一、MSC.DYTRAN開發(fā)歷史

        MSC.DYTRAN以無可爭辯的實力，贏得世界頂尖高度非線性、流-固耦合、瞬態(tài)動力響應仿真軟件的地位。了解MSC.DYTRAN的開發(fā)歷史，更能夠理解MSC.DYTRAN在同類軟件中獨特之處。

　　MSC.DYTRAN的第一個商業(yè)版本發(fā)布于1991年，是集MSC公司兩個核心軟件MSC.DYNA和MSC.PISCES之大成，開高度非線性、流體-結(jié)構(gòu)耦合、瞬態(tài)動力響應仿真商用軟件之先河的領(lǐng)先產(chǎn)品。MSC.DYNA是在著名結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力響應軟件LS-DYNA 3D框架下，經(jīng)過MSC公司全面更新后，在1988年正式發(fā)布的非線性結(jié)構(gòu)動力學仿真軟件。MSC.DYNA繼承了LS-DYNA 3D優(yōu)異的快速顯式積分算法和豐富的材料模式，被廣泛用于分析各種非線性瞬態(tài)響應，如高速撞擊、接觸摩擦、沖壓成型等。但是，仍然有大量的工程問題不是單一的結(jié)構(gòu)分析所能解決的，對流體的影響甚至流體-結(jié)構(gòu)相互作用的關(guān)心變得更為重要。MSC公司對這種需求的回應就是在MSC.DYNA中增加高級的流體動力學分析能力，為此MSC公司看中著名的荷蘭PISCES INTERNATIONAL公司開發(fā)的高級流體動力學和流體-結(jié)構(gòu)相互作用仿真軟件PICSES。

　　當時的PISCES軟件在國防、航空航天、核安全、汽車、石化、土木等領(lǐng)域廣泛應用。特別是在國防行業(yè)，PISCES成功地用于沖擊、穿甲、爆炸(水下爆炸)等軍事工程分析，其卓越品質(zhì)和功效，早已成為不爭的事實。MSC于1990年收購PISCES公司，隨后更新PICSES以MSC.PICSES產(chǎn)品發(fā)布。MSC.DYTRAN的問世堪稱MSC.DYNA和MSC.PICSES強強聯(lián)合，優(yōu)勢互補的成功佳作。這兩者嚴密整合、推陳出新的產(chǎn)品除了具備所有原有優(yōu)勢外，還因MSC公司在MSC.PISCES的歐拉模式算法基礎上,自行開發(fā)了先進的物質(zhì)流動算法和流固耦合算法,使得MSC.DYTRAN成為全球第一個能夠用完全耦合的方法模擬復雜的流體-結(jié)構(gòu)相互作用的大型商用軟件。作為MSC產(chǎn)品家族的后起之秀，MSC.DYTRAN在單元庫、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、前后處理等方面與MSC的王牌產(chǎn)品MSC.NASTRAN取得了全面一致。在1994年MSC公司收購了當時全球第二大CAE廠商PDA Engineering公司后,MSC.PATRAN成為MSC公司產(chǎn)品的前后處理框架系統(tǒng)。MSC所有的求解器產(chǎn)品，都以MSC.PATRAN為界面。

　　MSC同樣為MSC.DYTRAN開發(fā)了MSC.PATRAN 與MSC.DYTRAN的界面接口, 全新、方便、快捷的MSC.PATRAN前后處理器,使得MSC.DYTRAN向領(lǐng)導CAE自動化邁進了一大步。在MSC.DYTRAN問世的十余年中，歷經(jīng)無數(shù)航空、航天、汽車、鐵路、國防、核工業(yè)等領(lǐng)域科研和工程項目考驗，在全球用戶中有口皆碑。以美國軍方近年CAE選型過程對包括MSC.DYTRAN在內(nèi)的三個同類軟件的評測為例，可窺一斑。該項評測基于兩類原則：軟件功能的最小可接受原則;考慮用戶目前尚不需要的額外功能和特色的理想原則。評測內(nèi)容包括技術(shù)特色和非技術(shù)特色兩大類，采用加權(quán)平均的評估算法，獲得最后評測報告。

　　就技術(shù)而言，MSC.DYTRAN在材料非線性、幾何非線性、接觸和材料模型及損傷模擬、材料模型擴展能力、軟件可擴充性、流體-結(jié)構(gòu)相互作用和高級復合材料模擬等諸多方面獲得最高分數(shù)。非技術(shù)的考核結(jié)果表明，MSC.DYTRAN軟件運行速度非常有效，極好的不同硬件平臺數(shù)據(jù)兼容性、行業(yè)接受度和友好的用戶界面、充足的軟件文檔資料，和前后處理的協(xié)調(diào)一致。這一項MSC.DYTRAN也獲最高分。此外，對三個軟件考核分析與實驗結(jié)果的可對比性，MSC.DYTRAN以最小的分析誤差獲勝。經(jīng)受如此正規(guī)和嚴厲考驗的MSC.DYTRAN因此成為深得美國軍方信任的非線性瞬態(tài)動力分析軟件，得到全面應用。

　　MSC.DYTRAN應用范圍MSC.DYTRAN是具有快速模擬瞬態(tài)高度非性結(jié)構(gòu)、氣體/液體流動、流體-結(jié)構(gòu)相互作用的大型商用軟件。采用高效的顯式積分技術(shù)，支持廣泛的材料模型和高度組合非線性分析及流體-結(jié)構(gòu)的全耦合。尤其擅長對高速碰撞、結(jié)構(gòu)大變形和瞬時內(nèi)發(fā)生的流體結(jié)構(gòu)相互作用事件的仿真。廣泛應用于：

　　· 爆炸與沖擊，如水下爆炸、地下爆炸、容器中爆炸對結(jié)構(gòu)的影響及破壞、爆炸成形、爆炸分離、爆炸容器的設計優(yōu)化分析、爆炸對建筑物等設施結(jié)構(gòu)的破壞分析、聚能炸藥的能量聚焦設計分析、戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)的設計分析;

　　· 水下/空中彈體發(fā)射過程，火炮制推器模擬動態(tài)仿真

　　· 高速、超高速穿甲，如飛彈打擊或穿透靶體(單個或復合靶體)及侵徹過程等問題

　　· 結(jié)構(gòu)的適撞性分析，如汽車、飛機、火車、輪船等運輸工具的碰撞分析、船體擱淺、鳥體撞擊飛機結(jié)構(gòu)、航空發(fā)動機包容性分析等;

　　· 金屬彈塑性大變形成形，如鈑金沖壓成形、噴丸成型、全三維鍛造成形等

　　· 跌落試驗，如各種物體(武器彈藥、化工產(chǎn)品、儀器設備、電器如遙控器、手機、電視機等)的跌落過程仿真

　　· 流體動力分析，如液體、氣體的流動分析、液體晃動分析，水上迫降

　　· 安全防護分析，如安全頭盔設計、安全氣袋膨脹分析以及汽車～氣袋～人體三者結(jié)合在汽車碰撞過程中的響應，飛行器安全性分析(飛行器墜毀、氣囊著陸等)

　　· 輪胎在積水路面排水性和動平衡分析

　　· 高速列車行駛的輪軌動力學，高速列車穿隧道的沖擊波響應，車輛過橋的動態(tài)響應等 及其它瞬態(tài)高速過程仿真。

　　二、 MSC.DYTRAN理論背景

　　支持MSC.DYTRAN強大的瞬態(tài)動力、流體-結(jié)構(gòu)耦合分析功能的基礎，是MSC.DYTRAN極具特色的先進算法。MSC.DYTRAN的算法基本上可以概況為：MSC.DYTRAN采用基于Lagrange格式的有限單元方法(FEM)模擬結(jié)構(gòu)的變形和應力，用基于純Euler格式的有限體積方法(FVM)描述材料(包括氣體和液體)流動，對通過流體與固體界面?zhèn)鬟f相互作用的流體-結(jié)構(gòu)耦合分析，采用基于混合的Lagrange格式和純Euler格式的有限單元與有限體積技術(shù)，完成全耦合的流體-結(jié)構(gòu)相互作用模擬。由于MSC.DYTRAN集中于模擬瞬間事件，采用快速準確的顯式時間積分格式，模擬短暫瞬態(tài)過程中質(zhì)量慣性和各類阻尼的影響。

　　Lagrange格式的有限單元技術(shù)(FEM)和Euler格式有限體積技術(shù)(FVM)并存

　　任何力學系統(tǒng)都是由無數(shù)質(zhì)點構(gòu)成的，而不同質(zhì)點占有各不相同的空間坐標。有兩種定義空間坐標的方法，即Lagrange方法和Euler方法。

　　Lagrange方法是把坐標原點固定在系統(tǒng)的某個質(zhì)點上。當系統(tǒng)的位形發(fā)生改變時，坐標也跟著一起移動。Euler方法則將坐標固定在空間。設想在馬路上車來車往，如果將坐標原點固定在其中一輛行進的車上，從這輛車上觀察其他車輛相對于這輛車的運動，這就是Lagrange方法;若坐標原點設在交警的指揮臺上，那么所觀察到的不是各車輛的相對運動，而是指揮臺周圍車輛流動的變化情況，這就是Euler方法。固體力學關(guān)心的是每個質(zhì)點的移動、質(zhì)點之間的相對位移及質(zhì)點因之受的力，而流體力學則關(guān)心空間某處的流動情況，所以Lagrange方法常用于結(jié)構(gòu)分析，而Euler方法則用于流體力學問題。

　　物理場問題的數(shù)值仿真通常在所選定的空間坐標系下，將連續(xù)區(qū)域離散成單元和節(jié)點信息的有限單元或有限體積法，來近似描述連續(xù)的物理場。模擬瞬態(tài)內(nèi)位移和速度場變化的非線性動力分析軟件MSC.DYTRAN，提供了兩類參考坐標系定義，即Lagrange格式和Euler格式。在描述結(jié)構(gòu)時采用基于Lagrange格式的有限元法(FEM)，對流體采用基于Euler格式有限體積法(FVM)。MSC.DYTRAN可以允許單獨地使用這兩類方法，也可以將二者同時結(jié)合使用，并且支持將Lagrange網(wǎng)格和Euler網(wǎng)格耦合在一起，用來處理流體-結(jié)構(gòu)相互作用問題。

　　當使用Lagrange方法時,單元的質(zhì)量不變，節(jié)點在物體上的位置固定不動。物體單元由節(jié)點連接構(gòu)成,物體變形時,節(jié)點隨物體在空間移動,單元亦發(fā)生相應的變形,而單元的質(zhì)量保持不變。Lagrange方法通常用于解決常質(zhì)量單元即Lagrange單元的變形問題, 它可以精確地描述位移、變形、應力等。這種方法適用于結(jié)構(gòu)的力學分析,通過單元的行為仿真物體的運動，并為大多數(shù)結(jié)構(gòu)分析有限元程序所采用。

　　基于有限體積的Euler方法主要用于流體和材料大變形問題,Euler單元的體積是不變的,單元由節(jié)點連接構(gòu)成,節(jié)點在空間上固定不動。Euler網(wǎng)格是一個固定的參考框架,物體的材料在分析過程中可以在網(wǎng)格中流動,并且材料的質(zhì)量、動量和能量也隨之從一個單元流到另一個單元。因此在劃分單元時,Euler網(wǎng)格的范圍必須包含材料的所有可能流動區(qū)域。從這個意義上講，Euler網(wǎng)格就像一個容器，除非特別定義，材料是不能流出該網(wǎng)格系統(tǒng)，MSC.DYTRAN中Euler網(wǎng)格可以定義成任意形狀，這比一般采用Euler方法的流體軟件所苛求的長方體網(wǎng)格要靈活得多。Euler單元中可以定義空單元(void)、單一材料、多重材料，可以考慮剪切強度的材料或只考慮靜水壓力的流體材料。MSC.DYTRAN這種功能強大的基于有限體積離散的Euler法，非常適于精確模擬氣體、流體的流動和固體結(jié)構(gòu)的極端大變形問題,完全避免了用有限單元技術(shù)和Lagrange方法難于處理又無法回避的三維網(wǎng)格的重劃分和自由液面跟蹤問題。

　　采用顯式時間積分方法

　　在用數(shù)值方法求解動力平衡方程時，通常可以采用模態(tài)疊加法或直接積分法。所謂直接積分法是指在數(shù)值積分之前，毋需將原有的方程加以變換。直接積分法又分為顯式和隱式，有條件穩(wěn)定和無條件穩(wěn)定等方法。例如在四種常用的直接積分法中，中心差分法是顯式的和有條件穩(wěn)定的;Houbolt方法是隱式的和無條件穩(wěn)定的;Wilson-法和Newmark方法是隱式和有條件穩(wěn)定的。MSC.DYTRAN采用的是中心差分法。

　　& #8226;隱式方法：對大多數(shù)有限元程序采用隱式時間積分法求解動力問題。

　　& #8226;顯式積分法

　　& #8226;兩種方法的比較：隱式時間積分法可以是條件穩(wěn)定和無條件穩(wěn)定，積分時間步長只與結(jié)構(gòu)的固有頻率有關(guān)。而顯式積分法是條件穩(wěn)定的，其時間積分步長必須取很小，與隱式時間積分法相比,顯式法要求的積分時間步長要小得多,而隱式法則要對剛度矩陣進行多次分解和迭代。

　　對高度非線性問題，采用高效的算法是十分必要的。由此可見,對于解決瞬態(tài)、高度材料非線性、高度幾何非線性、模型規(guī)模較大的問題,采用顯式方法較隱式法要優(yōu)越得多。MSC.DYTRAN提供了一種質(zhì)量因子法(mass scale)增大時間步長，提高解題效率。MSC.DYTRAN的時間積分方法是一種非常優(yōu)秀的非線性動態(tài)解題方法，有效性和計算精度已被許多考題和實際應用算例所測試和驗證。MSC.DYTRAN采用這種方法解決了大量隱式法難于解決的問題，例如沖壓成形中的皺褶、輪-軌接觸、結(jié)構(gòu)高速撞擊、核管道甩動、液體晃動等問題。

　　有限體積方法(FVM)

　　MSC.DYTRAN的Euler格式通過有限體積法離散實施。這種方法的網(wǎng)格節(jié)點固定在空間不動即節(jié)點無自由度，物質(zhì)材料在恒定的體積內(nèi)從一個單元流動到另一個單元,在求解過程中同時滿足物質(zhì)在有限體積內(nèi)的質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒、狀態(tài)方程和本構(gòu)關(guān)系,

　　MSC.DYTRAN的這種有限體積法模擬物質(zhì)流動與傳統(tǒng)的基于有限單元法模擬的物質(zhì)流動相比，具有極大優(yōu)勢，能夠根據(jù)質(zhì)量流動和密度而非單元來邊界模擬自由面和流體-結(jié)構(gòu)交界面運動以及材料的拉斷。并且MSC.DYTRAN的Euler網(wǎng)格可以是任意形狀的六面體網(wǎng)，保證精確建立流體的幾何模型。用MSC.DYTRAN的帶強度的Euler有限體積技術(shù)模擬結(jié)構(gòu)材料的流動(如體積成型)，避免了用Lagrange格式無法回避而又非常棘手的三維網(wǎng)格的重劃分。

　　MSC.DYTRAN用有限體積法跟蹤物質(zhì)的流動的強大流體功能，可有效解決大變形和極度大變形問題，如：液壓傳動分析,液體晃動,爆炸分析,高速穿甲和三維鍛造成型等問題。

　　流體-結(jié)構(gòu)的耦合解法

　　在眾多的商業(yè)有限元分析軟件中,MSC.DYTRAN是唯一提供精確的或稱完全的流固耦合功能的軟件。通常的軟件在處理流體-結(jié)構(gòu)相互作用問題時,將流體產(chǎn)生的力作為"預先確定"的載荷作用到結(jié)構(gòu)上進行分析,而MSC.DYTRAN則不然,它是通過直接耦合結(jié)構(gòu)網(wǎng)格(Lagrange網(wǎng)格)和流體材料網(wǎng)格(Euler網(wǎng)格)間的響應自動地、精確地算出每一時間步流-固界面處的物理性質(zhì),在這個過程中,一方面,Euler材料流動引起的壓力載荷通過耦合算法自動作用到結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格上,在這種壓力作用下,結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格將發(fā)生變形,結(jié)構(gòu)的變形也反過來影響Euler材料的流動和壓力值,這種結(jié)構(gòu)變形和流體載荷間的相互影響使得我們可以得到完全耦合的流體-結(jié)構(gòu)響應。

　　MSC.DYTRAN根據(jù)不同分析問題需要，提供五種處理流-固耦合分析方法：

　　l 普通耦合法(General Coupling),對這種算法，首先，必須在結(jié)構(gòu)的外部定義一封閉的耦合面(Coupling Surface)，用于傳遞兩種解算器之間的力，此耦合面對Euler網(wǎng)格來說是一種流動邊界，材料在Euler網(wǎng)格中流動產(chǎn)生的壓力通過耦合面?zhèn)鬟f到結(jié)構(gòu)上，使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。普通耦合法適用于所有的流-固耦合問題。如安全氣囊的膨脹過程、子彈穿甲過程、炸彈爆炸分析等。

　　2 快速耦合法(Fast General Coupling),要求Euler網(wǎng)格法向與總體坐標系平行，此方法大大加快耦合算法的計算效率。可用于帶強度的單材料歐拉法, 流體單材料歐拉法, 多材料歐拉法及Roe法。

　　3 考慮失效的多重耦合面法，這種方法是將快速耦合法與Reo算法相結(jié)合，定義多個考慮失效的耦合面，對于每一個耦合面，Euler網(wǎng)格法向與總體坐標系平行。

　　4 ALE法(Arbitrary Lagrange Euler)。用ALE法,只需在流固界面處定義一ALE面，Euler網(wǎng)格可以隨著結(jié)構(gòu)的變形而移動,因不需要每步對ALE面進行檢查，它是一種求解效率較高的方法,這種方法的典型應用是鳥體碰撞飛機結(jié)構(gòu)的過程、液體晃動等分析。

　　5 全Euler方法。MSC.DYTRAN允許將兩種以上的Euler網(wǎng)格耦合，來處理流體與流體、或流體與結(jié)構(gòu)、甚至結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在高速碰撞、爆炸、穿透過程中的材料流動。這種基于有限體積的Euler-Euler耦合技術(shù)，特別適于定量描述瞬態(tài)過程中復雜的材料剝離、拉斷和飛濺現(xiàn)象。

　　三、 MSC.DYTRAN基本功能

　　MSC.DYTRAN是一個有著通用目的和廣泛用途的非線性動態(tài)三維有限元分析軟件包。它采用高效的顯式時間積分技術(shù)，能模擬多種材料和幾何的高度非線性問題。尤其在模擬高速碰撞、結(jié)構(gòu)和零部件的大變形、液氣體流動、流固耦合等方面，MSC.DYTRAN的能力是獨一無二的。

　　完整的單元庫

　　MSC.DYTRAN采用拉格朗日和Euler兩種處理器對結(jié)構(gòu)和流體進行建模。實體、殼、梁、薄膜、彈簧和剛性單元被Lagrange處理器用于結(jié)構(gòu)的建模;Euler網(wǎng)格由三維六面體單元組成, Euler處理器可以處理具有剪切強度的材料的流動。MSC.DYTRAN具備完整的一維、二維、三維單元庫，主要包括：

　　& #8226; 桿單元(CROD)

　　& #8226; 梁單元(CBEAM， CBAR)

　　o Belytschko-Schwer 模式

　　o Hughes-Liu 模式

　　& #8226; 安全帶單元

　　& #8226; 拉延筋單元(用于板金成型)

　　& #8226; 四邊形殼單元(CQUAD4)

　　o Belytschko-Tsai 模式

　　o Hughes-Liu 模式

　　o Key-Hoff 模式

　　o 薄膜單元

　　& #8226; 三角形殼單元(CTRIA3)

　　o C0 模式

　　o 薄膜單元

　　& #8226; 體單元(CHEXA, CPENTA, CTETRA)

　　& #8226; 彈簧/阻尼單元(CELAS, CDAMP)

　　o 線性單元

　　o 非線性單元

　　o 扭簧

　　o 用戶自定義單元(子程序EXSPR, EXVISC, EXELAS)

　　& #8226; 集中質(zhì)量單元(CONM2)

　　& #8226; 剛性單元

　　o 橢球體(RELLIP)

　　o 剛性體(RIGID)

　　o 剛性單元(RBE2)

　　o 剛性墻(WALL)

　　& #8226; Euler單元(CHEXA,CPENTA,CTETRA)

　　o 單材料，多材料實體單元(CHEXA,CPENTA, CTETRA)

　　豐富的材料庫

　　MSC.DYTRAN的材料模式中,它包括了線彈性、彈塑性、剛性材料、橡膠材料、低密度泡沫材料、土壤材料、正交各向異性材料、層合復合材料、率相關(guān)材料以及各種屈服準則、失效模式、狀態(tài)方程、多點爆炸燃燒模型等。

　　DMAT卡 為通用的材料本構(gòu)關(guān)系, 可通過設置其中的各個參數(shù)進行組合定義具有以下任一性質(zhì)的材料:

　　& #8226; 剪切模式

　　& #8226; 屈服模式

　　& #8226; 對多折線屈服模式

　　& #8226; 狀態(tài)方程

　　& #8226; 失效模式

　　& #8226; 層裂模式

　　DMATEL卡 - 彈性材料，只需定義楊氏模量E、泊松比γ、體積模量K、剪切模量G

　　DMATEP 卡 - 彈塑性材料，定義材料的彈性、塑性性質(zhì)及各種屈服模式、失效模式

　　DMATOR 卡 - 正交各向異性彈性材料,定義各材料方向的彈性性質(zhì)及失效模式

　　MAT1 卡 - 彈性材料，定義Lagrangian殼單元和梁單元的彈性性質(zhì)。

　　MAT8，MAT8A 卡 - 考慮失效的纖維復合材料。

　　SHEETMAT 卡 - 非均質(zhì)塑性材料, Krieg本構(gòu)關(guān)系。分彈性、屈服準則和硬化準則三部分，應變率相關(guān)，并可用成型控制量(FLD)評估成型過程，主要用于鈑金成形

　　DYMAT14 卡 - 土壤和可壓泡沫材料，描述材料的可壓縮塑性。材料模型是基于Krieg和Key的各向同性塑性理論，材料對剪切載荷和正壓力載荷的響應是完全不耦合的并可定義破壞準則。用于模擬土壤、泡沫、混凝土、金屬蜂窩材料和木質(zhì)材料。

　　DYMAT24 卡 - 分段線性硬化彈塑性材料

　　DYMAT26 卡 - 可壓正交各向異性材料

　　MATRIG 卡 - 剛性材料，用于定義各種形狀的剛性體。

　　RUBBER1 卡 - 橡膠材料，基于Mooney-Rivlin理論

　　FORM1 卡 - 泡沫材料(聚丙希材料)，各向同性、泊松比近似為零的可壓縮材料，只存在一條應力-應變曲線。

　　FOAM2 卡 - 泡沫材料，各向同性、泊松比近似為零的可壓縮材料，用戶可定義卸載的、考慮滯留效應(率相關(guān))的應力應變曲線。

　　與材料有關(guān)的用戶子程序

　　& #8226; EXFAIL 失效模式

　　& #8226; EXLAIL1 正交各向異性實體定義失效模式

　　& #8226; EXCOMP 復合材料失效模式

　　& #8226; EXYLD 屈服模式

　　& #8226; EXBRK 可斷開連接的失效模式

　　& #8226; EXEOS 狀態(tài)方程

　　約束

　　約束有普通的節(jié)點約束(SPC)、剛性節(jié)點約束、剛性墻約束、節(jié)點間的可分開連接(BJOIN)、殼單元和實體單元節(jié)點連接(KJOIN)以及剛性體間的連接。

　　& #8226; 單點約束(SPC)

　　& #8226; 剛性網(wǎng)格點連接(RBE2)

　　& #8226; 剛體墻(WALL)

　　& #8226; 可斷開連接(BJOIN)

　　& #8226; 殼體與實體間的動態(tài)連接(KJOIN)

　　載 荷

　　載荷模式可以是與時間有關(guān)的定向的或隨動的集中載荷、壓力以及各種初始條件。在Euler網(wǎng)格中還可以定義具有各種性質(zhì)的流動界面等。MSC.DYTRAN的載荷模式包括：

　　& #8226; 集中力和集中彎矩

　　& #8226; 跟隨力和跟隨彎矩

　　& #8226; 壓力載荷

　　& #8226; 重力載荷

　　& #8226; 強迫速度

　　& #8226; 初始條件

　　& #8226; 氣袋壓力

　　& #8226; 多點點火爆炸模式

　　& #8226; 用戶自定義載荷

　　接觸算法

　　MSC.DYTRAN可以處理多個構(gòu)件相互高速撞擊問題，接觸界面可以擴大、縮小、考慮摩擦的相對滑動和分離及粘結(jié)。結(jié)構(gòu)可能接觸的兩個面分別稱為主面和從面，面上的節(jié)點稱為主節(jié)點和從節(jié)點。MSC.DYTRAN接觸算法采用對稱罰函數(shù)法，其原理是：每一時步檢查從節(jié)點是否穿透主面，沒有穿透則對從節(jié)點不作任何處理;如果穿透則在該從節(jié)點與被穿透的主面之間引入一個較大的界面接觸力，其大小與穿透深度、主面剛度成正比，這個接觸力亦稱為罰函數(shù)值。對稱罰函數(shù)法是同時再對主節(jié)點處理一遍，其算法與從節(jié)點一樣。對稱法函數(shù)法具有對稱性，計算準確，不需要碰撞和釋放條件。罰函數(shù)值受到穩(wěn)定性限制，若計算中出現(xiàn)明顯的穿透，可以放大罰函數(shù)值或縮小時間步長來調(diào)節(jié)。MSC.DYTRAN還可以定義單面檢查接觸或雙面檢查接觸，定義接觸開始和終止的時間，定義阻尼系數(shù)。 MSC.DYTRAN可以考慮以下多種接觸問題：

　　& #8226; 面與面接觸

　　o 變形體-變形體接觸

　　o 變形體-剛性體接觸

　　& #8226; 點與面接觸

　　o 節(jié)點-變形體接觸

　　o 節(jié)點-剛性體接觸

　　& #8226; 單面自身接觸(self-contact)

　　& #8226; BPLANE接觸法，有效解決接觸面死角區(qū)域和穿透問題，并且計算效率高穩(wěn)定性好，尤其適于氣囊展開分析。

　　& #8226; 高效的自適應接觸(侵蝕接觸)：可以定義單元與單元間、不同材料間的侵蝕接觸

　　& #8226; 所有的接觸均可考慮庫倫摩擦, 靜、動力摩擦系數(shù)和滯留系數(shù)

　　& #8226; 考慮殼單元厚度及間隙

　　& #8226; 粘合連接

　　o 網(wǎng)格密度不同的面與面間的連接

　　o 點與面間連接

　　o 線與面間連接

　　MSC.DYTRAN考慮摩擦的面～面接觸、點～面接觸、單一平面自身接觸、自適應(侵蝕)接觸以及接觸滑動的強有力接觸分析功能，能夠廣泛應用在結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)之間甚至結(jié)構(gòu)自身的動力接觸分析中。

　　剛性體

　　MSC.DYTRAN可以用多種方法定義剛性體，剛性體的各種性質(zhì)如質(zhì)量、各慣性矩均可以用戶自己定義或程序自動計算

　　& #8226; 用解析法定義的剛性橢球(PELLIPS)

　　& #8226; 任意形狀的剛性體

　　o 用剛性面定義(Rigid)

　　o 用剛性材料定義(DMATRIG)

　　安全防護(假人模型/安全氣囊)

　　MSC.DYTRAN在安全防護方面具有高級安全氣囊展開分析能力;并與美國航天醫(yī)學研究中心開發(fā)的ATB程序提供的假人模型(此模型主要應用于動態(tài)運動中人體生物力學研究)進行了全面集成。MSC.DYTRAN的假人模型包括：基于SI制的假人模型即5%、50%和95%的HYBRID III模型，以及SI制和英制的50%的HYBRID II模型和英制50%的HYBRID III假人模型。此外MSC.DYTRAN與荷蘭TNO公司汽車安全性分析軟件Madymo的假人模型直接耦合，可方便地調(diào)用它的多種假人模型。利用假人模型和MSC.DYTRAN可以在汽車碰撞或飛機著陸時模擬人體的響應及運動姿態(tài)。

　　MSC.DYTRAN利用流體-結(jié)構(gòu)耦合分析功能模擬氣囊展開，同時可以模擬展開過程中氣囊內(nèi)熱傳導。對氣囊內(nèi)的氣體描述允許采用均勻壓力或更精確的完全氣動力學方法。分析模型中考慮了氣囊的多孔性，通過孔洞的滲透性。MSC.DYTRAN先進的氣囊展開技術(shù)除了用于乘員安全性模擬，也能用在飛行器回收和著陸時的氣囊展開模擬。

　　爆炸分析

　　MSC.DYTRAN具有豐富的材料模式、狀態(tài)方程(JWL炸藥方程)及各種起爆條件，能夠用于模擬爆炸波的傳播和爆轟產(chǎn)物的運動，以及爆炸沖擊波對結(jié)構(gòu)的響應。MSC.DYTRAN的爆炸分析支持單點爆炸分析和多個爆炸點的多點爆炸仿真。

　　水下爆炸

　　MSC.DYTRAN嵌套了美國著名的水下沖擊遠場分析USA軟件的集成接口(需License授權(quán))，用于計算水下爆炸的流體與結(jié)構(gòu)的相互作用。MSC.DYTRAN的USA接口可以考慮孔穴模型。MSC.DYTRAN強大的爆炸氣泡算法，能夠保證精確模擬水下爆炸問題。

　　重啟動分析

　　MSC.DYTRAN的重啟動功能可以十分方便地將一個規(guī)模較大的題目分階段進行運算。

　　用戶自定義子程序接口

　　MSC.DYTRAN通過預留的大量用戶子程序接口，方便地實現(xiàn)客戶化的需求。通過這些接口，能夠?qū)SC.DYTRAN本已強大的標準分析功能進一步擴充。

　　& #8226; 定義材料的失效: EXFAIL, EXFAIL1, EXCOMP, EXYLD

　　& #8226; 定義壓力載荷: EXPBAG, EXPLD

　　& #8226; 定義狀態(tài)方程: EXEOS

　　& #8226; 定義彈簧/阻尼特性: EXELAS, EXSPR, EXTLU, EXVISC

　　& #8226; 定義速度場: EXTVEL

　　& #8226; 用戶指定的節(jié)點和單元的輸出請求：EXALE,EEXOUT, GEXOUT

　　& #8226; 定義初始條件：EXINIT

　　& #8226; 定義流動條件：EXFLOW，EXFLOW2

　　& #8226; 定義與時間相關(guān)函數(shù)：EXFUNC

　　& #8226; 定義連接失效：EXBRK

　　四、MSC.DYTRAN界面

　　在MSC.PATRAN 框架下集成的MSC.DYTRAN前后處理界面清晰、直觀，方便實現(xiàn)利用MSC.DYTRAN分析所需的復雜建模和可視化，以及計算結(jié)果的各種動畫處理。詳細了解請參見介紹MSC.PATRAN的專門資料。

　　五、MSC.DYTRAN的應用產(chǎn)品

　　MSC一貫遵循面向客戶，面向過程的產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略。除了提供應用廣泛的標準仿真產(chǎn)品外，還在這些標準的軟件基礎上通過客戶化提供了各種面向行業(yè)中特定問題的仿真工具。例如在MSC.DYTRAN這一先進的非線性動力分析標準求解器產(chǎn)品基礎上，開發(fā)了另外兩個客戶化產(chǎn)：MSC.SUPERFORGE和MSC.DTROP TEST。

　　MSC.SUPERFORGE是由MSC與日本鍛造協(xié)會、住友重工和日立公司四方聯(lián)合，在MSC.DYTRAN核心上，面向鍛造工程設計人員而開發(fā)的全三維鍛造仿真系統(tǒng)。并與MSCPATRAN全面集成，方便快捷地完成冷鍛熱鍛和多道次加工。MSC.SUPERFORGE的計算效率比傳統(tǒng)有限元法提高至少5-10倍。

　　MSC.DTROP TEST是以MSC.DYTRAN為內(nèi)核求解器，與MSC.PATRAN集成的專門面向跌落試驗和沖擊仿真，可用于電子儀表、消費品、醫(yī)療器械和包裝容器(袋)等物體的抗沖擊和跌落分析。MSC.DTROP TEST軟件具有高度自動化，使用者無需過多仿真知識易于掌 握。

　　六、 應用實例

　　MSC.DYTRAN的強大功能在軍事、國防、航空航天、汽車、核工業(yè)、電子工業(yè)、船舶工業(yè)等許多重要的領(lǐng)域得到廣泛深入應用, 尤其是對各種復雜而又難以觀測的物理過程模擬方面, 它起到了理論分析和實驗觀測難以替代的作用, 是一般的有限元分析軟件力所不及的.