MSC/PATRAN

MSC/PATRAN是工業領域最著名的有限元前、後處理器， 是一個開放式、多功能的三維MCAE軟體包，具有集工程設計 、工程分析和結果評估功能於一體的、互動圖形界面的CAE集成環境。

基本介紹

• 中文名：MSC/PATRAN
• 特點： 互動的超文本線上幫助系統
• 劃分器：1D, 2D 和 3D格線
• 用戶界面：表格、滑鼠驅動的選單和圖示系統

主要特點

· 滑鼠驅動的Motif標準圖形用戶界面

· 命令過程自動檔案記錄，記錄檔案可編輯修改並用於模型參數化研究

· 互動的超文本線上幫助系統

· 資料庫不同平台相互兼容

· 強大的PATRAN命令語言(PCL)可使用戶開發自己的分析模組和完全集成已有的分析程式

· CAD模型直接讀入

· Unigraphics幾何特徵讀寫和編輯功能

· 獨立的幾何模型的創建和編輯工具

· 完全集成MSC的各種分析求解器及外部、第三方的分析求解器

· 豐富、高質量的1D, 2D 和 3D格線劃分器

· 任意的梁截面庫定義

· 載荷、邊界條件、材料和單元特性可直接施加在幾何模型上

· 可視化的與時間或溫度相關的載荷和材料特性的定義及顯示

· 豐富的結果後處理功能

· 豐富可調的色彩顯示方案

· 直接訪問材料管理系統MSC/MVISION中的各種材料數據

· 網路浮動LICENSE管理

· 通過2000年問題檢驗

圖形用戶界面

MSC/PATRAN圖形用戶界面是一個基於表格、滑鼠驅動的選單和圖示系統，所有選單風格一致、易學易用。其功能可概述為：

· OSF Motif 標準

· 全螢幕幕選單系統

· 命令中斷功能

· 用戶輸入可選擇：滑鼠、對話框、鍵盤

· 方框和多邊形滑鼠螢幕選取方式

· 命令UNDO功能

· 螢幕拾取或直接輸入標號選擇要素

· 要素標號重排功能

· 任何時刻可訪問PATRAN的任意套用功能

· 用戶定製的、圖示式的“Quick Pick”工具選單，使用戶更容易訪問常用的命令

· 用戶可開發的開放界面

· 流行的Frame線上超文本在線上幫助系統

CAD幾何模型的直接讀入

MSC/PATRAN 可以直接讀取當前各主流CAD系統的幾何造型用於生成有限元模型，讀入的CAD模型保持其原有的格式而不作近似處理，生成的有限元單元、模型的載荷、邊界條件和材料特性均和幾何模型相關聯。

支持的通用幾何接口標準

· Parasolid

· ACIS

· STEP

· IGES

直接CAD零件或裝配模型檔案讀入的接口

· CADDS 5

· CATIA

· EUCLID 3

· Pro/ENGINEER

· Unigraphics

· SolidWorks

· SolidEdge

· SolidDesigner

· CoCreate

· AutoCAD

· Bravo

· CADKEY

· IronCad

· MSC/ARIES

· TurboCAD

· Vellu

可讀入的要素

· 幾何點

· 曲線

· 曲面和實體

· Unigraphics的特徵

其中，Unigraphics的特徵不但可以讀入Patran，而且在Patran中最佳化後仍可作為UG的特徵返回UG，供CAD修改設計使用。

讀入的CAD模型保持其原有的數學表達格式

MSC/PATRAN EXPRESS 中間檔案

· 讀入MSC/ARIES的幾何模型

· 在不同平台之間傳遞幾何模型

所有CAD軟體的IGES檔案讀入

· 幾何點、曲線、曲面

· 有限元節點和單元

IGES檔案輸出

· 幾何點、曲線、曲面、實體

· 有限元節點、單元和相關的坐標系

幾何造型功能

MSC/Patran包括一系列的幾何造型和編輯功能，不但可以編輯讀入的CAD造型以劃分有限元格線，而且可以創建複雜的幾何造型。其功能特點歸納為：

風格一致的選單形式

多種幾何要素

· 點

· 曲線

· 曲面

· 實體

· Trimmed 裁剪曲面

· 三參數實體

· B-rep實

多種生成選項

· 平移或拷貝、轉動、比例縮放、鏡象

· 滑動拉伸、法向拉伸

· 抽取點、線、面

· 導角

· 直接定義XYZ坐標生成

· 任意方向拉伸、旋轉生成

· 複雜要素分解為簡單要素

· 要素相交產生新的要素

· 重疊在指定的面上產生線、面

· 投影點、線、面

· 由有限元格線生成曲面

· 通過組的變換生成幾何要

曲線、曲面合併功能

任意的局部坐標系：

笛卡兒、圓柱和球坐標選項 。

計算幾何模型的質量和幾何特性：

重心、形心、轉動慣量等。

分析求解器的接口

在PATRAN界面內可直接選擇的求解器包括：

· MSC/NASTRAN

· MSC/DYTRAN

· MSC/DROPTEST

· MSC/SUPERFORGE

· MSC/MVISION

· Star-CD

· CFX

· Fluent

· ABAQUS

· ANSYS

· LS-DYNA3D

· MARC

· PamCRASH

· SAMCEF

MSC/PATRAN 中間檔案選擇：

任何第三方分析器可通過此格式與PATRAN集成在一起 。

另外，MSC/PATRAN還可以選擇自身的求解器和分析功能，包括：:

· 線性結構分析P/FEA

· 非線性結構分析P/AFEA

· 專業熱分析包MSC/THERMAL

· 專業疲勞分析包MSC/FATIGUE

· 高級分析管理器P/Analysis Manager

· 高級層板複合材料建模器PATRAN/LAMINATE MODELER

有限元建摸

格線生成器

快速曲面格線劃分器：

任意2D曲面格線生成

用戶定義局部或全局單元尺寸

格線自動光順以確保格線質量

格線密度控制包括曲率檢查

無曲面的面格線

先進的算法保證在邊界和特殊區域的格線形狀最佳

p-單元算法產生較少的單元以用於p-單元方的法分析

自動實體單元格線劃分器：

四面體格線

任意幾何體3D格線劃分

強大的格線密度控制功能，包括曲率控制

先進的算法保證在邊界及重要區域格線有最佳形狀

先進的算法保證在邊界和特殊區域的格線形狀最佳

映射格線劃分器：

通用1D、2D、3D有限元格線劃分

單一命令多種格線劃分選項：

均勻、非均勻（包括單方向、雙方向、及基於曲率的格線分）控制

格線過渡控制

格線種子控制

用戶控制的格線光順處理

兩條線之間產生面單元

掃略格線生成器：

1D、2D和3D 單元可從低一階次的單元掃略形成，掃略方法有很多種，包括：

· 圓弧方向

· 柱面徑向

· 拉伸

· 球面徑向

· 滑動

· 滑動-導軌

· 法向

· 球面周向矢量域(field)

在拓撲相近的四邊形格線之間蒙出實體單元

格線劃分主要功能

強大的單元庫包括線性、二階、及三階單元：

單元形狀 節點數

桿 2 3 4

三角形 3 4 6 7 9 13

四邊形 l 4 5 8 9 12 16

四面體 4、 5 、10 、11 、14、 15 、16 、40

楔形單元 6 、7、 15、 16、 20、 21、 24、 52

六面體 8 、9、 20、 21、 26、 27、 32、 64

特殊單元類型包括：

· 質量單元

· 彈簧元

· 阻尼單元

· 彈性支撐

· 自由度集

· 多點約束(MPC)

自動硬點

自動產生高階單元的邊中、面中、或中心節點

單元平移、轉動、鏡象和比例縮放以複製和管理單元

節點和單元的修改編輯

單元細化

一個幾何體多種不同格線劃分並存在於同一個資料庫庫

方便的選項以產生位置重合的節點用於生成零長度單元，如間隙單元和滑移線單元

重合節點自動消除功能選項：

· 根據拓撲或幾何關係

· 用於檢查重合的節點可根據組定義、個別選擇或整個模型

· 檢查單元不連續和特殊單元

· 預覽將刪除的重合節點

· 選擇節點不進行重合檢查

節點號、單元號、及其位置用戶可完全控制

檢查功能確保所有分析模型的完整性

· 殼單元的細長比、翹曲、扭曲、階梯性及法向的一致性檢查

· 高階殼單元的法向和切向便置檢查

· 實體單元的細長比、內角、扭曲、表面扭曲、表面階梯性、表面翹曲、四面體間隙、單元連線、及重合檢查

· 雅可比測試

· 單元特性、材料、及邊界條件的圖形顯示

· 單元自由邊和自由面的圖形顯示

對頻寬和波前進行最佳化

· 壓縮和/或重排節點和單元序號

· Cuthill-McKee和 Gibbs-Poole-Stockmeyer 最佳化算法

有限元格線可以隨時與幾何點、線、面或體相關聯，這對生成格線時未做幾何關聯或格線從外部讀入的情況非常有用

通過組的變換生成格線

利用別的單元的表面或邊生成新的單元

節點投影到平面、曲面、曲線或指定的空間位置

單元格線打開和閉合

函式賦值

在 MSC/PATRAN中，函式賦值既可以用於施載入荷和邊界條件，又可用於材料和單元特性的定義。

載荷和邊界條件

可直接作用於幾何或有限元，且有多種方法：

· 連續，集中於一點

· 沿一條邊

· 在一個平面、柱面或球面內

· 通過一個曲面

· 通過一個實體

分析所要求的輸入表格形式

豐富的載荷和約束選項，包括：

· 力和力矩

· 壓力和面分布力

· 強迫位移或約束

· 溫度

· 點或面或體積熱源

· 對流

· 熱通量

多個點或單元與其它點或單元相聯繫的表格輸入區域

數學函式表達的域可用於施加變化載荷

不同的有限元格線之間計算結果插值，如：熱-結構

多個載荷和邊界條件作用時產生多工況

材料和單元特性

支持的材料模型

· 各向同性

· 正交異性

· 各向異性

· 複合材料

· 熱各向同性

· 熱正交異性和熱各向異性

密度和材料主方向隨空間位置變化

可直接加在幾何或有限元模型上

合成複合材料特性

· 對稱和反對稱層狀複合材料

· Halpin-Tsai準則

· 短纖維複合材料

應力、應變、應變率、溫度、或頻率相關

MSC/MVISION的材料信息可由材料庫直接讀入MSC/PATRAN

每個特性定義可有多達96個特性輸入位置

所有數據均可用彩色圖顯示出來以檢查

每個特性值均自動根據分析器被指定一個名字

結果評估

MSC/PATRAN可快速明了的顯示結構、熱、疲勞、流體、及電磁場分析的結果，並能和其它有限元程式關聯，Patran的結果分別與其有限元格線和節點進行映射。

多種結果彩圖顯示類型：

· 等值圖

· 彩色雲圖

· 連續色彩雲帶

· 混合雲帶

· 單元填充顯示

· 矢量

· 張量顯示

· 值顯示

· 變形形狀

· 等值面

· 流線

· 流面

· 記號顯示

· x-y曲線

· 閥值

無限制的顏色譜值對照表

導出結果顏色範圍可按以下方法定義：

· 半自動

· 手工

· 顯示出最小、最大、或同時顯示出最小和最大值

組合結果值選項包括：

· 在單元中心或節點顯示

· 節點結果僅在可見的表面顯示

· 僅顯示用戶選定的節點和單元的結果

螢幕顯示的標題選項包括：

· 自動或手工螢幕定位

· 大小和顏色可調

· 顯示開關

與硬體相關的實體消隱及連續雲圖瞬態動畫

結果顯示可以變形後的幾何疊加在未變形的幾何上同時顯示出：

· 線框或隱藏線方式

· 變形動畫

· 可調的顯示放大因子

結果顯示可按等值線或雲圖方式疊加在變形或未變形的消隱几何上

任何與時間或載荷步有關的結果都可以做線框、隱藏線和消隱實體方式的動畫顯示，包括：

· 模態

· 變形

· 等值線

· 雲圖

· 連續雲圖

· 單元填充結果動畫

多種張量和矢量顯示方式：

· 節點和/或單元結果的幅值、方位和方向顯示

· 疊加在變形或未變形的幾何上

· 可選擇標號顯示

· 可用色圖或單色圖顯示張量

· 可加一比例因子

· 可在總體坐標、單元坐標、外部單元檔案和其它坐標系裡顯示

沿梁單元的結果分布可用x-y曲線方式顯示：

· 可同時顯示多達三個結果曲線

· 測量計算導出結果（剪力、力矩）時第一個單元和最後一個單元的距離

· 結果可在梁單元的任何一點導出和顯示

· 曲線可以是由一個結果對另一個結果、對總體變數或沿任一路徑產生

圖象功能幫助結果圖繪製：

· 任意選取的節點或單元結果顯示

· 標出最小和/或最大值

· 顯示所有結果

· 切面顯示

· 不同色譜顯示

· 任意多個視窗顯示

· 強大的標號顯示控制

對所有顯示內容生成硬拷貝圖象

X-Y 曲線

多種輸入方法：

· 鍵盤

· 外部檔案

X-Y數據對輸入格式靈活：

· X-Y 數據成對輸入

· 僅輸入Y數據而X數據按給定的增量自動增加

同時可有多個曲線窗：

· 曲線窗可相互覆蓋

· 曲線窗大小可調

每個曲線窗可有無數條曲線：

· 數據可按分散點、折線、小方塊 或樣條線的形式顯示

· 曲線的顏色、風格（實線、點線或虛線）、及寬度可調

· 15種曲線標識符號

曲線坐標軸的定義：

· 顏色、風格（實線或虛線）、寬度和長度可調

圖註：

· 顏色、尺寸、邊線、背景色、及顯示內容的多少可任選

標題：

· 整個螢幕、每個曲線窗、每個坐標軸、每條曲線及每個圖注均可給定標題

· 標題字型和顏色可調

X 和Y軸比例可調：

· 線性或對數坐標

· 可自動、手工或給定一個範圍來產生

命令語言

PATRAN 命令語言 (PCL) 是 MSC/PATRAN的核心程式語言，是一個高級、模組化結構的程式語言，它提供許多與傳統程式語言類似的功能。PCL可用於編寫應用程式、用戶特殊的命令和選單，進行變數化建模，更完全的集成商用軟體或用戶自己的分析軟體。

PCL 功能列表

命令行表達式輸入

可編譯的命令庫函式

豐富的表格及選單庫供開發用戶圖形界面

遞歸的子程式和函式調用

同類函式歸於一個類

條件分枝語句

· IF, THEN, ELSE

· SWITCH, CASE, DEFAULT

· BREAK, CONTINUE

條件循環語句

· REPEAT, UNTIL

· WHILE, END WHILE

· FOR, TO, BY, END FOR

· LIST, END LIST

用戶可定義的表格生成功能使用戶的PCL函式可通過選單選項來執行

資料庫的訪問存取工具

整型、實型、邏輯型、字元串變數及常數

局部、全局、靜態變數及類變數

任意變數類型的數組

虛擬記憶體數組及數組記憶體管理功能

跟蹤調試工具

數組排序和搜尋

字元串函式包括大小寫轉換和縮寫檢查

二進制及文本檔案讀寫功能

多種數學函式程式

豐富的圖形函式：

· 繪點、線、虛圓或實圓、虛方塊或實方塊、虛多邊形或實多邊形

· 在任意位置顯示文本

· 改變圖形暫存器

模型管理程式：

· 比例縮放

· 轉動

· 旋轉

· 平移

系統實用工具

配置要求

MSC/PATRAN支持絕大多數計算機平台、作業系統和圖形顯示卡。運行MSC/PATRAN 具體所需的系統資源與許多因素有關，包括整個模型的大小及複雜程度。支持的平台及作業系統包括：

· Digital AXP Digital UNIX 4.0B-D

· HP9000 HP-UX 10.2

· IBM RS/6000 AIX 4.1.5, 4.2.1, 4.3.1

· Silicon Graphics IRIX6.2-6.4

· Sun SPARC Solaris 2.5.1, 2.6

· Intel Windows NT 4.0

·Intel & AMD Linux x86及x86-64 Red hat 5.4及SUSE10.0