Настран

NASTRAN — это программа конечно-элементного анализа (FEA), которая была первоначально разработана для NASA в конце 1960-х годов в рамках финансирования аэрокосмической промышленности правительством США. MacNeal-Schwendler Corporation (MSC) была одним из основных и первоначальных разработчиков общедоступного кода NASTRAN. ^{[1] [2]} Исходный код NASTRAN интегрирован в ряд различных программных пакетов, которые распространяются рядом компаний.

Ежегодный обзор программы исследований структурной динамики НАСА за 1964 год показал, что исследовательские центры по отдельности разрабатывали программное обеспечение для структурного анализа , которое было специфичным для их собственных нужд. Обзор рекомендовал использовать вместо этого единую универсальную программу. ^[3] В ответ был сформирован специальный комитет. 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 были описаны возможности программного обеспечения. ^[4]

Контракт на разработку программного обеспечения был заключен с Computer Sciences Corporation (CSC). Первое название, использовавшееся для программы во время ее разработки в 1960-х годах, было GPSA, аббревиатура от General Purpose Structural Analysis. Окончательное официальное название, одобренное NASA для программы, NASTRAN, является аббревиатурой, образованной от NA SA STR uttural AN alysis. Система NASTRAN была выпущена в NASA в 1968 году. В конце 1960-х годов MacNeal-Schwendler Corporation (MSC) начала продвигать и поддерживать собственную версию NASTRAN, названную MSC/NASTRAN (которая в конечном итоге стала MSC.Nastran). Первоначальная архитектура программного обеспечения была разработана Джо Мулом (NASA) и Джеральдом Сэндлером (NASA), а также Стивеном Бернсом (Университет Рочестера).

Программное обеспечение NASTRAN было написано для помощи в проектировании более эффективных космических аппаратов, таких как Space Shuttle. NASTRAN был выпущен для общественности в 1971 году Управлением по использованию технологий NASA. Коммерческое использование NASTRAN помогло проанализировать поведение эластичных структур любого размера, формы или назначения. Оно используется, например, при проектировании железнодорожных путей, автомобилей, мостов, электростанций, небоскребов, самолетов и многого другого. По оценкам, одна только программа принесла 701 миллион долларов экономии средств с 1971 по 1984 год. NASTRAN был включен в Зал славы космических технологий Космического фонда США в 1988 году, став одной из первых технологий, получивших эту престижную награду. ^[5]

Программа NASTRAN развивалась на протяжении многих версий. Каждая новая версия содержит улучшения в возможностях анализа и числовых характеристиках. Сегодня NASTRAN широко используется во всем мире в аэрокосмической, автомобильной и морской промышленности.

В 2001 году НАСА выпустило вместе с пакетом "NASA Classics" также исходный код NASTRAN для широкой публики через Open Channel Software за плату. ^{[1] [6] [2]}

В ноябре 2002 года MSC Software достигла окончательного соглашения с FTC об урегулировании антимонопольного дела против компании в связи с двумя приобретениями конкурирующих поставщиков CAE, Universal Analytics, Inc. (UAI) и Computerized Structural Analysis & Research Corp. (CSAR). FTC утверждала, что приобретения представляли собой антиконкурентную деятельность. По условиям соглашения MSC продала клон-копию своего текущего программного обеспечения Nastran. Продажа была осуществлена ​​посредством безвозмездных, бессрочных, неисключительных лицензий UGS Corporation . UGS Corporation была приобретена Siemens в 2007 году. ^[7]

Коммерческие версии NASTRAN в настоящее время доступны у нескольких поставщиков.

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 изначально был разработан как состоящий из нескольких модулей. Модуль представляет собой набор подпрограмм FORTRAN, предназначенных для выполнения определенной 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 Direct Matrix Abstraction Program (DMAP).

Каждый доступный тип анализа называется последовательностью решений.

Некоторые из наиболее распространенных кодов последовательности решений:

• 101 - Линейная статика
• 103 - Модальный
• 105 - Выпучивание
• 106 - Нелинейная статика
• 107 - Прямое комплексное собственное значение
• 108 - Прямая частотная характеристика
• 109 - Прямой переходный отклик
• 110 - Модальное комплексное собственное значение
• 111 - Модальная частотная характеристика
• 112 - Модальный переходный отклик
• 129 - Нелинейный переходный процесс
• 144 - Статический аэроупругий анализ
• 145 - Анализ флаттера/аэроупругости
• 146 - Динамический аэроупругий анализ
• 153 - Нелинейная статика в сочетании с теплопередачей
• 159 - Нелинейный переходный процесс, связанный с теплопередачей
• 187 - Метод анализа динамического проектирования
• 200 - Оптимизация конструкции и анализ чувствительности
• 400 - Нелинейная статика и динамика (неявная) (собственный MSC.NASTRAN, заменяет 106, 129, 153 и 159 - часть MSC.NASTRAN)
• 401 - Нелинейные статические, динамические, длина дуги, модальные и т. д. (Simcenter Nastran, ранее NX Nastran)
• 402 - Нелинейная статика и динамика (неявная) ( на основе SAMCEF для NX.NASTRAN)
• 600 - Нелинейная статика и динамика (неявная) (интерфейс MSC.Marc - часть MSC.NASTRAN)
• 601 - Неявный нелинейный ( ADINA для NX Nastran, больше не будет доступен в NX NASTRAN после 2020 года)
• 700 - Явный нелинейный (LS Dyna плюс MSC.Dytran - часть MSC.NASTRAN)
• 701 — Явная нелинейная ( ADINA для NX Nastran, больше не будет доступна в NX NASTRAN после 2020 года)

NASTRAN — это в первую очередь решатель для конечно-элементного анализа . ^[8] Он не имеет функциональности, которая позволяет графически строить модель или сетку. Все входные и выходные данные в программе находятся в виде текстовых файлов. Однако несколько поставщиков программного обеспечения предлагают на рынке пре- и постпроцессоры, разработанные для упрощения построения конечно-элементной модели и анализа результатов. Эти программные инструменты включают функциональность для импорта и упрощения геометрии САПР , сетки с конечными элементами и применения нагрузок и ограничений. Инструменты позволяют пользователю отправлять анализ в NASTRAN, а также импортировать результаты и отображать их графически. В дополнение к возможностям предварительной и постобработки несколько поставщиков Nastran интегрировали более продвинутые нелинейные возможности в свои продукты Nastran.

Доступны следующие варианты программного обеспечения, основанные на оригинальном исходном коде NASTRAN:

• MSC Настран
• NASTRAN-xMG (приобретен MSC Software )
• NEi Nastran (версия исходного кода NASTRAN для ПК/Linux)
• NX Nastran (приобретена Siemens Digital Industry Software и переименована в Simcenter Nastran)
• Nastran распространяется Open Channel Foundation

MSC Nastran — это оригинальный коммерческий продукт Nastran, созданный доктором Ричардом МакНилом и Робертом Швендлером в 1963 году. MSC Nastran обычно используется для выполнения структурного анализа. Профессор Калеб (Мак) МакКормик, профессор Калифорнийского технологического института, был ключевым программистом в MSC, у которого был момент озарения в применении матричной математики для создания структурного анализа. Хотя он используется в каждой отрасли, он сохраняет сильную приверженность в аэрокосмической и автомобильной промышленности для выполнения вычислительного анализа напряжений и деформаций компонентов и моделей структур на системном уровне. С 1963 года MSC Nastran продолжал развиваться и расширять возможности для динамики, роторной динамики, нелинейного, теплового, ударопрочного, NVH, интерактивного анализа конструкций и усталости жидкости. Сегодня он объединяется с MSC Marc и LS-Dyna для предоставления высоконелинейных связанных аналитических решений.

Созданный на основе того же базового кода, что и оригинальное программное обеспечение NASTRAN, созданное NASA, которое включает оригинальную архитектуру NASTRAN и язык DMAP, NASTRAN-xMG обеспечивает неограниченный размер проблемы, высокоскоростную технологию решателя и возможности анализа подструктур. Главным основателем компании является доктор Ричард Х. Макнил. ^[9]

NEi Nastran — это универсальный решатель конечно-элементного анализа, используемый для анализа линейных и нелинейных напряжений, динамики и характеристик теплопередачи конструкций и механических компонентов. Он доступен на различных платформах, включая 32/64-битные Windows и Linux. ^[10] Это программное обеспечение было приобретено Autodesk в мае 2014 года. ^[11]

NX Nastran появился в результате иска FTC против MSC Corporation за предполагаемую антимонопольную деятельность. Антимонопольное урегулирование позволило в 2003 году приобрести безвозмездную, бессрочную лицензию на исходный код MSC.Nastran 2001 компанией UGS . Ранее UGS была подразделением Unigraphics компании EDS . Возможности CAE Nastran были добавлены к CAD и другим компонентам NX Unigraphics , чтобы сформировать пакет управления жизненным циклом продукта EDS/UGS PLM Solutions . Эта линейка продуктов была приобретена компанией SIEMENS в 2007 году и стала называться Siemens Digital Industry Software.

Покупка включала в себя постоянную, всемирную, свободную от 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 Universal Analytics Inc. и Computerized Structural Analysis & Research Corp. в 1999 году. ^[12]

Simcenter Nastran (NX Nastran) теперь является частью портфеля продуктов Simcenter компании Siemens Digital Industry Software как один из основных решателей в приложении Simcenter 3D CAE.

Исходные и бинарные копии Nastran доступны в Open Channel Foundation за ежегодную лицензионную плату. Это было частью дистрибутивной коллекции NASA COSMIC от Национального центра трансфера технологий. Он был опубликован в июне 2015 года на GitHub . ^[13]

Успех NASTRAN привел к разработке многих других программ для конечных элементов. Одним из таких программ является ASTROS, который расширил возможности типа NASTRAN, включив структурную оптимизацию. В настоящее время ASTROS поддерживается Zona Technology, Inc. ^[14]

В настоящее время существует множество коммерчески доступных продуктов FEA, некоторые из них могут читать входной формат NASTRAN, хотя и не носят название NASTRAN. Многие из них перечислены на страницах List of final element software packages , CAE и FEA (см. категории ниже).