设计仿真 | MSC Nastran Modules助力大规模装配结构提高建模效率

01       传统有限元建模工作流程及局限性

传统有限元分析建模，对于包含多个零部件和子结构的大规模装配结构，例如：航空、航天器或者汽车，都不是由一个工程师甚至是一个部门来完成有限元模型的创建。不同的FE部段由不同团队的工程师进行创建，最后再将这些FE部段模型进行组装。

传统的有限分析建模方法，不允许使用重复的ID编号，而大规模的装配结构需要通过组装多个不同的部段模型来实现，随着计算资源越来越廉价，精细化建模的需求越来越高，模型的单元、节点数量变得非常庞大，这就需要对大规模模型进行更加严格的模型管理，随之而来的就是传统有限元建模方法的局限性越来越明显：

■ 传统的有限元建模方法，需要遵循严格、复杂的编号规则，避免出现ID号冲突；

■ 部段模型不能进行平移、旋转、镜像等操作，很难实现其模型的重复使用；

■ 部段模型之间需要通过手动方式进行连接；

■ 分析结果不能按照部段模型进行输出。

02       全新的模型组装管理工具  

Modules作为MSC Nastran的一个独立的数据块，用来表示独立的模型部件或者子结构，其数据结构类似于MSC Nastran的部件超单元，但是其模型不会发生缩减，所以不会损失计算的精度。Modules实例化的功能还可以将初始模型分解成多个实例，简单来讲，可以把实例看作是一个标准件，这个标准件可以进行多次的引用，还可以对已有的Module模型进行替换，用来进行多种设计方案的尝试。

MSC Nastran多使用Include的方式引入不同部段的模型进行数据组装，此处我们通过对比Include与Modules两种不同的建模方式来看一下Modules有哪些优势来解决大规模模型建模效率的问题：

PART.01

在数据格式上，Modules文件与Include文件非常相似，很容易将原有的数据模型转换为Modules模型；

PART.02

Modules允许不同部段可以使用相同的节点、单元以及材料编号 ，不再受限于计算中必须独立编号的规则；

PART.03

由于每个Module 都是独立的，比传统的建模方法更易于管理；

PART.04

一个Module 模型，可以在不同的位置，不同的装配模型里多次重用；

PART.05

可以轻松的将Module进行复制、平移、旋转、镜像以及替换；

Module替换

PART.06

Modules支持自动连接 ，就像专属模块一样即插即用，使用便捷；

PART.07

Module模块信息以及连接信息都会输出到 F06 文件中，方便查看；

PART.08

结果输出支持按照Module输出 ，便于后处理。

03       前后处理ModuleMission    

为了简化Modules的使用，我们基于MSC Apex定制开发了其使用界面“ModuleMission”，其主要功能包括：

PART.01

外部Module的导入，已有FE模型的Module转换

PART.02

Module的连接设置，默认自动连接，其他连接包括连接单元，接触等，其定义方式与基础的Apex建模完全一致，可以自动转换成Modules的连接

自动连接

手动连接

连接单元连接

接触

PART.03

快速实现Module的位置变换或平移、旋转、镜像等复制

PART.04

支持按模块显示结果，或者整体结构显示结果

PART.05

模块间连接力显示，用于分析载荷的传递路径

04       总结  

总之，Modules作为新的组装管理工具，允许不同Module之间使用重复的ID编号，减少了模型组装过程中的编号工作；其实例化工具，可以对已有的Module进行复制，通过平移、旋转、镜像等操作进行重新的定位，或者与其他的团队共享使用模型；其自动连接的功能可以让Module文件组装像搭积木一样方便、快捷。这些功能都可以有效的缩短建模时间，提高建模的效率。

（海克斯康工业软件）

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