MSC Nastran (NASA Structural Analysis) là phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được viết và phát triển bởi các kỹ sư NASA vào những năm 1960 với sự hỗ trợ của chính phủ Hoa Kỳ cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. Sau đó tập đoàn The MacNeal-Schwendler đã phát triển và thương mại hóa thành các gói giải pháp khác nhau như ngày hôm nay.
Tổng quan về phần mềm MSC Nastran
MSC Nastran là giải pháp mô phỏng kết cấu đa ngành được các kỹ sư tin dùng để xử lý nhiều bài toán khác nhau như tĩnh học (static), động học (dynamic), nhiệt (thermal) nhằm để kiểm tra các yếu tố khác nhau có thể gây ra các hư hỏng, phá hủy khác nhau như độ bền của chi tiết, tuổi thọ, ảnh hưởng của kết cấu dưới tác dụng của mỏi, các yếu tố về cộng hưởng, tính mất ổn định.
MSC Nastran có thể xử lý rất nhiều bài toán khác nhau và tham gia vào nhiều bước trong quá trình phát triển sản phẩm:
- Tạo mẫu thử ảo để dần tiến đến thay thế mẫu kiểm tra vật lý (từ ở những giai đoạn đầu thiết kế) nhằm tiết kiệm chi phí cho việc chế tạo mẫu thử.
- Khắc phục các sự cố tiềm ẩn có thể xảy ra trong quá trình sử dụng sản phẩm.
- Tối ưu hóa hiệu suất của các thiết kế, phát triển các điểm khác biệt của sản phẩm, từ đó tạo ra lợi thể cạnh tranh so với đối thủ.
Công nghệ của MSC Nastran
MSC Nastran dựa trên sự kết hợp của nhiều các phương pháp số khác nhau. Điều này sẽ giúp cho MSC Nastran có thể xử lý đa dạng nhiều loại bài toán khác nhau. Dưới đây là một số phương pháp, giải thuật mà MSC Nastran đang sử dụng.
- Phương pháp phần tử hữu hạn (FEA)
- Implicit Numerical techniques
- MSCADS
- IPOPT
Các thế mạnh của MSC Nastran
Các giải pháp phân tích có mặt trên thị trường hiện nay thường sẽ tập trung và dành riêng cho một số ngành nhất định. MSC Nastran là một giải pháp mô phỏng toàn diện với sự đa dạng về các loại phương pháp giải cũng như các bộ giải khác nhau để xử lý cho nhiều bài toán riêng biệt khác nhau.
Phân tích cấu trúc đa ngành
- MSC Nastran xử lý rất tốt các bài toán về NVH (Noise-Vibration-Harshness) tuyến tính (linear) cũng như phi tuyến tính (nonlinear).
- Các bài toán về nhiệt (Thermal), bài toán về tính mất ổn định (Buckling).
- Các bài toán về phá hủy mỏi cũng như xác định tuổi thọ của sản phẩm.
- Các bài toán về vật liệu tổng hợp – composite
Mô phỏng trên mô hình lắp ráp
Thông thường trên thực tế các sản phẩm thường sẽ bao gồm nhiều chi tiết lắp ráp cùng với nhau. Vì vậy việc phân tích mô phỏng trên mô hình lắp ráp là cực kỳ quan trọng. MSC Nastran cung cấp cho người dùng nhiều tính năng và bộ giải pháp để có thể xử lý các mô hình lắp ráp từ đơn giản đến các mô hình lắp ráp vô cùng phức tạp.
- Chia lưới nhanh chóng với chế độ Permanent Glue thay vì các phương pháp chia lưới truyền thống.
- Tiết kiệm thời gian xây dựng các liên kết trong lắp ráp như mối ghép bulong-đai ốc, mối hàn, etc cùng với những yếu tố kèm theo như preload (tải trọng đặt trước) hay friction (ma sát).
- Mô hình hóa mô hình lắp ráp một cách hoàn chỉnh một cách đơn giản mà không cần phải thêm phần tử hay quá lo lắng về sơ đồ ID.
- Tăng tốc việc chạy lại các mô phỏng trên các mô hình lắp ráp lớn bằng việc tạo các Superelements (siêu phần tử) cũng như có thể chia sẻ các superelements cho các bên sản xuất mà vẫn đảm bảo được tính bảo mật thông tin của thiết kế.
- Dễ dàng mô phỏng trên các liên kết (contact) cũng như dễ dàng kiểm bền trên các mối liên kết (contact) cũng như trên các vùng tiếp xúc của các chi tiết với nhau trong các mô hình lắp ráp.
- Tính năng tự động xác định và tạo các liên kết tự động cũng giúp người dùng tiết kiệm thời gian
Tối ưu hoá thiết kế (Topology Study)
Tối ưu hóa trong thiết kế là một yếu tố đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình phát triển sản phẩm nhưng thường đòi hỏi rất nhiều thời gian và nỗ lực do đặc thù của việc lặp đi lặp lại rất nhiều lần. MSC Nastran sẽ hỗ trợ người dùng trong việc tự động tìm kiếm các cấu hình tối ưu từ những dữ liệu và yêu cầu đầu vào.
- Tối ưu hóa ứng suất, khối lượng chi tiết, trong khi thay đổi các thông số về vật liệu, kích thước hình học, tải trọng, etc.
- Tối ưu hóa về mặt hình dáng chi tiết.
- Tối ưu hóa về độ dày của các lớp laminate trong các thiết kế sử dụng vật liệu tổng hợp – composite.
- Loại bỏ khối lượng dư thừa để tối ưu hình dáng chi tiết.
- Tối ưu hóa trên nhiều mô hình đồng thời cùng 1 lúc.
Tính toán hiệu suất cao
Các mô hình phân tích lớn đòi hỏi một khoảng thời gian dài để có thể giải quyết được. Các mô hình như vậy có thể phải mất đến hàng giờ hoặc hàng tuần để giải quyết trên các phần mềm mô phỏng FEA truyền thống. MSC Nastran có thể giúp người dùng xử lý các bài toán, mô hình phức tạp với hiệu suất cao.
- Sử dụng công nghệ multi-core và multi – nodes cùng với công ghệ parallelization (công nghệ xử lý song song): Shared Memory Parallel (chia sẻ bộ nhớ song song), Distributed Memory Parallel (Phân bố bộ nhớ song song).
- Tăng tốc mô phỏng với chế độ chọn lọc bộ giải tự động. MSC Nastran có thể tự động chọn bộ giải tối ưu nhất dựa trên các thông số như loại phần tử, bộ nhớ khả dụng, etc.
- Sử dụng GPU để tăng tốc mô phỏng.
- Sử dụng bộ giải Lanczos để tăng tốc mô phỏng.
