不同的生成和定义有限元模型工具, 包括:多种网格划分器。 有限元模型的编辑处理、单元设定、任意梁截面建模、边界和载荷定义、及交互式计算结果后处理。 多种网格生成器: 在一项工程分析中, 人们经常要花费很多时间划分有限元网格。 MSC.PATRAN提供了世界领先的针对不同分析目的的多种网格处理器, 帮助设计人员快速生成分析用的有限元网格。 快速曲面网格划分器：
自动实体单元网格划分器：
可靠的映射网格划分器：
扫略网格生成器： 1D、2D和3D 单元可从低一阶次的单元扫略形成，扫略方法有很多种，包括：
在拓扑相近的四边形网格之间蒙出实体单元，强大的单元库包括线性、二阶、及三阶单元：
特殊单元类型包括：
有限元模型的编辑处理 除优异的网格划分技术外, MSC.PATRAN还拥有一些独特的网格处理功能,将进一步大大方便用户的使用, 如网格的优化处理、单元验证试验、节点和单元编辑等。 具体包括:
方便的选项可用来产生位置重合的节点用于生成零长度单元, 如间隙单元和滑移线单元。 重合节点自动消除功能选项包括：
有限单元检查确保所有分析模型的完整性:
对带宽和波前进行优化
有限元网格可以随时与几何点、线、面或体相关联，这对生成网格时未做几何关联或网格从外部读入的情况非常有用。 另外还可通过组的变换生成网格, 或利用别的单元的表面或边生成新的单元。 节点可投影到平面、曲面、曲线或指定的空间位置; 单元网格可进行打开和闭合控制。 在 MSC.PATRAN中函数赋值既可以用于施加载荷和边界条件,又可用于材料和单元特性的定义。 任意梁截面定义 梁作为工程领域最为常用的一种结构形式, 在结构分析中也因此占据了十分重要的地位。 如何高效地处理梁的或板梁实体组合的有限元模型是所有结构分析工具必须面临的问题。 人们以往由于工具的限制都是将三维简化成一维来处理, 经常会造成空间梁的摆放位置和方向错误, 使得计算失去意义。 在MSC.PATRAN中设计人员可十分方便的处理各种梁或梁的有限元组合模型。 对于通行的标准梁截面如I型, L型等PATRAN内嵌的梁单元库中均以参数的方式提供给用户, 并通过三维摆放保证分析模型的正确性。 更为重要的是除常规梁单元库外, MSC.PATRAN还特别提供了任意梁截面计算和模型处理方法。使得设计工程师能够随心所欲地选择各种形状的梁截面设计出他们认为更合理的结构产品, 而不是苦于如何简化梁模型。 分析条件定义 当网格划分完成之后,紧接着就需要在分析模型上定义相应的单元特性、 材料特性、载荷及边界条件。MSC.PATRAN全面的分析模型定义功能可将各种分析信息(单元、材料、载荷、边界条件等)直接加到有限元网格或任何CAD几何类型上。 如果分析信息定义到CAD几何模型上, 单元和材料特性、载荷和边界条件将与几何保持相关性, 并且当网格改变或修改时无需重新定义。 载荷边界条件 结构分析所施加的载荷和边界条件可直接作用于几何或有限元模型上, 具体包括：
分析所要求的输入表格形式丰富的载荷和约束选项，包括：
此外,其它功能还包括: 多个点或单元与其它点或单元相联系的表格可由用户输入区域; 数学函数表达的域可用于施加变化载荷; 不同的有限元网格之间计算结果插值, 如热-结构, 多个载荷和边界条件作用时产生多工况。 材料 完整的材料信息模型可方便地建立或定义,包括：
密度和材料主方向随空间位置变化可直接加在几何或有限元模型上。 合成复合材料特性包括:
相关材料性质还包括应力、应变、应变率、温度、或频率相关; 每个特性定义可有多达96个特性输入位置; 所有数据均可用彩色图显示出来以检查; 每个特性值均自动根据分析器被指定一个名字。 MSC公司独有的MSC.MVISION材料数据库信息系统可完全集成到MSC.PATRAN中, 并通过MSC.PATRAN MATERIALS SELECTOR材料选择器将来自材料数据库的材料信息直接嵌入有限元或 CAD几何模型, 如非金属材料、复合材料、塑料、陶瓷、各类金属及合金材料的性能及制造特性信息等。目前MSC公开发售的MSC.MVISION材料数据库信息系统包括来自全球各地各大材料制造商(公司)、材料研究机构、 国防及军事研制部门、 航空航天材料试验中心等等数万种材料信息(含各类的材料性能数据、 试验环境数据、 表格、 成分、 图象、 供应厂商、材料牌号等)。对于更为复杂的材料图形生成或定义诸如时间相关载荷和温度相关材料特性还可通过 MSC.PATRAN的PCL宏命令语言完成, 既可直接显示在P3/PATRAN模型上, 亦可用电子表格或坐标图表示。 结果交互式可视化后处理 MSC.PATRAN提供了多种计算分析结果可视化工具,帮助工程师灵活、快速地理解结构在载荷作用下复杂的行为, 如结构受力、 变形、温度场、 疲劳寿命、 流体流动等。 分析的结果同时可与其它有限元程序联合使用。 其主要功能包括: 多种结果彩图显示类型：
输出的结果颜色范围可按以下方法定义：
组合结果值选项包括：
屏幕显示的标题选项包括：
输出图形格式包括：
结果显示可以变形后的几何叠加在未变形的几何上同时显示出：
结果显示可按等值线或云图方式叠加在变形或未变形的消隐几何上任何与时间或载荷步有关的结果都可以做线框、隐藏线和消隐实体方式的动画显示，包括：
多种张量和矢量显示方式：
沿梁单元的结果分布可用x-y曲线方式显示：
图象功能帮助结果图绘制：
X-Y 曲线支持键盘和外部文件多种输入方法, 且输入格式十分灵活, 包括：
同时可有多个曲线窗：
每个曲线窗可有无数条曲线：
曲线坐标轴的定义：
图注：
标题：
X 和Y轴比例可调：
按压力容器ASME规范的数据后处理 为了适应压力容器行业对于规范设计的要求, MSC.PATRAN的后处理中专门提供了符合相应规范要求(包括中国压力容器规范)的分析结果处理器。 可进行规范要求的应力线性化分类及疲劳寿命计算等多种数据结果后处理, 大大简化了设计人员的工作量。 由于MSC公司的ASME规范是通过PCL作用在MSC.PATRAN框架系统的顶层, 因此可用于包括MSC公司自身产品在内的PATRAN所支持的任何结构分析及用户自编工具。 高级用户化工具-- PATRAN-PCL命令语言 MSC.PATRAN 命令语言 (PCL) 是 MSC.PATRAN一个高级、模块化结构的编程语言和用户自定义工具, 类似于C语言和FORTRAN语言,可用于生成应用程序或特定的用户界面。 显示自定义图形、 读写PATRAN数据库、建立新的或增强功能, 同时通过PCL,其它商品化或自编分析程序可被集成到MSC.PATRAN软件系统中。 几乎所有的分析仿真软件均利用被业界公认为标准的PCL工具, 建立了与PATRAN的直接集成关系, 甚至通过OEM将PATRAN作为其分析系统的前后处理器。 PCL 的主要功能列表包括:
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