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MSC Nastran

MSC Nastran ist ein allgemeines Finite-Elemente-Programm für strukturmechanische Probleme, Wärmeausbreitung, Akustik und mehr.

 

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MSC Nastran

 

MSC Nastran ist ein Finite-Elemente-Programm für strukturmechanische Probleme allgemeiner Art. Stichpunkte, die die Leistung des Programms skizzieren sind:

 

  • statische und dynamische Probleme
  • geometrisch und physikalisch nichtlineare Probleme
  • lineare Probleme
  • Wärmeausbreitung
  • Akustik
  • Design-Optimierung
  • u.v.a.

Das Besondere an MSC Nastran ist seine Formulierung in einer eigenen Sprache DMAP, so dass der Benutzer, bei entsprechender Erfahrung, die vorgegebenen Lösungsschemata modifizieren und erweitern kann, um seine Probleme zu berechnen. Es stehen Schnittstellen zu Patran und zu HyperMesh zur Verfügung. MSC Nastran ist unter allen gängigen Linux-Distributionen, proprietären Unix-System und Windows lauffähig. Interessenten, die MSC Nastran bei sich installieren wollen, wenden sich bitte an den Betreuer.

MSC Nastran ist eine Zusammführung der Programmvarianten MSC.Nastran und MD Nastran. Die Eingabestruktur und -syntax und auch die Programmstruktur hat sich nicht geändert.

 

MSC Nastran besteht aus modularen Einheiten, den DMAP-Kommandos. DMAP (Direct Matrix Abstract Programm) ist eine Makro-Sprache, mit der der Benutzer seine Problemlösung formulieren kann. MSC Nastran bietet jedoch für Standardprobleme DMAP-Sequenzen an (Rigid Formats, Solution Sequences), die unter einem numerischen Code oder Namen aufgerufen werden können. Mittels solcher DMAP-Sequenzen können u.a. folgende Probleme gelöst werden:

  • Linear und nichtlineare statische Analyse
  • Zeitabhängige Lasten
  • Schwingungsanalyse
  • Frequenzanalyse
  • Einschwingvorgänge
  • Nichtlineare Geometrie und nichtlineares Materialverhalten
  • Beulen und Knicken
  • Reelle und komplexe Eigenwerte
  • Wärmeübergänge
  • Design Optimierung
  • u.v.m.

Die Elemente-Bibliothek enthält mehr als 50 finite Elemente, u.a. auch Dummy-Elemente, die der Benutzer selbst definieren kann.

Zur Lösung grosser Systeme werden eine Reihe von Hilfen angeboten, die den Benutzer dabei unterstützen:

  • Spezielle Sequenzen zur Verarbeiten grosser Matrizen
  • Strukturierung auf mehreren Ebenen (Superelemente)
  • Ausnutzung von Struktursymmetrien
  • Dynamische Reduktion
  • u.v.m.

Alle DMAP-Sequenzen können vom Benutzer modifiziert werden. Für eine Fülle von Modifikationen bietet MSC Nastran RFALTERs an, das sind ein oder mehrere DMAP-Anweisungen, die in der RFA-Bibliothek zusammengefasst sind und mit denen der Benutzer bestehende DMAP-Sequenzen überbinden kann. Dies ist jedoch nur bei Nichtstandardproblemen notwendig.
 

Der Eingabedatensatz für MSC Nastran besteht aus 5 Gruppen:

  • nastran-Kommando zur Modifikation von Exekutivsystemparametern (optional).
  • File Management Statements (FMS) zur Verwaltung von Dateien und der Nastran Databases (optional).
  • Executive Control Deck
    Im Exekutivsystem wird die Abfolge der Lösungssequenz kontrolliert, die Ausgabe
    von Meldungen angestossen und die Modifikation von Lösungssequenzen durchgeführt
    (RFALTERs).
  • Case Control Deck
    Im Case Control Deck wird die Struktur der Lösung festgelegt, die verschiedenen Lastfälle, Zusammenfassung von Knoten, Elementen, Randbedingungen etc. in Gruppen (Sets) für die spätere Ausgabe, Ausgabe- und Plotspezifikationen u.v.m.
  • Bulk Data Deck
    Im Bulk Data Deck stehen die Modelldaten, wie Knotenkoordinaten mit Freiheitsgraden, die Konnektivitäten zu Elementen, Lasten und Kräfte u.v.m. Im Bulk Data Deck können ausserdem PARAM-Anweisungen eingegeben werden, mit denen die Ausführung weiter gesteuert werden kann.

Die Eingabedaten in allen 5 Gruppen erfolgen im freien Format. Das Bulk Data Deck kann auch formatiert eingegeben werden. In MSC Nastran ist Pre- und Postprocessing möglich. Für die Installation am SCC bietet sich insbesondere der universelle Prä/Postprozessor Patran an, der zu Nastran eine Schnittstelle besitzt. MSC Nastran hat auch ein integriertes Modul MSGMESH, mit dem über Anweisungen im Executive und Case Control Deck Knoten, Freiheitsgrade und Elemente generiert werden. Die Ergebnisse einer Nastran-Rechnung können auch direkt in ein PostScript-File geschrieben und auf geeigneten Druckern ausgegeben werden.

 

MSC Nastran-Dateien

MSC.Nastran arbeitet mit einer Reihe von Dateien, deren Namen gewissen Konventionen gehorchen:
 

 

Logischer Name Physikalischer Name Bedeutung
INPUT jid.dat Eingabedatei
PRINT out.f06 Ergebnisdatei
LOGFL out.f04 Kontrollausgabe des Exekutiv-Systems
----- jid.log System-Logfile
PLOT out.plt Plotfile; wird im Case Control Deck durch OUTPUT(PLOT) angefordert
PUNCH out.pch Ausgabedatei des MSGMESH Prozessors
DBC out.dbx Ergebnisdatei zum Postprocessing mit XL; wird durch PARAM,POST,0 angefordert 
INCLD1 dateiname Include-File, wird im Nastran-Datendeck über INCLUDE dateiname eingelesen
MASTER dbs.MASTER Database-Katalog
DBALL dbs.DBALL Datenblöcke und Parameter
USROBJ dbs.USROBJ User DMAP-Object-Library
USRSOU dbs.USRSOU User DMAP-Source-Library

 

Die vier letzten Dateien werden nur permanent gehalten, falls scratch=no gesetzt ist. Dies ist wichtig, falls Restart-Läufe durchgeführt werden sollen. Falls scratch=yes gesetzt ist, werden die Database-Files im Scratchverzeichnis sdirectory angelegt. Der Name besteht dann im wesentlichen aus der Prozessnummer, die dem Nastran-Job vom System zugewiesen wurde. Falls keine vom Benutzer erzeugten DMAP-Sequenzen benutzt werden sollen, und das ist die Regel, können USRSOU und USROBJ gelöscht werden.

Weitere Dateien, die vom Benutzer zugeordnet werden müssen, werden über die ASSIGN-Anweisung im FMS-Teil des Nastran-Datendecks definiert. Dies ist insbesondere relevant für die OUTPUT2-Datei, in die die Ergebnisse geschrieben werden, um sie später mit MSC.Patran oder einem anderen Postprozessor weiterzuverarbeiten (s.u.). Die dynamische Dateiverwaltung legt die Database-Dateien in sog. GINO-Blöcken an. Die Anzahl solcher Blöcke ist standardmässig vorgegeben:

 

5000  für MASTER, USROBJ, USRSOU, OBJSCR
250000 für DBALL
250000 für SCRATCH und SCR300

 

OBJSCR, SCRATCH und SCR300 sind ebenfalls Database-Dateien, die immer temporär sind, d.h. nach Ende des Nastran-Jobs gelöscht werden, auch wenn die Datenbasis permanent gehalten wird. Falls diese Grössen nicht ausreichend sind, können die Database-Files über die INIT-Anweisung im FMS-Teil des Eingabedecks vergrössert werden.

MSC-Rahmenlizenzvertrag

Das SCC hat eine "Nicht-kommerzielle Lizenz" für eine "Nichtgewerbliche Nutzung" von MSC Nastran erworben. Die Nutzungsbedingungen von MSC Nastran entnehmen Sie bitte aus dem MSC-Rahmenlizenzvertrag auf dem SCC-FTP-Server ftp://ftp.scc.kit.edu/pub/campus/MSC_Software/ .