MSC Nastran

Multidisziplinäre FEA-Lösung
MSC Nastran ist der weltweit am häufigsten eingesetzte Finite Elemente (FE)-Solver für Strukturanalysen in den Bereichen Statik, Dynamik & Akustik
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MSC Nastran ist universell einsetzbar und kann Berechnungen von linear-elastisch bis nichtlinear durchführen. Zu den Anwendungsgebieten gehören unter anderem statische, dynamische und lineare Probleme, Wärmeausbreitung, Design-Optimierung, Akustik und Noise Vibration Harshness (NVH). MSC Nastran zeichnet sich vor allem durch den extrem schnellen Solver, sehr geringe Speicheranforderungen und eine hohe Benutzerfreundlichkeit aus.

MSC Nastran ist der Standard für die Berechnung linearer Statik und Dynamik in der gesamten Fertigungsindustrie und gilt als Wegbereiter aller heute existierenden Berechnungsprogramme. MSC Software wurde 1963 gegründet. Nur zwei Jahre später entwickelte das junge Unternehmen mit der NASA ein universell einsetzbares FE-Programm. Dieses Programm wird „NAsa STRuctural ANalysis“ getauft, kurz NASTRAN. Seither wurde nahezu jedes Raumfahrzeug, Flugzeug und Fahrzeug mit MSC Nastran berechnet.

Im letzten Jahrzehnt wurde MSC Nastran weiterentwickelt zu einer multidisziplinären Simulationslösung mit starken Algorithmen für die nichtlineare Berechnung. Berechnungsingenieure können mit MSC Nastran nicht nur die physikalischen Eigenschaften einer Einzelkomponente oder Baugruppe simulieren, sondern das realistische Verhalten ganzer Systeme. Der multidisziplinäre Ansatz macht punktuelle Lösungen überflüssig. Lineare, implizit und explizit nichtlineare Berechnungen können in einem Programm durchgeführt werden. Dadurch entfallen Datenübersetzung und -umwandlung, welche oft zu Ungenauigkeiten und Ineffizienz führten.

Zu den Stärken von MSC Nastran zählen:

 

Um das Produktverhalten besser vorhersagen zu können, führen Ingenieure nicht nur lineare, sondern auch nichtlineare Analysen aus. Die nichtlineare Analyse ist erheblich komplizierter als eine lineare Analyse und steht in anderen FEA-Solvern in der Regel nicht zur Verfügung. Die nichtlinearen Funktionen von MSC Nastran bieten Ingenieuren folgende Möglichkeiten:

  • Erweitern des Nutzens linearer FE-Modelle durch Wiederverwendung des gleichen FE-Modells für die nichtlineare Analyse
  • Durchführen einer Analyse auf Systemebene durch Untersuchen des Verhaltens von Kontaktteilen und der damit zusammenhängenden Lastübertragung
  • Vermeiden von Störungen zwischen aneinander grenzenden Komponenten in Baugruppen
  • Verwenden einfacher Kontaktkörperdefinitionen für Systeme, die aus zahlreichen Komponenten bestehen
  • Verketten von Analysedisziplinen für mehrere Ereignissimulationen
  • Simulation von sehr dynamischen Ereignissen
  • Untersuchen der Interaktion zwischen der Struktur und des sie umgebenden Mediums mit der FSI-Technologie
  • Koppeln von Analysen, in denen sich thermische und strukturelle Ergebnisse gegenseitig beeinflussen
  • Darstellen der Eigenschaften zahlreicher nichtlinearer Materialien
  • Erweiterte Versagensanalyse der ersten Schicht von hoch entwickelten Verbundwerkstoffen durch fortschreitende Schichtversagensanalyse bei Verbundwerkstofflaminaten
 

Um das Gewicht von Baukonstruktionen ständig zu verringern, bietet MSC Nastran zahlreiche Funktionen, die Einblicke in das komplexe Verhalten von Verbundwerkstoffstrukturen bieten. Mit MSC Nastran haben Ingenieure folgende Möglichkeiten:

  • Simulation von Vorentwürfen und ausgeführten Konstruktionen in den statischen und dynamischen Analysebereichen
  • Leistungsstarke Modellierung mit einer Sammlung von finiten Elementen, die speziell auf moderne Verbundwerkstoffe abgestimmt sind
  • Reduzierung von Unterkomponententests durch Vorhersage von Schadensverlaufsbahnen innerhalb von Verbundwerkstofflaminaten mit den Delaminierungsfunktionen von MSC Nastran
  • Verbesserung der Schadenstoleranzeigenschaften Ihrer Verbundwerkstoffstrukturen, indem nicht nur Analysen zum Versagen der ersten Schicht, sondern fortschreitende Schichtversagensanalysen durchgeführt werden
  • Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Verbesserung der bautechnischen Leistung mithilfe integrierter Tools, mit denen eine Optimierung mehrerer Konstruktionen und in verschiedenen Analysedisziplinen möglich ist
  • Untersuchen des komplexen Verhaltens von Verbundwerkstoffkonstruktionen, die raschen Belastungen unterliegen

 

  Für die Modellierung und Analyse umfangreicher Systeme im Hinblick auf Schwingungen ist MSC Nastran die effizienteste Lösung, die es derzeit gibt. Die wichtigsten Funktionen bieten Ingenieuren folgende Möglichkeiten:
  • Auswahl aus einer breiten Palette von Eigenwert-Extraktoren und effiziente Ermittlung der Normalmoden ungedämpfter und gedämpfter Strukturen
  • Prüfen des durch Frequenz- und Kurzzeitbelastungen hervorgerufenen Strukturverhaltens
  • Überwachen der Belastungspfade oder der Energieflüsse in einer Struktur mit der Übertragungsweganalyse (Transfer Path Analysis, TPA)
  • Verwendung der Automated Component Mode Synthesis für die rasche Lösung umfangreicher Dynamik- und Akustikprobleme
  • Verstehen von aus dem Gleichgewicht geratenen Systemen, Ermitteln der Systemstabilität, Erkennen eines drohenden Produktversagens und Berechnen sicherer Betriebsbereiche für Strukturen mit der Dynamik rotierender Komponenten
  • Bequemer Austausch von Konstruktionsmodellen und Schutz proprietärer Informationen durch Verwendung externer Superelemente
  • Durchführen einer Innen- und Außenakustikanalyse mit Funktionen wie Einflussfaktoranalyse, Analyse getrimmter Materialien, Elementempfindlichkeiten, schwach gekoppelte Akustik usw.
 

MSC Nastran macht rasche Fortschritte und nutzt die neuesten Errungenschaften und Hardwarebauteile von Hochleistungsrechnern. MSC Nastran bietet folgende Möglichkeiten:

  • Schnelle Ergebnisse bei umfangreichen modalen Analysen und NVH-Studien mit der Automated Component Modal Synthesis
  • Schnellere Erstellung von Simulationen durch Einbeziehung von GPU-Hardware in die Hochleistungsrechnerressourcen
  • Nutzen der neuesten Parallelverarbeitungsverfahren von Mehrprozessorsystemen in kleinen bis großen Clustern
  • Effiziente Analyse wichtiger Strukturabschnitte mit automatisierten Superelementen

 

 

Die Entwicklung von Produkten mit optimaler Leistung ist ein Ziel, das jeder Ingenieur verfolgt. Dieses Ziel zu erreichen, ist jedoch nicht einfach, wenn mehrere Konstruktionsvariablen, Bedingungen und Ziele zu berücksichtigen sind. Durch zahlreiche Optimierungsfunktionen, die innerhalb eines vorgegebenen Konstruktionsraums aktiv nach der besten Konstruktion suchen, trägt MSC Nastran dazu bei, dieses Ziel zu erreichen. MSC Nastran wird für folgende Zwecke verwendet:

  • Gleichzeitige Optimierung mehrerer Konstruktionen in mehreren Analysebereichen mit der Optimierung mehrerer Modelle
  • Ermitteln effizienter Materialverteilungen für kritische Belastungspfade ohne Zugeständnisse in Bezug auf Festigkeit und Steifheit mit der Form- und Topologieoptimierung von MSC Nastran
  • Verbesserung der Leistung von Sickenblechen mit der Topografieoptimierung
  • Ermitteln der besten Stärkeverteilung bei dünnen Baukonstruktionen mit der Topometrie-/Freimaß-Optimierung von MSC Nastran
  • Kombinieren der Optimierungsfunktionen von MSC Nastran und effektive Senkung des Gewichts von Verbundwerkstofflaminaten

 

 

Nur in Ausnahmefällen muss eine Struktur den Konstruktionskriterien lediglich einer Disziplin genügen. Um eine effektive Konstruktion zu erreichen, müssen mehrere Faktoren und häufig auch mehrere Disziplinen berücksichtigt werden. Bei mehreren Disziplinen kann es sich in einfachen Fällen um eine lineare statische Analyse und eine Frequenzverhaltensstudie handeln, in komplexen Fällen aber um Belastungen aus einer Mehrkörperdynamikanalyse im Rahmen einer Sicherheitsstudie für Kraftfahrzeuge. Eine Analyse mit mehreren Disziplinen kann auch eine implizite nichtlineare Analyse einer unter Vorspannung stehenden Struktur sowie eine anschließende Aufpralluntersuchung mit expliziter Analyse umfassen, auf die eventuell noch eine implizite Analyse von Eigenspannungen folgt.

Analytiker müssen häufig mehrere inkompatible Tools verwenden, um diese verschiedenen Konstruktionsaspekte zu lösen. MSC Nastran integriert und verzahnt alle diese Disziplinen in einer Umgebung, sodass Ingenieure das Verhalten der von ihnen erstellten Strukturen genau darstellen können.

 

Produktentwicklungsteams müssen Konstruktionen überprüfen und optimieren, die verschiedenen Ereignissen ausgesetzt sind, z. B. thermischen oder Strömungsbelastungen. Sie müssen verstehen, wie sich der Temperaturverlauf oder der thermische Zustand auf das Verhalten der Struktur auswirken, wie Fahrzeugverzierungen die Kabinenakustik beeinflussen oder wie durch Strömung hervorgerufene Spannungen oder Verformungen das Verhalten eines Systems beeinflussen.

Da MSC Nastran ein verkettetes, nicht gekoppeltes oder gekoppeltes Verfahren unterstützt, können Sie den Einfluss mehrerer physikalischer Parameter in Ihren Konstruktionen je nach Bedarf berücksichtigen. Dank der Skalierbarkeit von MSC Nastran können Sie zudem Untersuchungen ganzer Strukturen ohne Einbußen bei der Genauigkeit durchführen. Zu den typischen Beispielen für multiphysikalische Szenarien gehören:

  • Analyse quietschender Bremsen
  • Flüssigkeitsgefüllte Flaschen
  • Aquaplaning
  • Bremsenaufheizung
  • Kunststofferwärmung während des Tiefziehens

Die integrierte MSC-Lösung für lineare und nichtlineare Berechnungen vereinfacht die Wiederverwendung von Modellen, was uns viel Zeit für die Vorbereitung erspart. Zudem können wir bei der Zusammenarbeit mit anderen Abteilungen oder mit Zulieferern Standardformate für den Austausch von Karosseriemodelldaten verwenden.
Sylvain Calmels, Manager PSA Peugeot Citroën

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