Настран
NASTRAN — это программа анализа методом конечных элементов (FEA), которая изначально была разработана для НАСА в конце 1960-х годов при финансировании правительством США аэрокосмической промышленности. Корпорация MacNeal-Schwendler (MSC) была одним из основных и первоначальных разработчиков общедоступного кода NASTRAN. [1] [2] NASTRAN Исходный код интегрирован в ряд различных пакетов программного обеспечения, которые распространяются рядом компаний.
История
[ редактировать ]Ежегодный обзор программы исследований НАСА в области структурной динамики в 1964 году показал, что исследовательские центры отдельно разрабатывали программное обеспечение для структурного анализа , специально предназначенное для их собственных нужд. В обзоре было рекомендовано использовать вместо этого одну общую программу. [3] В ответ была создана специальная комиссия. Комитет определил, что ни одно существующее программное обеспечение не может удовлетворить их требованиям. Они предложили создать совместный проект по разработке этого программного обеспечения и создали спецификацию, в которой описывались возможности этого программного обеспечения. [4]
Контракт был заключен с Computer Sciences Corporation на разработку программного обеспечения (CSC). Первое название, использованное для программы во время ее разработки в 1960-х годах, было GPSA, аббревиатура от «Структурный анализ общего назначения». Окончательное официальное название программы, одобренное НАСА, NASTRAN, представляет собой аббревиатуру, образованную от NA SA STR uctural AN alysis. Система NASTRAN была передана НАСА в 1968 году. В конце 1960-х годов корпорация MacNeal-Schwendler Corporation (MSC) начала продавать и поддерживать свою собственную версию NASTRAN, названную MSC/NASTRAN (которая в конечном итоге стала MSC.Nastran). Оригинальная архитектура программного обеспечения была разработана Джо Мьюлом (НАСА), Джеральдом Сэндлером (НАСА) и Стивеном Бернсом (Университет Рочестера).
Программное обеспечение NASTRAN было написано для помощи в разработке более эффективных космических аппаратов, таких как космический шаттл. NASTRAN был представлен публике в 1971 году Управлением использования технологий НАСА. Коммерческое использование NASTRAN помогло проанализировать поведение упругих структур любого размера, формы и назначения. Его используют, например, при проектировании железнодорожных путей, автомобилей, мостов, электростанций, небоскребов, самолетов и многого другого. По оценкам, одна только программа с 1971 по 1984 год позволила сэкономить 701 миллион долларов. NASTRAN был введен в Зал славы космических технологий Космического фонда США в 1988 году, став одной из первых технологий, удостоенных этой престижной награды. [5]
Программа NASTRAN развивалась во многих версиях. Каждая новая версия содержит улучшения в возможностях анализа и численных характеристиках. Сегодня NASTRAN широко используется во всем мире в аэрокосмической, автомобильной и морской промышленности. Это было заявлено [3] что NASTRAN является отраслевым стандартом для основных типов анализа аэрокосмических конструкций, например линейного, упругого, статического и динамического анализа.
В 2001 году НАСА вместе с пакетом «NASA Classics» выпустило исходный код для публики NASTRAN через программное обеспечение открытого канала за определенную плату. [1] [6] [2]
В ноябре 2002 года MSC Software достигла окончательного соглашения с Федеральной торговой комиссией по разрешению антимонопольного дела против компании в связи с двумя приобретениями конкурирующих поставщиков CAE, Universal Analytics, Inc. (UAI) и Computerized Structural Analysis & Research Corp. (CSAR). Федеральная торговая комиссия заявила, что эти приобретения представляют собой антиконкурентную деятельность. По условиям мирового соглашения MSC продала клон-копию своего текущего программного обеспечения Nastran. Продажа активов произошла посредством безвозмездных, бессрочных, неисключительных лицензий UGS Corporation . Корпорация UGS была приобретена Siemens в 2007 году. [7]
Коммерческие версии NASTRAN в настоящее время доступны от нескольких поставщиков.
Архитектура программного обеспечения
[ редактировать ]NASTRAN написан в основном на FORTRAN и содержит более миллиона строк кода. NASTRAN совместим с большим количеством компьютеров и операционных систем , от небольших рабочих станций до крупнейших суперкомпьютеров .
NASTRAN с самого начала проектировался как состоящий из нескольких модулей. Модуль — это набор подпрограмм FORTRAN, предназначенных для выполнения конкретной задачи — обработки геометрии модели, сборки матриц, применения ограничений, решения матричных задач, вычисления выходных величин, взаимодействия с базой данных, печати решения и т. д. Модули управляются внутренним языком, называемым программой прямой матричной абстракции (DMAP).
Каждый доступный тип анализа называется последовательностью решений.
Некоторые из наиболее распространенных кодов последовательности решений:
- 101 - Линейная статика
- 103 - Столица
- 105 - Выпучивание
- 106 - Нелинейная статика
- 107 - Прямое комплексное собственное значение
- 108 - Прямая частотная характеристика
- 109 - Прямая переходная реакция
- 110 - Модальное комплексное собственное значение
- 111 - Модальная частотная характеристика
- 112 - Модальный переходный процесс
- 129 - Нелинейный переходный процесс
- 144 - Статический аэроупругий анализ
- 145 - Флаттер/Аэросервоупругий анализ
- 146 - Динамический аэроупругий анализ
- 153 - Нелинейная статика в сочетании с теплообменом
- 159 - Нелинейный переходный процесс в сочетании с теплопередачей
- 187 - Метод анализа динамического проектирования
- 200 - Оптимизация конструкции и анализ чувствительности
- 400 — нелинейная статическая и динамическая (неявная) (родной MSC.NASTRAN, заменяет 106, 129, 153 и 159 — часть MSC.NASTRAN)
- 401 — Нелинейная статическая, динамическая, длина дуги, модальная и т. д. (Simcenter Nastran, ранее NX Nastran)
- 402 — Нелинейная статическая и динамическая (неявная) ( на основе SAMCEF для NX.NASTRAN)
- 600 — Нелинейная статическая и динамическая (неявная) (интерфейс к MSC.Marc — часть MSC.NASTRAN)
- 601 — неявная нелинейность ( ADINA для NX Nastran, больше не будет доступна в NX NASTRAN после 2020 г.)
- 700 — Явная нелинейность (LS Dyna плюс MSC.Dytran — часть MSC.NASTRAN)
- 701 — Явная нелинейность ( ADINA для NX Nastran, больше не будет доступна в NX NASTRAN после 2020 г.)
Сопутствующее программное обеспечение
[ редактировать ]NASTRAN – это прежде всего решатель для анализа методом конечных элементов . [8] Он не имеет функционала, позволяющего графически строить модель или сетку. Все входные и выходные данные программы выполняются в виде текстовых файлов. Однако многие поставщики программного обеспечения продают пре- и постпроцессоры, предназначенные для упрощения построения модели методом конечных элементов и анализа результатов. Эти программные инструменты включают в себя функции импорта и упрощения геометрии САПР , создания сетки с конечными элементами и применения нагрузок и ограничений. Эти инструменты позволяют пользователю отправлять анализ в NASTRAN, импортировать результаты и отображать их графически. В дополнение к возможностям предварительной и последующей обработки некоторые поставщики Nastran интегрировали в свои продукты Nastran более продвинутые нелинейные возможности.
НАСТРАН варианты
[ редактировать ]Доступны следующие варианты программного обеспечения, основанные на исходном коде NASTRAN:
- МСК Настран
- NASTRAN-xMG (приобретена MSC Software )
- NEi Nastran (версия исходного исходного кода NASTRAN для ПК/Linux)
- NX Nastran (приобретена Siemens Digital Industry Software и переименована в Simcenter Nastran)
- Nastran распространяется Фондом «Открытый канал».
МСК Настран
[ редактировать ]MSC Nastran — это оригинальный коммерческий продукт Nastran, созданный доктором Ричардом МакНилом и Робертом Швендлером в 1963 году. MSC Nastran обычно используется для проведения структурного анализа. Профессор Калеб (Мак) Маккормик, профессор Калифорнийского технологического института, был ключевым программистом в MSC, у которого был момент применения матричной математики для создания структурного анализа. Несмотря на то, что он используется во всех отраслях, он пользуется большой популярностью в аэрокосмической и автомобильной промышленности для выполнения вычислительного анализа напряжений и деформаций моделей конструкций на уровне компонентов и систем. С 1963 года MSC Nastran продолжает развиваться и расширять возможности в области динамики, динамики ротора, нелинейного, термического, ударного анализа, NVH, интерактивного анализа гидродинамических конструкций и усталостного анализа. Сегодня она сотрудничает с MSC Marc и LS-Dyna, чтобы предоставить решения для комплексного анализа с высокой степенью нелинейности.
НАСТРАН-xMG
[ редактировать ]NASTRAN-xMG, созданный на основе того же базового кода, что и исходное программное обеспечение NASTRAN, созданное НАСА и включающее исходную архитектуру NASTRAN и язык DMAP, обеспечивает неограниченный размер задач, технологию высокоскоростного решателя и возможности анализа подструктур. Основным основателем компании является доктор Ричард Х. МакНил. [9]
НЭи Настран
[ редактировать ]NEi Nastran — это программа общего назначения для анализа методом конечных элементов, используемая для анализа линейных и нелинейных напряжений, динамики и характеристик теплопередачи конструкций и механических компонентов. Он доступен на различных платформах, включая 32/64-разрядные версии Windows и Linux. [10] Это программное обеспечение было приобретено Autodesk в мае 2014 года. [11]
Simcenter Nastran (ранее известный как NX Nastran)
[ редактировать ]NX Nastran стал результатом иска Федеральной торговой комиссии против MSC Corporation за предполагаемую антимонопольную деятельность. Антимонопольное соглашение позволило в 2003 году приобрести безвозмездную бессрочную лицензию на исходный код MSC.Nastran 2001 компанией UGS . UGS ранее была подразделением Unigraphics компании EDS . Nastran Возможности CAE были добавлены к и другим компонентам NX Unigraphics, CAD EDS/UGS PLM Solutions чтобы сформировать пакет управления жизненным циклом продукта . Эта линейка продуктов была приобретена SIEMENS в 2007 году и стала называться Siemens Digital Industry Software .
Покупка включала бессрочную, действующую по всему миру, без лицензионных отчислений , неисключительную лицензию на программное обеспечение MSC.Nastran v2001, другие активы, связанные с программным обеспечением, а также все авторские права и права на товарные знаки , приобретенные в результате приобретения MSC компаний Universal Analytics Inc. и Computerized. Корпорация структурного анализа и исследований в 1999 году. [12]
Simcenter Nastran (NX Nastran) теперь является частью портфеля продуктов Simcenter компании Siemens Digital Industry Software и является одним из основных решателей в их приложении Simcenter 3D CAE.
ОКФ Настран
[ редактировать ]Как исходные, так и двоичные копии Nastran доступны в Open Channel Foundation за годовую лицензионную плату. Это была часть коллекции NASA COSMIC, предоставленной Национальным центром трансфера технологий. Он был опубликован в июне 2015 года на GitHub . [13]
Ответвления
[ редактировать ]Успех NASTRAN привел к разработке многих других программ конечных элементов. Одним из таких программ является ASTROS, которое расширило возможности типа NASTRAN, включив в них структурную оптимизацию. В настоящее время ASTROS поддерживается компанией Zona Technology, Inc. [14]
Соревнование
[ редактировать ]В настоящее время существует множество коммерчески доступных продуктов FEA, некоторые из них способны читать входной формат NASTRAN, хотя и не носят названия NASTRAN. Многие из них перечислены в Списке пакетов программного обеспечения для конечных элементов , на страницах CAE и FEA (см. категории ниже).
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б НАСА выпускает классическое программное обеспечение в общественное достояние на newsbytes.com, автор Сьюзен М. (25 октября 2001 г.)
- ^ Jump up to: а б NTTC, OSC празднуют день рождения Космического агентства и запускают на коммерческие рынки программные приложения «NASA CLASSICS». Архивировано 16 мая 2016 г. на Wayback Machine на openchannelsoftware.com (2001).
- ^ Jump up to: а б NASA.gov «Пресс-релиз НАСА 2008»
- ^ МакНил, Ричард Х., страница i., «Теоретическое руководство NASTRAN», декабрь 1972 г.
- ^ NASA.gov "Журнал НАСА Spinoff 2002"
- ^ NASA-releases-classic-software-to-public-domain на slashdot.com (2001)
- ^ Корпорация UGS
- ^ http://www.ftc.gov/opa/2001/10/msc.shtm. Архивировано 8 сентября 2013 г. на сайте Wayback Machine «Пресс-релиз FTC: FTC бросает вызов приобретению MSC.Software двух своих конкурентов Nastran» . Октябрь 2001 г.
- ^ http://www.macnealgroup.com/www/products/. Архивировано 27 февраля 2013 г. в Wayback Machine "tMG Nastran-xMG".
- ^ http://www.nenastran.com/nei-nastran.php. Архивировано 16 мая 2016 г. на Wayback Machine "NEi Software NEi Nastran".
- ^ http://www.3dcadworld.com/autodesk-acquires-nei-nastran-solver/ «AUTODESK ПРИОБРЕТАЕТ NEI NASTRAN SOLVER»
- ^ http://www.ftc.gov/opa/2002/08/mscsoftware.shtm. Архивировано 26 мая 2013 г. на Wayback Machine «Пресс-релиз FTC: MSC .Software урегулирует обвинения FTC путем продажи программного обеспечения Nastran . Август 2002 г.»
- ^ NASTRAN-95 , НАСА, 17 сентября 2022 г. , получено 20 сентября 2022 г.
- ^ «ЗОНА Технолоджи, Инк» . Архивировано из оригинала 06.11.2016 . Проверено 21 апреля 2013 г.