NX Nastran for Femap

NX Nastran

Der FEM Solver NX Nastran ist der Kern in der CAE-Produktpalette aus dem Hause Siemens PLM. Das Anwendungsspektrum reicht von der linearen Statik über Nichtlinearitäten und thermische Berechnungen bis hin zu dynamischen Analysen und numerischen Strömungssimulationen. Nastran war das erste kommerzielle FEM System und wurde bereits in den 1960er Jahren im Auftrag der NASA entwickelt (Nastran = NASA Stress Analysis). Nastran hat sich Aufgrund seiner überlegenen Performance und Qualität als Industriestandard etabliert und ist einer der weltweit meist genutzten Solver.

NX Nastran eignet sich hervorragend für die Lösung komplexer Berechnungen und unterstützt dabei alle im technischen Bereich relevanten Betriebssysteme. Ob Notebook, Desktop, Workstation, oder Cluster, NX Nastran zeichnet sich durch eine hohe Skalierbarkeit aus und läßt sich optimal an die jeweiligen Anforderungen anpassen.

Grundsätzlich wird zwischen dem Stand-Alone Solver NX Nastran Enterprise und der zusammen mit Femap angebotenen Lösung, welche ausschliesslich unter Windows läuft, unterschieden. Beide Varianten unterstützen von linearer Statik bis hin zu numerischer Strömungssimulation (CFD) ein breites Spektrum von Berechnungen. Grundbestandteil ist jeweils eine Basisversion mit den wichtigsten Analysearten (lineare und nichtlineare Statik, Eigenwerte, Beulanalysen, thermische Berechnungen) sowie diverse Zusatzmodule für die unterschiedlichsten Anforderungen.

NX Nastran for Femap unterscheidet sich im Leistungsumfang und den verfügbaren Elementtypen grundsätzlich nicht vom Enterprise Solver, jedoch ist folgendes zu beachten: Eine Berechnung kann nur auf dem PC durchgeführt werden, auf dem auch die Inputdatei (*.dat) erstellt wurde. Änderungen an der Inputdatei können nur über Femap vorgenommen werden. Allerdings verfügt Femap über einen integrierten Editor für das Datendeck. Somit können auch spezielle Einträge vorgenommen werden.

Analysemöglichkeiten NX Nastran Solver

Femap

Femap ist ein hochfunktioneller Pre/Postprozessor für die Erstellung von Finite Elemente Modellen als Vorbereitung für FEM Berechnungen und Analysen und zur Auswertung von Berechnungsergebnissen. Femap bietet echten Windows Standard wie 99 Undo/Redo Schritte, eine kontextsensitive Onlinehilfe, Copy/Paste, usw. 2D/3D-Geometrien können aus allen gängigen CAD-Systemen übernommen oder mit dem implementierten Parasolid-Kern selbst generiert werden. Für die Modifikation und Idealisierung der Geometrie stehen umfangreiche Möglichkeiten zur Verfügung und erlauben eine Bereinigung unabhängig vom CAD-System. Bei Bedarf können die Daten in diversen Formaten exportiert werden.

Die Hauptbestandteile von Femap sind der Parasolid-Kern für die Erstellung und Bearbeitung von Geometrie, der leistungsfähige Mesher für die Generierung und Modifikation von Punkt-, Linien-, Flächen-, Solid- und Spezialelementen sowie der Postprozessor für die Auswertung und Dokumentation der Berechnungsergebnisse. Die Vernetzung kann auf Elementebene und/oder auf der Geometrie durchgeführt werden. Lasten und Randbedingungen können auf Knoten/Elemente und/oder Geometrie aufgebracht werden. Der integrierte Analyse-Manager unterstützt den Anwender bei der Aufbereitung der Daten für die FEM-Analyse. Dabei werden neben NX Nastran und MSC.Nastran diverse andere Solver wie z.B. Abaqus, Marc und Ansys unterstützt.

Für die Auswertung der Berechnungsergebnisse steht eine Vielzahl von Optionen zur Verfügung: XY-Plots, Verformungen, Contourdarstellungen von Spannungen, Vektoren, Ergebnislisten, Animationen, etc.

Femap ist das ideale Werkzeug für die Erzeugung von Balken-, Schalen- und Solidstrukturen und das Postprozessing der Berechnungsergebnisse. Auch in wirtschaftlicher Hinsicht setzt Femap Bestmarken, kostet es doch weniger als eine Step-Schnittstelle für manches High-End CAD-System.

• intuitive, moderne Windowsoberfläche mit Copy/Paste, 99 Undo/Redo, etc.
• einfache Anpassung der Oberfläche durch den Anwender
• Parallelbearbeitung mehrerer Modelle
• dynamisches Drehen, Verschieben und Zoomen der Modelle
• umfangreiche Elementbibliothek mit Unterstützung für diverse Solver
• Im- und Export zu FEM-Systemen: Abaqus, Adina, Ansys, Marc, NX Nastran, MSC.Nastran, etc.
• leistungsstarke Geometriemodellierung und Solid Modeling mit Parasolid-Kern
• Schnittstellen zu allen gängigen CAD-Systemen:
  • Im- und Export (Basisversion): ACIS, Parasolid, Step, IGES, STL
  • Import (Basisversion): VDA-FS, IGES, DXF, Catia V4
  • Import (Zusatzmodul): Catia V5
• Unterdrücken/Entfernen von störenden Geometriedetails
• Trimmen und Verlängern von Flächen
• Profilgenerator für Balkenelemente
• interakive Variation der Netzgröße in Echtzeit
• automatische Vernetzung von Linien, Flächen und Solids
• Kombination von Einzelfächen zu einer gemeinsamen Fläche
• Kombination von einzelnen Linien zu einer gemeinsamen Linie
• semiautomatische Mittelflächengenerierung
• semiautomatische Hexaedervernetzung
• leistungsstarke API-Programmierschnittstelle
• Verwaltung der Solvereinstellungen über Analysemanger
• unterstützt 32- und 64 Bit Windows Systeme (XP, Vista, Windows 7)
• hervorragender Support
• eigenes deutschspachiges Anwenderforum

Optimierung

Jedes Unternehmen ist bestrebt, innovative Produkte unter Erfüllung gegebener Leistungskriterien zu entwickeln und herzustellen. Die Verwendung von Techniken zur Optimierung befähigt den Ingenieur zur Verbesserung angedachter Entwürfe und führt schließlich zum bestmöglichen Produkt bei minimalen Kosten. Da Entwicklungen oft hunderte von veränderlichen Parametern mit komplexen Beziehungen untereinander haben können, ist die Ermittlung der optimalen Lösung auf manuellem Wege oftmals sehr aufwendig. NX Nastran Optimierung entlastet Sie bei der Verbesserung Ihres Produkts, indem es die Leistungsfähigkeit des Entwurfs in iterativen Prozessen automatisiert mit den Spezifikationen abgleicht.

Ihre Vorteile durch NX Nastran Optimierung

• Verringerung von Konstruktionsrisiken durch besseres Verständnis der komplexen Zu-sammenhänge von Parametern sowie der Auswirkungen konstruktiver Änderungen
• Mehr Vertrauen in die Leistungsfähigkeit Ihres Produkts hinsichtlich der gestellten An-forderungen bei verschiedenen Einsatzbedingungen und Fertigungstoleranzen
• Beschleunigung von Innovationen durch Ermittlung möglicher neuer Entwürfe unter Beachtung aller konstruktiver Anforderungen
• Verkürzung der Produkteinführungszyklen mittels Automatisierung tausender einzelner Simulationen, die andernfalls auf herkömmlichem Wege durchgeführt werden müssen

Rotordynamik

Anders als ruhende Systeme unterliegen Anlagen mit rotierenden Bauteilen gyroskopischen Effekten aus Coriolis- und Zentrifugalkräften. NX Nastran Rotordynamik ermöglicht die Vorhersage des dynamischen Verhaltens rotierender Systeme unter Berücksichtigung dieser Effekte. Die als Zusatzmodul zu NX Nastran Basic erhältliche Funktionalität versetzt Anwender in die Lage, rotierende Lasten zu simulieren, synchrone und asynchrone Berechnungen durch-zuführen, Campbell-Diagramme zu erzeugen, biegekritische Frequenzen und Geschwindigkeiten vorherzusagen sowie Instabilitäten zu erkennen.

Ihre Vorteile durch NX Nastran Rotordynamik

• Schnelle Bewertung und Optimierung des dynamischen Verhaltens rotierender Systeme im Vorwege physikalischer Versuche und Fertigungsinvestitionen
• Behebung dynamischer Geräusch- und Vibrationsprobleme an bestehenden sowie in Aufbau befindlichen Anlagen
• Bewertung und Entwicklung von Optimierungsmaßnahmen zur Verbesserung der Leis-tung in Betrieb befindlicher Anlagen
• Untersuchung allgemeiner Systemanregungen und Bewertung von Rotorunwuchten
• Berechnung kritischer Geschwindigkeiten und biegekritischer Frequenzen aus Campbell-Diagrammen
• Abschätzung von Manöverlasten im Flugbetrieb und Simulation des Verlusts einer Tur-binenschaufel („Blade-Out“)

Superelemente

Die Größe und Komplexität von Finite Elemente Modellen nimmt kontinuierlich zu, was in vielen Fällen trotz der stetig steigenden Leistungsfähigkeit von Computern lange Rechenzeiten zur Folge hat. NX Nastran bietet bereits wirkungsvolle Algorithmen zur Lösung großer Gleichungssysteme, jedoch lässt sich die Effizienz mit NX Nastran Superelemente noch deutlich steigern. Als Zusatzmodul zu NX Nastran Basic spielt Superelemente eine Schlüsselrolle bei der Lösung sehr großer und komplexer Finite Elemente Modelle durch die Zerlegung großer Strukturen in kleinere, „Superelemente“ genannte Substrukturen. NX Nastran Superelemente kann mit allen NX Nastran Analysearten verwendet werden und ist sehr effizient bei der Berechnung kompletter Flugzeuge, Fahrzeuge oder Schiffe. Dabei sind inkrementelle oder partielle Baugruppenberechnungen möglich.

Ihre Vorteile durch NX Nastran Superelemente

• Beschleunigung von Innovationen durch Verbesserung der Simulationseffizienz
• Möglichkeit zur Berechnung mehrerer Iterationen verringert Risiken der Konstruktion
• Einführung einer unternehmensweiten Zusammenarbeit mittels Kombination von Finite Elemente Modellen aus internen und externen Quellen bei gleichzeitiger Geheimhaltung sensibler Daten
• Maximale Ausnutzung wertvoller IT-Ressourcen und Reduzierung des Verbrauchs an Arbeits- und Festplattenspeicher

Erweiterte Nichtlinearitäten

Mit NX Nastran Erweiterte Nichtlinearitäten sind Sie in der Lage, Modelle mit nichtlinearen Eigenschaften wie 3D-Flächenkontakt, nichtlinearem bzw. plastischem Material und/oder großen Verformungen zu berechnen. Als Zusatzmodul zu NX Nastran Basic stellt Erweitert Nichtlinear eine Integration des bekannten und leistungsfähigen ADINA Finite Elemente Solvers dar. Dabei steht NX Nastran SOL 601 für die impliziten und SOL 701 für die expliziten Lösungsverfahren.

Ihre Vorteile durch NX Nastran Erweiterte Nichtlinearitäten

• Weniger Risiken bei der Konstruktion durch Simulation sowie Zeit- und Kostenersparnis gegenüber physikalischen Bruchversuchen
• Mit schnellen Iterationen und zahlreichen „Was-Wäre-Wenn“-Studien können Innovati-onen beschleunigt werden
• Einfache Weiterverwendung bereits bestehender Modelle, die linear mit NX Nastran Ba-sic berechnet wurden
• Erhöhtes Vertrauen in das Endprodukt durch virtuelle Überprüfung der Leistungsfähigkeit für alle erdenklichen Betriebssituationen
• Sie erhalten genauere Simulationsergebnisse, wenn die Annahmen für lineare Berech-nungen nicht mehr zulässig sind

Aerolastizität

Aeroelastische Analysen ermöglichen die strukturelle Berechnung von Finite Elemente Modellen, die einer Luftströmung ausgesetzt sind. Als Zusatzmodul zu NX Nastran Basic haben Sie mit NX Nastran Aerolastizität Zugriff auf statisch aeroelastische Funktionalitäten hinsichtlich Spannungen, Lasten, Aerodynamik und Kontrollsysteme unter Verwendung eines üblichen Finite Elemente Modells. Damit sind beispielsweise Anwendungen bei der Entwicklung von Flugzeugen, Hubschraubern, Raketen, Hängebrücken sowie großen Schornsteinen und Stromleitungen möglich.

Ihre Vorteile durch NX Nastran Aerolastizität

• Zeit- und Kostenersparnis durch Weiterverwendung bereits bestehender Finite Elemente Modelle
• Dynamische Lasten können komfortabel im Zeit- oder Frequenzbereich definiert werden
• Automatische Restart Funktionalität führt zu Zeitgewinn bei unabhängiger Untersuchung von Änderungen im Struktur- oder Aerodynamikmodell
• Erhöhtes Vertrauen in den Entwurf durch Vermeidung unerwünschter aeroelastischer Effekte wie z.B. Flattern

Direct Matrix Abstraction Program (DMAP)

NX Nastran Direct Matrix Abstraction Program (DMAP) ist als einzigartige Programmierfunktionalität aufbauend auf NX Nastran Basic verfügbar und erlaubt dem Anwender die Erweiterung von NX Nastran durch eigene Applikationen und benutzerangepasste Module. DMAP kann verwendet werden, um zusätzliche Berechnungsgrößen zu erzeugen, Daten von und zu NX Nastran zu übertragen (z.B. extern generierte Systemmatrizen), neueste Softwareverbesse-rungen unabhängig von Programmreleases zu integrieren oder Zugriff auf Ergebnisdaten über den üblichen Standard hinaus zu gewähren.

Ihre Vorteile durch NX Nastran DMAP

• Mit der Implementierung unternehmensspezifischer, auf NX Nastran basierender Pro-zeduren wird internes Know-How bewahrt
• Erhöhung des Gegenwerts Ihrer Investitionen durch Zugriff auf nicht-standard NX Nastran Analysearten wie z.B. Mehrkörpersimulation oder Integration von Versuchs- und Berechnungsergebnissen
• Maßgeschneiderte und angepasste Pre- und Postprozessing Anwendungen beschleunigen den gesamten Simulationsprozess
• Stetige Berücksichtigung neuester Verbesserungen in NX Nastran durch kontinuierliche Updates

Dynamik

Mit NX Nastran Dynamik sind Sie in der Lage, die dynamische Schwingungsantwort Ihres Produkts unter erzwungenen Anregungen (Kräfte oder Wege) im Zeit- oder Frequenzbereich zu ermitteln. Als Zusatzmodul zu NX Nastran Basic ergänzt es die dort enthaltenen linear-statischen und modalen Möglichkeiten sinnvoll. Dynamische Funktionalitäten in der Simulation sind entscheidend für eine Vielzahl von Industriezweigen, welche sich z.B. mit dem Passagier-komfort in Flug- oder Fahrzeugen unter verschiedenen Betriebsbedingungen befassen, indem der Einfluss von Motorfrequenzen und Fahrwerksanregungen auf Baugruppen wie Lenkung oder Sitze ermittelt wird. Weitere typische Anwendungen betreffen die Untersuchung von Schwingungen auf die Funktionsfähigkeit von Konsumgütern oder anspruchsvollen elektronischen Geräten.

Ihre Vorteile durch NX Nastran Dynamik

• Zeit- und Kostenersparnis gegenüber physikalischen Versuchszyklen sowie Verringerung von Risiken durch dynamische Simulation
• Beschleunigte Innovation mittels schneller Iterationen und zahlreicher „Was-Wäre-Wenn“-Studien
• Virtuelle Überprüfung der Leistungsfähigkeit für alle erdenklichen Betriebssituationen führt zu größerem Vertrauen in das Endprodukt