Nastran

NASTRAN este un program de analiză a elementelor finite (FEA) care a fost inițial dezvoltat pentru NASA la sfârșitul anilor 1960, cu finanțare guvernamentală SUA pentru industria aerospațială. MacNeal-Schwendler Corporation (MSC) a fost unul dintre dezvoltatorii primari și originali ai codului NASTRAN disponibil public . ^{[1] [2]} Codul sursă NASTRAN este integrat în numeroase pachete software, distribuite de diverse companii.

Istorie

Revizuirea anuală din 1964 a programului de cercetare a dinamicii structurale a NASA a relevat faptul că centrele de cercetare dezvoltă separat programe de analiză structurală specifice nevoilor lor. Revizuirea a recomandat utilizarea unui singur program software generic. ^[3] Ca răspuns, a fost format un comitet ad hoc. Comitetul a stabilit că niciun software existent nu le poate îndeplini cerințele. Au sugerat crearea unui proiect de cooperare pentru dezvoltarea acestui software și au creat o specificație care să descrie caracteristicile software-ului. ^[4]

Contractul a fost atribuit către Computer Sciences Corporation (CSC) pentru dezvoltarea software-ului. Primul nume folosit pentru program în timpul dezvoltării sale în anii 1960 a fost GPSA, care înseamnă Analiza structurală cu scop general . Eventualul nume oficial aprobat de NASA pentru program, NASTRAN, este un acronim format din analiza NA SA STR ucture AN . Sistemul NASTRAN a fost lansat NASA în 1968. La sfârșitul anilor 1960, MacNeal-Schwendler Corporation (MSC) a început să comercializeze și să susțină propria sa versiune de NASTRAN, numită MSC / NASTRAN (care a devenit în cele din urmă MSC.Nastran). Arhitectura software originală a fost dezvoltată de Joe Mule (NASA) și Gerald Sandler (NASA) și Stephen Burns (Universitatea din Rochester).

Aplicația software NASTRAN a fost scrisă pentru a ajuta la proiectarea de nave spațiale mai eficiente, cum ar fi Space Shuttle. NASTRAN a fost lansat publicului în 1971 de către Biroul de Utilizare a Tehnologiei NASA. Utilizarea comercială a NASTRAN a ajutat la analiza comportamentului structurilor elastice de orice dimensiune, formă sau scop. De exemplu, industria auto folosește programul pentru a proiecta sisteme de suspensie față și articulații de direcție. Este, de asemenea, utilizat în proiectarea căilor ferate, a automobilelor, podurilor, centralelor electrice, a zgârie-nori și a avioanelor. Numai programul se estimează că a redus economii de 701 milioane de dolari din 1971 până în 1984. NASTRAN a fost introdus în Sala Tehnologiei Spațiale a Fundației Spațiale a SUA în 1988, una dintre primele tehnologii care a primit această prestigioasă onoare. ^[5]

Programul NASTRAN a evoluat în multe versiuni. Fiecare versiune nouă conține îmbunătățiri ale capacității analitice și performanțelor numerice. Astăzi, NASTRAN este utilizat pe scară largă în întreaga lume în industria aerospațială, auto și marină. S-a afirmat ^[3] că NASTRAN este standardul industrial pentru analizele de bază ale structurilor aerospațiale, cum ar fi analizele elastice liniare statice și dinamice.

În 2001, NASA a lansat, de asemenea, codul sursă NASTRAN către public cu pachetul „NASA Classics” prin intermediul software-ului Open Channel plătit. ^{[1] [6] [2]}

În noiembrie 2002, MSC Software a ajuns la un acord definitiv cu FTC pentru a soluționa un caz antitrust împotriva companiei în legătură cu două achiziții ale distribuitorilor rivali CAE, Universal Analytics Inc. (UAI) și Computerized Structural Analysis & Research Corp. (CSAR). FTC susținuse că achizițiile reprezintă activități anticoncurențiale. Conform termenilor acordului, MSC a lansat o copie clonă a actualului său software Nastran. Vânzarea a fost făcută prin licențe fără drepturi de autor, perpetue și neexclusive ale UGS Corporation . UGS Corporation a fost achiziționată de Siemens în 2007. ^[7]

Versiunile comerciale ale NASTRAN sunt disponibile în prezent de la MSC Software (MSC Nastran), NEi Software ( NEi Nastran ) și Siemens PLM Software (NX Nastran). ^[8] În 2006, Siemens AG a cumpărat fosta UGS Corporation de la firme de capital privat și drepturile acestora la versiunea comercială a NX NASTRAN. Autodesk a achiziționat software-ul NEi în mai 2014.

Arhitectura software

NASTRAN este scris în principal în FORTRAN și conține peste un milion de linii de cod. NASTRAN este compatibil cu o mare varietate de computere și sisteme de operare, de la stații de lucru mici până la cele mai mari supercalculatoare .

NASTRAN a fost conceput de la început pentru a consta în mai multe module. Un modul este o colecție de subrutine FORTRAN concepute pentru a efectua o sarcină specifică / procesarea geometriei modelului, asamblarea matricilor, aplicarea constrângerilor, rezolvarea problemelor matricei, calcularea cantităților de ieșire, conversarea cu baza de date, imprimarea soluției etc. Modulele sunt controlate de un limbaj intern numit Direct Matrix Abstraction Program (DMAP) .

Fiecare tip de analiză disponibilă se numește secvență.

Unele dintre cele mai comune coduri de secvență sunt:

• 101 - Statică liniară
• 103 - Modal
• 105 - Flambaj
• 106 - Statică neliniară
• 107 - Valoare proprie complexă directă
• 108 - Răspuns direct în frecvență
• 109 - Răspuns direct la tranzitorii
• 110 - Valoare proprie complexă modală
• 111 - Răspuns modal în frecvență
• 112 - Răspuns tranzitoriu modal
• 129 - Tranzitor neliniar
• 144 - Analiza aeroelastica statica
• 145 - Analiza flutter / aeroservoelastic
• 146 - Analiză dinamică aeroelastică
• 153 - static neliniar cuplat cu transfer de căldură
• 159 - Tranzitor neliniar cuplat cu transfer de căldură
• 187 - Metoda de analiză dinamică a proiectului
• 200 - Optimizarea proiectului și analiza sensibilității
• 400 - neliniar static și dinamic (implicit) (nativ MSC.NASTRAN, înlocuiește 106, 129, 153 și 159 - parte din MSC.NASTRAN)
• 401 - Neliniar static (bazat pe SAMCEF pentru NX.NASTRAN)
• 402 - neliniar static și dinamic (implicit) (bazat pe SAMCEF pentru NX.NASTRAN)
• 600 - neliniar static și dinamic (implicit) (front-end la MSC.Marc - parte a MSC.NASTRAN)
• 601 - neliniar implicit ( ADINA pentru NX Nastran, nu va mai fi disponibil în NX NASTRAN după 2020)
• 700 - neliniar explicit (LS Dyna plus MSC.Dytran - parte a MSC.NASTRAN)
• 701 - Nonlinear Explicit (ADINA pentru NX Nastran, nu va mai fi disponibil în NX NASTRAN după 2020)

Exemplu de model de analiză MSC.Nastran

Software asociat

NASTRAN este în primul rând un rezolvator pentru analiza elementelor finite . ^[9] Nu are nicio funcționalitate care să vă permită să creați grafic un model sau o rețea. Toate intrările și ieșirile sunt sub forma unui fișier text. Cu toate acestea, mai mulți furnizori de software comercializează pre- și post-procesoare concepute pentru a facilita construirea unui model de element finit și analiza rezultatelor. Aceste instrumente software includ capabilități pentru importul și simplificarea geometriei CAD , rețelarea elementelor finite și aplicarea sarcinilor și a restricțiilor. Instrumentele permit utilizatorului să trimită o analiză către NASTRAN și să importe rezultatele și să le afișeze grafic. În plus față de capacitățile de pre și post-procesare, mai mulți furnizori Nastran au integrat capabilități neliniare mai avansate în produsele lor Nastran.

Opțiuni NASTRAN

Sunt disponibile următoarele opțiuni software, pe baza codului sursă NASTRAN original:

• MSC Nastran
• NASTRAN-xMG (achiziționat de MSC Software )
• NEi Nastran (o versiune PC / Linux a codului sursă NASTRAN original)
• NX Nastran (achiziționat de Siemens PLM Software redenumit Siemens NX (Unigraphics) )
• Nastran distribuit de Fundația Open Channel

MSC Nastran

MSC Nastran este produsul comercial original Nastran inițiat de Dr. Richard MacNeal în 1963. MSC Nastran este utilizat în mod obișnuit pentru a efectua analize structurale. Deși este utilizat în fiecare industrie, acesta menține o urmărie puternică în industria aerospațială și auto pentru efectuarea analizei stresului și deformării modelelor structurale și componente. Din 1963, MSC Nastran a continuat să evolueze și să-și extindă capacitățile la dinamică, roto-dinamică, neliniară, termică, cu impact ridicat, NVH, structura fluidelor și analiza oboselii. Astăzi se alătură MSC Marc și LS-Dyna pentru a oferi soluții de analiză neliniară cuplate.

NASTRAN-xMG

Construit cu același cod de bază ca software-ul NASTRAN original creat de NASA care include arhitectura NASTRAN originală și limbajul DMAP, NASTRAN-xMG oferă dimensiuni nelimitate ale problemelor, tehnologie de rezolvare de mare viteză și opțiuni de analiză a structurii. Principalul fondator al companiei este Dr. Richard H. MacNeal. ^[10]

LA Nastran

NEi Nastran este un rezolvator de analiză a elementelor finite de uz general folosit pentru a analiza tensiunile liniare și neliniare, dinamica și caracteristicile de transfer de căldură ale structurilor și componentelor mecanice. Este disponibil pe o varietate de platforme, inclusiv Windows și Linux pe 32/64 biți. ^[11] Acest software a fost achiziționat de Autodesk în mai 2014. ^[12]

NX Nastran

NX Nastran este rezultatul unei acțiuni FTC împotriva MSC Corporation pentru presupuse activități antitrust. Acordul antitrust a permis achiziționarea în 2003 a unei licențe perpetue și gratuite pentru MSC. UGS 2001 Nastran Code Source. UGS a fost anterior divizia Unigraphics a EDS . Capacitățile CAE ale Nastran au fost adăugate la NX Unigraphics CAD și alte componente pentru a forma suita de gestionare a ciclului de viață al produsului EDS / UGS PLM Solutions . Această linie de produse a fost achiziționată de SIEMENS în 2007 și a devenit SIEMENS PLM Software .

Achiziția a inclus un perpetuu, la nivel mondial, redevențe liber, neexclusivă a programului MSC.Nastran software v2001, alte active legate de software, precum și toate drepturile de autor și mărcile comerciale drepturile dobândite ca urmare a achizițiilor MSC Universal Analytics Inc. și Computerized Structural Analysis & Research Corp. în 1999. ^[13]

NX Nastran face acum parte din portofoliul de produse Simcenter 3D al Siemens PLM Software.

OCF Nastran

Atât copiile sursă, cât și cele binare ale Nastran sunt disponibile de la Open Channel Foundation contra unei taxe anuale. Aceasta a făcut parte din distribuția NASA COSMIC Collection de la Centrul Național de Transfer de Tehnologie . A fost lansat în iunie 2015 pe github .

Succesori

Succesul NASTRAN a dus la dezvoltarea multor alte programe cu elemente finite. Un astfel de software este ASTROS, care a extins capacitatea de tip NASTRAN pentru a include optimizarea structurală. ASTROS este administrat în prezent de Zona Technology, Inc. ^[14]

Competiție

În prezent există o serie de produse FEA disponibile comercial, dintre care unele sunt capabile să citească formatul de intrare NASTRAN chiar dacă nu poartă numele NASTRAN. Multe dintre ele sunt listate în Lista pachetelor software cu elemente finite , pe paginile CAE și FEA (vezi categoriile de mai jos).

Notă

linkuri externe

• MSC Nastran la MSC Software