Nastran
NASTRAN to program analizy elementów skończonych (FEA), który został pierwotnie opracowany dla NASA pod koniec lat 60. XX wieku w ramach funduszy rządowych Stanów Zjednoczonych dla przemysłu lotniczego. MacNeal-Schwendler Corporation (MSC) była jednym z głównych i oryginalnych twórców publicznie dostępnego kodu NASTRAN. Kod źródłowy NASTRAN jest zintegrowany z wieloma różnymi pakietami oprogramowania, które są dystrybuowane przez szereg firm.
Historia
Coroczny przegląd programu badawczego NASA w zakresie dynamiki strukturalnej z 1964 r. ujawnił, że ośrodki badawcze oddzielnie opracowywały oprogramowanie do analizy strukturalnej , które było specyficzne dla ich własnych potrzeb. W przeglądzie zalecono zamiast tego użycie jednego ogólnego oprogramowania. W odpowiedzi powołano komitet ad hoc. Komitet ustalił, że żadne istniejące oprogramowanie nie może spełnić ich wymagań. Zasugerowali utworzenie wspólnego projektu w celu opracowania tego oprogramowania i stworzyli specyfikację, która nakreśliła możliwości oprogramowania.
Kontrakt został przyznany firmie Computer Sciences Corporation (CSC) na opracowanie oprogramowania. Pierwsza nazwa używana w programie podczas jego rozwoju w latach 60. to GPSA, skrót od General Purpose Structural Analysis. Ewentualna oficjalna nazwa zatwierdzona przez NASA dla programu, NASTRAN, jest akronimem utworzonym od NA SA STR ucture AN alysis. System NASTRAN został udostępniony NASA w 1968 roku. Pod koniec lat 60. firma MacNeal-Schwendler Corporation (MSC) zaczął sprzedawać i wspierać własną wersję NASTRAN, zwaną MSC/NASTRAN (która ostatecznie przekształciła się w MSC.Nastran). Oryginalna architektura oprogramowania została opracowana przez Joe Mule (NASA) i Geralda Sandlera (NASA) oraz Stephena Burnsa (University of Rochester).
Aplikacja NASTRAN została napisana, aby pomóc w projektowaniu wydajniejszych pojazdów kosmicznych, takich jak prom kosmiczny. NASTRAN został udostępniony publicznie w 1971 roku przez Biuro Utylizacji Technologii NASA. Komercyjne wykorzystanie NASTRAN pomogło w analizie zachowania elastycznych struktur o dowolnym rozmiarze, kształcie lub przeznaczeniu. Na przykład przemysł motoryzacyjny wykorzystuje program do projektowania układów przedniego zawieszenia i drążków kierowniczych. Jest również używany do projektowania torów kolejowych i wagonów, mostów, elektrowni, drapaczy chmur i samolotów. Szacuje się, że sam program przyniósł 701 milionów dolarów oszczędności w latach 1971-1984. NASTRAN został wprowadzony do programu US Space Foundation Space Technology Hall of Fame w 1988 roku, jedna z pierwszych technologii, które otrzymały to prestiżowe wyróżnienie.
Program NASTRAN ewoluował w wielu wersjach. Każda nowa wersja zawiera ulepszenia w zakresie możliwości analizy i wydajności numerycznej. Obecnie NASTRAN jest szeroko stosowany na całym świecie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i morskim. Twierdzono, że NASTRAN jest branżowym standardem dla podstawowych typów analiz konstrukcji lotniczych, np. analiz liniowych, sprężystych, statycznych i dynamicznych.
W 2001 roku NASA udostępniła publicznie wraz z pakietem „NASA Classics” również kod źródłowy NASTRAN za pośrednictwem oprogramowania Open Channel za opłatą.
W listopadzie 2002 r. MSC Software osiągnęło ostateczne porozumienie z FTC w celu rozwiązania sprawy antymonopolowej przeciwko firmie w związku z dwoma przejęciami konkurencyjnych dostawców CAE, Universal Analytics, Inc. (UAI) oraz Computerized Structural Analysis & Research Corp. (CSAR). FTC twierdziła, że przejęcia stanowiły działania antykonkurencyjne. Zgodnie z warunkami ugody, MSC zbyła sklonowaną kopię swojego aktualnego oprogramowania Nastran. Zbycie nastąpiło w drodze nieodpłatnych, wieczystych, niewyłącznych licencji na rzecz UGS Corporation . UGS Corporation została przejęta przez Siemensa w 2007 roku.
Komercyjne wersje NASTRAN są obecnie dostępne u kilku dostawców.
Architektura oprogramowania
NASTRAN jest napisany głównie w języku FORTRAN i zawiera ponad milion linii kodu. NASTRAN jest kompatybilny z szeroką gamą komputerów i systemów operacyjnych , od małych stacji roboczych po największe superkomputery .
NASTRAN został zaprojektowany od początku tak, aby składał się z kilku modułów. Moduł jest zbiorem podprogramów FORTRAN zaprojektowanych do wykonywania określonego zadania — przetwarzania geometrii modelu, składania macierzy, stosowania ograniczeń, rozwiązywania problemów z macierzami, obliczania wielkości wyjściowych, komunikacji z bazą danych, drukowania rozwiązania i tak dalej. Moduły są kontrolowane przez wewnętrzny język o nazwie Direct Matrix Abstraction Program (DMAP).
Każdy dostępny typ analizy nazywany jest sekwencją rozwiązań.
Niektóre z najczęstszych kodów sekwencji rozwiązań to:
- 101 - Statyka liniowa
- 103 - Modalne
- 105 - Wyboczenie
- 106 - Nieliniowa statyka
- 107 - Bezpośrednia zespolona wartość własna
- 108 - Bezpośrednia odpowiedź częstotliwościowa
- 109 - Bezpośrednia odpowiedź przejściowa
- 110 - Złożona modalna wartość własna
- 111 - Modalna odpowiedź częstotliwościowa
- 112 - Modalna odpowiedź przejściowa
- 129 - Nieliniowy stan przejściowy
- 144 - Statyczna analiza aeroelastyczna
- 145 - Analiza Flutter / Aeroservoelastyczna
- 146 - Dynamiczna analiza aeroelastyczna
- 153 - Statyka nieliniowa sprzężona z przenoszeniem ciepła
- 159 - Nieliniowy stan przejściowy połączony z przenoszeniem ciepła
- 187 - Metoda dynamicznej analizy projektu
- 200 - Optymalizacja projektu i analiza wrażliwości
- 400 - Non-Linear Static and Dynamic (niejawny) (natywny MSC.NASTRAN, zastępuje 106, 129, 153 i 159 - część MSC.NASTRAN)
- 401 — nieliniowa statyczna, dynamiczna, długość łuku, modalna itp. (Simcenter Nastran, dawniej NX Nastran)
- 402 - Nieliniowe statyczne i dynamiczne (niejawne) ( oparte na SAMCEF dla NX.NASTRAN)
- 600 - Non-Linear Static and Dynamic (implicit) (interfejs do MSC.Marc - część MSC.NASTRAN)
- 601 - Implicit Non-Linear ( ADINA dla NX Nastran, nie będzie już dostępna w NX NASTRAN po 2020 r.)
- 700 - Jawna nieliniowa (LS Dyna plus MSC.Dytran - część MSC.NASTRAN)
- 701 - Jawna nieliniowa ( ADINA dla NX Nastran, nie będzie już dostępna w NX NASTRAN po 2020 r.)
Powiązane oprogramowanie
NASTRAN to przede wszystkim solwer do analizy metodą elementów skończonych . Nie posiada funkcjonalności pozwalającej na graficzną budowę modelu lub siatkę. Wszystkie dane wejściowe i wyjściowe do programu mają postać plików tekstowych. Jednak wielu dostawców oprogramowania sprzedaje pre- i postprocesory zaprojektowane w celu uproszczenia budowania modelu elementów skończonych i analizowania wyników. Te narzędzia programowe obejmują funkcje importowania i upraszczania CAD , tworzenia siatki z elementami skończonymi oraz stosowania obciążeń i umocowań. Narzędzia pozwalają użytkownikowi przesłać analizę do NASTRAN, zaimportować wyniki i przedstawić je w formie graficznej. Oprócz możliwości przetwarzania wstępnego i końcowego, kilku dostawców Nastran zintegrowało w swoich produktach Nastran bardziej zaawansowane możliwości nieliniowe.
opcje NASTRANA
Dostępne są następujące opcje oprogramowania, oparte na oryginalnym kodzie źródłowym NASTRAN:
- MSC Nastran
- NASTRAN-xMG (przejęty przez MSC Software )
- NEi Nastran (wersja oryginalnego kodu źródłowego NASTRAN na PC / Linux)
- NX Nastran (przejęty przez Siemens Digital Industry Software przemianowany na Simcenter Nastran)
- Nastran dystrybuowany przez Open Channel Foundation
MSC Nastran
MSC Nastran to oryginalny komercyjny produkt Nastran wprowadzony przez dr Richarda MacNeala i Roberta Schwendlera w 1963 roku. MSC Nastran jest powszechnie używany do przeprowadzania analiz strukturalnych. Chociaż jest używany w każdej branży, cieszy się dużym zainteresowaniem w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym do wykonywania obliczeniowej analizy naprężeń i odkształceń modeli struktur na poziomie komponentów i systemów. Od 1963 r. firma MSC Nastran stale rozwijała się i rozszerzała możliwości w zakresie dynamiki, dynamiki wirnika, analizy nieliniowej, termicznej, uderzeniowej, NVH, interaktywnej analizy strukturalnej płynów i zmęczenia. Dziś łączy się z MSC Marc i LS-Dyna, aby zapewnić wysoce nieliniowe rozwiązania do analizy sprzężonej.
NASTRAN-xMG
Zbudowany z tego samego kodu bazowego, co oryginalne oprogramowanie NASTRAN stworzone przez NASA, które obejmuje oryginalną architekturę NASTRAN i język DMAP, NASTRAN-xMG zapewnia nieograniczony rozmiar problemu, technologię szybkiego rozwiązywania problemów i opcje analizy podstruktur. Głównym założycielem firmy jest dr Richard H. MacNeal.
NEi Nastran
NEi Nastran to solwer ogólnego przeznaczenia do analizy metodą elementów skończonych, używany do analizy liniowych i nieliniowych naprężeń, dynamiki i charakterystyk przenoszenia ciepła konstrukcji i elementów mechanicznych. Jest dostępny na różne platformy, w tym 32/64-bitowe systemy Windows i Linux. To oprogramowanie zostało nabyte przez firmę Autodesk w maju 2014 r.
Simcenter Nastran (wcześniej znany jako NX Nastran)
NX Nastran był wynikiem działań FTC przeciwko MSC Corporation za domniemaną działalność antymonopolową. Ugoda antymonopolowa pozwoliła na zakup w 2003 roku bezpłatnej, wieczystej licencji na kod źródłowy MSC.Nastran 2001 przez UGS . UGS był wcześniej oddziałem Unigraphics firmy EDS . Możliwości CAE Nastran zostały dodane do CAD NX Unigraphics i innych komponentów, tworząc pakiet zarządzania cyklem życia produktu EDS/UGS PLM Solutions . Ta linia produktów została przejęta przez firmę SIEMENS w 2007 roku i stała się Siemens Digital Industry Software.
Zakup obejmował wieczystą, ogólnoświatową, wolną od tantiem , niewyłączną licencję na oprogramowanie MSC.Nastran v2001, inne aktywa związane z oprogramowaniem oraz wszelkie prawa autorskie i prawa do znaków towarowych nabyte w wyniku przejęcia przez MSC firm Universal Analytics Inc. Structural Analysis & Research Corp. w 1999 roku.
Simcenter Nastran (NX Nastran) jest teraz częścią portfolio produktów Simcenter firmy Siemens Digital Industry Software jako jedno z głównych rozwiązań w ramach aplikacji Simcenter 3D CAE.
OCF Nastran
Zarówno źródłowe, jak i binarne kopie Nastran są dostępne w Open Channel Foundation za roczną opłatą licencyjną. Była to część dystrybucji NASA COSMIC Collection z Narodowego Centrum Transferu Technologii. Został opublikowany w czerwcu 2015 roku na GitHubie .
Pędy
Sukces NASTRAN doprowadził do rozwoju wielu innych programów elementów skończonych. Jednym z takich programów jest ASTROS, które rozszerzyło możliwości typu NASTRAN o optymalizację strukturalną. Obecnie ASTROS jest utrzymywany przez Zona Technology, Inc.
Konkurs
Obecnie istnieje wiele dostępnych na rynku produktów FEA, niektóre z nich są w stanie odczytać format wejściowy NASTRAN, chociaż nie noszą nazwy NASTRAN. Wiele z nich znajduje się na liście pakietów oprogramowania elementów skończonych , CAE i MES (patrz kategorie poniżej).