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C.锻造工业 MSC.SuperForge 锻造工业
在MSC.DYTRAN的核心基础上 的核心基础上 开发完成的真正全三维(3-D)锻造工 开发完成的真正全三维(3-D)锻造工 艺过程数值仿真系统, 艺过程数值仿真系统,并 与 MSC.PATRAN全面集成,适用于 全面集成, 全面集成 冷锻和热锻加工,同时考虑各类热 冷锻和热锻加工, 传导效应, 传导效应,塑性摩擦和库仑摩擦的 影响. 影响.
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1. 计算材料学概述(意义) 计算材料学概述(意义)
意义: 意义: 1)可以避免大量重复的实验,节约实验费用 可以避免大量重复的实验, 2)可以有目的的寻找符合要求,具有更好性能的新材料 可以有目的的寻找符合要求, 3)加深对材料机理的认识,指导材料实验和材料生产 加深对材料机理的认识,
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2.1 MSC 软件介绍
1) 工程分析软件 MSC. Nastran MSC. Dytran MSC. Fatigue MSC. Marc MSC. Construct :
是基于MSC.PATRAN MSC.NASTRAN用于拓扑及形状优化 是基于MSC.PATRAN和MSC.NASTRAN用于拓扑及形状优化 MSC.PATRAN和 的概念化设计软件系统
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1. 计算材料学概述
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典型的几种模拟方法
第一性原理 分子动力学方法 Monte Carlo 方法 相场理论 有限元方法
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(典型的几种模拟方法的)时间空间尺度
Monte Carlo
Continuum FEM
10-6 S 10-8 S 10-12 S
Ηψ = Εψ ab initial
E. 压力容器 MSC.PATRAN
是专门为钢制压力容器分析的,已通过( 应力线性化及疲劳分析模块 是专门为钢制压力容器分析的,已通过(中 全国压力容器技术委员会考核认证. 国)全国压力容器技术委员会考核认证.
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F. 商用材料库及其管理,查询系统 MSC.MVISION 商用材料库及其管理,
当今世界唯一全面的商品化材料数据信息系统. 当今世界唯一全面的商品化材料数据信息系统. 用户可得到最丰富,最广泛的材料数据信息,如材料的构成图象 含金 用户可得到最丰富,最广泛的材料数据信息,如材料的构成图象(含金 相),材料的成分含量,材料的各种特性数据,材料数据的测试环境 ,材料的成分含量,材料的各种特性数据, 信息,生产厂家及材料出厂牌号数据等, 信息,生产厂家及材料出厂牌号数据等,并可将材料特性作为设计 变量用于设计,分析阶段的整个过程. 变量用于设计,分析阶段的整个过程. 此外MSC.MVISION的材料构造器和评估器可帮助用户建立和评估自 的材料构造器和评估器可帮助用户建立和评估自 此外 己的材料数据信息系统. 己的材料数据信息系统.
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3) 集成的前后处理及有限元分析软件 ------- MSC/NASTRAN for Windows 运行在Windows NT环境下 机及笔记本电脑上的 环境下PC机及笔记本电脑上的 运行在 环境下 MSC.NASTRAN产品. 产品. 产品 其采用集成化的前后处理器,配合先进的高级实体建模 其采用集成化的前后处理器 配合先进的高级实体建模 功能,可极其方便地进行结构应力分析,模态分析, 功能,可极其方便地进行结构应力分析,模态分析,屈曲 分析,稳态或瞬态热分析,非线性结构分析, 分析,稳态或瞬态热分析,非线性结构分析,动力响应分 结构优化及CFD高级流体力学计算等. 高级流体力学计算等. 析,结构优化及 高级流体力学计算等 并直接与AUTOCAD,AutoDesk MDT,SolidWorks , 并直接与 , 等连接运行,同时通过专门接口访问其它CAD系统. 系统. 等连接运行,同时通过专门接口访问其它 系统
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时间和空间特征尺度示意图
考察单元线度与所含原子数目的关系
典型模拟问题对应的特征时间尺寸
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1. 计算材料学概述
材料研究目标之一: 材料研究目标之一: 弄清材料的宏观性能与其微观结构之间的定 量关系
计算材料学的定义: 计算材料学的定义: 从基本物理规律出发,通过理论计算得到材料的性能, 从基本物理规律出发,通过理论计算得到材料的性能,最 终达到材料设计的目的一门学科. 终达到材料设计的目的一门学科.
molecular dynamics exp(-E/kT) F = MA
Domain Phase-field theory
10-10 M 10-8 M Length Scale
10-6 M
10-4 M
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2.常见的有限元分析软件 2.常见的有限元分析软件
2.1 MSC software
2.1.1 MSC公司简介 公司简介 MSC.Software Corporation (简称 简称MSC) 创建于 创建于1963年, 总部设 简称 年 在美国洛杉矶. 在美国洛杉矶. 世界最著名最权威最可靠的大型通用结构有限元分析软件, 世界最著名最权威最可靠的大型通用结构有限元分析软件 该软件始终作为美国联邦航空管理局(FAA)飞行器适航证领取的 该软件始终作为美国联邦航空管理局 飞行器适航证领取的 唯一验证软件. 唯一验证软件. 在全球计算机辅助工程市场居于绝对领导地位: 在全球计算机辅助工程市场居于绝对领导地位 用户遍及世界100多个国家和地区的主要设计制造工业公司和 用户遍及世界 多个国家和地区的主要设计制造工业公司和 研究机构,其中覆盖了92%的机械设计制造部门,97%的汽车 的机械设计制造部门, 研究机构,其中覆盖了 的机械设计制造部门 的汽车 公司, 的航空航天部门, 的国防及军事研究部门. 公司,95%的航空航天部门,98%的国防及军事研究部门. 的航空航天部门 的国防及军事研究部门
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MSC.Dytran
主要用于求解高度非线性,瞬 态动 力学,流体及流固耦合等问题. 如:金属成形,爆炸,碰 撞,搁浅, 冲击,穿透,安全气囊(带),液-固 耦 合,晃动,安全防护等.
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MSC.Fatigue
MSC.FATIGUE
专用的耐久性疲劳寿命分析软件系统, 专用的耐久性疲劳寿命分析软件系统, 用于零部件的初始裂纹分析,裂纹扩展分析, 应力寿命分 用于零部件的初始裂纹分析,裂纹扩展分析, 焊接寿命分析,随机振动寿命分析,整体寿命预估分析, 析,焊接寿命分析,随机振动寿命分析,整体寿命预估分析, 疲劳优化设计等各种分析. 疲劳优化设计等各种分析. 同时该软件还拥有丰富的与疲劳断裂有关的材料库, 同时该软件还拥有丰富的与疲劳断裂有关的材料库,疲劳载 荷和时间历程库等,对分析的最终结果具有可视化特点. 荷和时间历程库等,对分析的最终结果具有可视化特点.
模拟方法的分类 纳观至微观尺度的模拟 微观至介观尺度的模拟 介观至宏观尺度的模拟
纳观: 纳观: 原子层次 微观: 微观:晶格缺陷小于晶粒尺寸 介观: 介观:晶格缺陷与晶粒尺寸相当 宏观: 宏观:试样的宏观几何尺寸
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1. 计算材料学概述
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1. 计算材料学概述XJ源自U1. 计算材料学概述XJTU
B. 汽车 MSC.NVH-Manager MSC公司专门针对汽车运输业开发的车辆振动噪音及舒适性 公司专门针对汽车运输业开发的车辆振动噪音及舒适性 仿真分析软件系统. 仿真分析软件系统.提高了工程师在概念设计和详细设计阶段 对车辆模型的振动噪音仿真效率的控制能力. 对车辆模型的振动噪音仿真效率的控制能力. MSC.AMS 的基础上, 优点, 在MSC.PATRAN的基础上,并融 合MSC.PATRAN优点,专 的基础上 优点 门针对全球汽车工业发展的需求而开发的高级自动和手动有限 元模型前后处理软件系统. 元模型前后处理软件系统.
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MSC.Marc 功能齐全的高级非线性结构有限元分析系统
它具有极强的结构分析能力,可以处理各种线性和非 线性结 它具有极强的结构分析能力, 构分析. 构分析.
包括:线性/非线性静力分析, 模态分析,简谐响应分析,频谱分析 包括:线性/非线性静力分析, 模态分析,简谐响应分析, 随机振动分析,动力响应分析,自动的静/动力接触,屈曲/失稳, ,随机振动分析,动力响应分析,自动的静/动力接触,屈曲/失稳,失效 和破坏分析等. 和破坏分析等.
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4) 适用特定工业领域的专用软件 A. 航空航天 其功能为: 其功能为: --- 可通过文件管理器对大型工程文件系统进行有效管理 --- 可将各个子模型集合成一个完整的超级模型提交分析 --- 可将分析后的超级模型还原为各子模型 并分别对超模型 可将分析后的超级模型还原为各子模型, 或子模型的结果 进行显示处理 MSC.SuperModel
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2.2,ABAQUS 软件介绍 ,
ABAQUS
高级有限元软件之一 可以分析复杂的固体力学结构力学系统 特别适用于非常庞大复杂的问题和高度非线性问题. 特别适用于非常庞大复杂的问题和高度非线性问题. ABAQUS产品一直是美国核安全局 产品一直是美国核安全局(NQA)认证 认证(NQA-1标准 的 标准)的 产品一直是美国核安全局 认证 标准 可用于核电站首选的分析软件. 可用于核电站首选的分析软件. 现在ABAQUS公司在中国已有20多个国内商业用户,有近50 所大学采用ABAQUS作为教学和科研的工具.
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MSC.Nastran
是世界上功能最全面, 是世界上功能最全面,应用最广泛的大型通用结构有限 元分析软件,同时也是工业标准的FEA原代码程序及国际合 元分析软件,同时也是工业标准的 原代码程序及国际合 作和国际招标中工程分析和校验的首选工具. 作和国际招标中工程分析和校验的首选工具 可以解决各类结构的强度,刚度, 屈曲,模态, 动力学 可以解决各类结构的强度,刚度, 屈曲,模态, 热力学,非线性,声学,流体-结构耦合 气动弹性, 结构耦合, ,热力学,非线性,声学,流体 结构耦合,气动弹性,超 单元,惯性释放及结构优化等问题. 单元,惯性释放及结构优化等问题. 程序还提供了开放式用户开发环境和DMAP语言,及多种 语言, 程序还提供了开放式用户开发环境和 语言 CAD接口,以满足用户的特殊需要. 接口, 接口 以满足用户的特殊需要.