Multidiscipline

Advanced solutions to model interaction between multiple disciplines for improved accuracy, product safety and reliability

多学科

针对多学科间模型相互作用的先进解决方案,可改进精度、产品安全性及可靠性

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大多数公司的计算机辅助工程是在一个单一的功能团队或工程学科范围内进行的孤立工作。但这些学科之间的相互作用对产品的性能、安全及可靠性有着巨大的影响。虽然多物理有限元分析(FEA)可以考虑到这些相互作用中的一部分,但在通常各学科的数学基础存在着根本性的差异。例如,多体动力学、有限元分析及控制系统模型的数学基础并不相同,从而难以从真正的系统层面对产品进行评估。

多学科计算机辅助工程使应用能在几乎任何数学模式下共享数据,从而实现系统层面的建模与分析。多学科分析能对有限元分析、控制、多体动力学、有限差分及封闭式方程进行整合,同时还能实现跨越工程学科界限的协同仿真。多学科解决方案提供了针对耦合工程物理学的交互作用分析,例如运动结构、热机、系统与控制、多物理、流体—结构相互作用(FSI)、复合材料失效链、隐式显式等。我们强大的解算器基础使工程师能够应对最为复杂的工程挑战。

根据各种类型的分析,工程师可采用以下两种方式来运用 MSC 解决方案——直接耦合式(同时将多个物理学科应用到建模中),或者链式(将载荷状况从一个分析传递到下一个分析中)。

 

MSC 软件可用于众多类型基于多学科的仿真:
  • •热结构链分析
    •扰动分析
    •热机耦合分析
    •声学—结构耦合
 
  • •运动—结构分析 •流体—结构相互作用
    •控制系统分析
行业应用:
  • •航空航天与国防:航空发动机、机翼、雷达天线罩、起落架、直升机机身、直升机旋翼。
    •汽车:制动系统、发动机、车身板件、控制系统、悬架。
    •消费品:体育用品、包装、电子系统散热片、自行车车架。
    •能源:风力发电机、太阳能电池板、海上建造物、海底管线
    •政府/民用:桥梁、安全栅栏。

 

Motion structure interaction stress in lower control arm


Modal model with integrated flexible component
 

多体动力学(MBD)分析可为设计师提供高效的解决方案,使其能够对机械组件的运动学(位移、速度及加速度)与动力学(力和力矩)行为作出预测。

 

另一方面,有限元分析(FEA)可对组件中单个部件的线性与非线性材料特性进行分析,因此可提供部件行为的详细情况,其中包括对应力和潜在故障的预测。
来自 MSC 软件的多体动力学/结构集成解决方案提供了这两个领域最优秀的产品:既有简单、强大的运动模型,又有精选、灵活的有限元部件。我们的多体动力学/结构解决方案是由 MSC 的两大核心解算器 Adams 和 MSC Nastran 打造而成。通过在普通用户环境下整合以上两大技术,MSC软件提供的针对运动结构难题的多学科解决方案实现了无与伦比的效率和精度。

Satellite dish with integrated control system


Optimizing size and performance for a hydraulic pump
 

在设计机械系统时,例如汽车悬架系统、飞机起落装置或者叉式升降机,了解各个部件(气动、液压、电子等)如何相互作用以及工作期间产生的各种力至关重要。不幸的是,直至今天虽然我们在实体原型测试上花费了大量的时间和精力,实际上却没有对优化整个系统性能的众多设计方案进行研究。
通过将 EASY5 和 MATLAB 等控制应用的外部系统库动态地连接 Adams,Adams/Mechatronics 产品就能直接将控制系统融入到机械模型中。这使得进行系统层面的完整研究过程更为直接,例如复杂的车辆-控制器相互作用。控制系统参数可快速地调整以供评估,并将其纳入到控制系统和机械系统的实时优化设计研究之中。
 

Coupled thermal-structural (friction) brake squeal analysis


Thermal-structural effects of welding
 

为确保产品质量和长期可靠工作,了解热量改变与结构响应对产品的影响显得十分重要。根据热量改变的范围以及涉及的材质,温度变化会导致翘曲并引发许多不想看到的后果。例如,摩擦会引起制动系统盘式结构的某些部位发热,这种温度变化会导致部件扭曲变形,由此可能成为令人生厌的噪声的诱因。
MSC 的热机多学科解决方案使工程师能够对结构力学与热状态的相互作用和影响进行仿真,而这一切都通过单一的软件产品实现。

Smooth particle hydrodynamics


Hydroplaning solved with MSC Nastran

Drop test of blood bag
 

结构分析中为流体建模的目的在于纳入流体压力对结构的影响,从而提高结构响应的预测精度。通常采用拉格朗日法(材料与有限元网格绑定)对结构进行建模。另一方面,流体则采用欧拉法(即材料与网格无关,而是流经网格)进行解算。由于结构和流体的行为特征,必须采用这两种方法。

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