一、MSC.DYTRAN開發(fā)歷史

        MSC.DYTRAN以無可爭辯的實(shí)力，贏得世界頂尖高度非線性、流-固耦合、瞬態(tài)動力響應(yīng)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(dú)特之處。

　　MSC.DYTRAN的第一個(gè)商業(yè)版本發(fā)布于1991年，是集MSC公司兩個(gè)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(yīng)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(yīng)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(xué)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(yīng)，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(yīng)就是在MSC.DYNA中增加高級的流體動力學(xué)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(xué)和流體-結(jié)構(gòu)相互作用仿真軟件PICSES。

　　當(dāng)時(shí)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(yīng)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(shí)。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(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，優(yōu)勢互補(bǔ)的成功佳作。這兩者嚴(yán)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(chǔ)上,自行開發(fā)了先進(jìn)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(gè)能夠用完全耦合的方法模擬復(fù)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(dāng)時(shí)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(dǎo)CAE自動化邁進(jìn)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(xiàng)目考驗(yàn)，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(gè)同類軟件的評測為例，可窺一斑。該項(xiàng)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(bào)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(kuò)展能力、軟件可擴(kuò)充性、流體-結(jié)構(gòu)相互作用和高級復(fù)合材料模擬等諸多方面獲得最高分?jǐn)?shù)。非技術(shù)的考核結(jié)果表明，MSC.DYTRAN軟件運(yùn)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(xiàng)MSC.DYTRAN也獲最高分。此外，對三個(gè)軟件考核分析與實(shí)驗(yàn)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(yán)厲考驗(yàn)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(yīng)用。

　　MSC.DYTRAN應(yīng)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(shí)內(nèi)發(fā)生的流體結(jié)構(gòu)相互作用事件的仿真。廣泛應(yīng)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(shè)計(jì)優(yōu)化分析、爆炸對建筑物等設(shè)施結(jié)構(gòu)的破壞分析、聚能炸藥的能量聚焦設(shè)計(jì)分析、戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(gè)或復(fù)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(jī)、火車、輪船等運(yùn)輸工具的碰撞分析、船體擱淺、鳥體撞擊飛機(jī)結(jié)構(gòu)、航空發(fā)動機(jī)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(yàn)，如各種物體(武器彈藥、化工產(chǎn)品、儀器設(shè)備、電器如遙控器、手機(jī)、電視機(jī)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(hù)分析，如安全頭盔設(shè)計(jì)、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(yīng)，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(xué)，高速列車穿隧道的沖擊波響應(yīng)，車輛過橋的動態(tài)響應(yīng)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(qiáng)大的瞬態(tài)動力、流體-結(jié)構(gòu)耦合分析功能的基礎(chǔ)，是MSC.DYTRAN極具特色的先進(jìn)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(yīng)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(zhǔn)確的顯式時(shí)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(xué)系統(tǒng)都是由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的，而不同質(zhì)點(diǎn)占有各不相同的空間坐標(biāo)。有兩種定義空間坐標(biāo)的方法，即Lagrange方法和Euler方法。

　　Lagrange方法是把坐標(biāo)原點(diǎn)固定在系統(tǒng)的某個(gè)質(zhì)點(diǎn)上。當(dāng)系統(tǒng)的位形發(fā)生改變時(shí)，坐標(biāo)也跟著一起移動。Euler方法則將坐標(biāo)固定在空間。設(shè)想在馬路上車來車往，如果將坐標(biāo)原點(diǎn)固定在其中一輛行進(jìn)的車上，從這輛車上觀察其他車輛相對于這輛車的運(yùn)動，這就是Lagrange方法;若坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在交警的指揮臺上，那么所觀察到的不是各車輛的相對運(yùn)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(xué)關(guān)心的是每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的移動、質(zhì)點(diǎn)之間的相對位移及質(zhì)點(diǎn)因之受的力，而流體力學(xué)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(xué)問題。

　　物理場問題的數(shù)值仿真通常在所選定的空間坐標(biāo)系下，將連續(xù)區(qū)域離散成單元和節(jié)點(diǎn)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(biāo)系定義，即Lagrange格式和Euler格式。在描述結(jié)構(gòu)時(shí)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(dú)地使用這兩類方法，也可以將二者同時(shí)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(dāng)使用Lagrange方法時(shí),單元的質(zhì)量不變，節(jié)點(diǎn)在物體上的位置固定不動。物體單元由節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)成,物體變形時(shí),節(jié)點(diǎn)隨物體在空間移動,單元亦發(fā)生相應(yīng)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(yīng)力等。這種方法適用于結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析,通過單元的行為仿真物體的運(yùn)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(diǎn)連接構(gòu)成,節(jié)點(diǎn)在空間上固定不動。Euler網(wǎng)格是一個(gè)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(gè)單元流到另一個(gè)單元。因此在劃分單元時(shí),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(gè)意義上講，Euler網(wǎng)格就像一個(gè)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(qiáng)度的材料或只考慮靜水壓力的流體材料。MSC.DYTRAN這種功能強(qiáng)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(shí)間積分方法

　　在用數(shù)值方法求解動力平衡方程時(shí)，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(shí)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(shí)間積分法可以是條件穩(wěn)定和無條件穩(wěn)定，積分時(shí)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(shí)間積分步長必須取很小，與隱式時(shí)間積分法相比,顯式法要求的積分時(shí)間步長要小得多,而隱式法則要對剛度矩陣進(jìn)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(shí)間步長，提高解題效率。MSC.DYTRAN的時(shí)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(jì)算精度已被許多考題和實(shí)際應(yīng)用算例所測試和驗(yàn)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(shí)施。這種方法的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)固定在空間不動即節(jié)點(diǎn)無自由度，物質(zhì)材料在恒定的體積內(nèi)從一個(gè)單元流動到另一個(gè)單元,在求解過程中同時(shí)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(yùn)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(qiáng)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(qiáng)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(shí),將流體產(chǎn)生的力作為"預(yù)先確定"的載荷作用到結(jié)構(gòu)上進(jìn)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(yīng)自動地、精確地算出每一時(shí)間步流-固界面處的物理性質(zhì),在這個(gè)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(yīng)。

　　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(biāo)系平行，此方法大大加快耦合算法的計(jì)算效率。可用于帶強(qiáng)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(gè)考慮失效的耦合面，對于每一個(gè)耦合面，Euler網(wǎng)格法向與總體坐標(biāo)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(jìn)行檢查，它是一種求解效率較高的方法,這種方法的典型應(yīng)用是鳥體碰撞飛機(jī)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(fù)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(gè)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(shí)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(dú)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(jìn)行建模。實(shí)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(qiáng)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(shí)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(fù)合材料、率相關(guān)材料以及各種屈服準(zhǔn)則、失效模式、狀態(tài)方程、多點(diǎn)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(shè)置其中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)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(fù)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(zhǔn)則和硬化準(zhǔn)則三部分，應(yīng)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(yīng)是完全不耦合的并可定義破壞準(zhǔn)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(yīng)力-應(yīng)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(yīng)(率相關(guān))的應(yīng)力應(yīng)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(shí)體定義失效模式

　　& #8226; EXCOMP 復(fù)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(diǎn)約束(SPC)、剛性節(jié)點(diǎn)約束、剛性墻約束、節(jié)點(diǎn)間的可分開連接(BJOIN)、殼單元和實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)連接(KJOIN)以及剛性體間的連接。

　　& #8226; 單點(diǎn)約束(SPC)

　　& #8226; 剛性網(wǎng)格點(diǎn)連接(RBE2)

　　& #8226; 剛體墻(WALL)

　　& #8226; 可斷開連接(BJOIN)

　　& #8226; 殼體與實(shí)體間的動態(tài)連接(KJOIN)

　　載 荷

　　載荷模式可以是與時(shí)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(qiáng)迫速度

　　& #8226; 初始條件

　　& #8226; 氣袋壓力

　　& #8226; 多點(diǎn)點(diǎn)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(gè)構(gòu)件相互高速撞擊問題，接觸界面可以擴(kuò)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(gè)面分別稱為主面和從面，面上的節(jié)點(diǎn)稱為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)。MSC.DYTRAN接觸算法采用對稱罰函數(shù)法，其原理是：每一時(shí)步檢查從節(jié)點(diǎn)是否穿透主面，沒有穿透則對從節(jié)點(diǎn)不作任何處理;如果穿透則在該從節(jié)點(diǎn)與被穿透的主面之間引入一個(gè)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(gè)接觸力亦稱為罰函數(shù)值。對稱罰函數(shù)法是同時(shí)再對主節(jié)點(diǎn)處理一遍，其算法與從節(jié)點(diǎn)一樣。對稱法函數(shù)法具有對稱性，計(jì)算準(zhǔn)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(jì)算中出現(xiàn)明顯的穿透，可以放大罰函數(shù)值或縮小時(shí)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(shí)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(diǎn)與面接觸

　　o 節(jié)點(diǎn)-變形體接觸

　　o 節(jié)點(diǎn)-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(jì)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(yīng)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(diǎn)與面間連接

　　o 線與面間連接

　　MSC.DYTRAN考慮摩擦的面～面接觸、點(diǎn)～面接觸、單一平面自身接觸、自適應(yīng)(侵蝕)接觸以及接觸滑動的強(qiáng)有力接觸分析功能，能夠廣泛應(yīng)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(jì)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(hù)(假人模型/安全氣囊)

　　MSC.DYTRAN在安全防護(hù)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(xué)研究中心開發(fā)的ATB程序提供的假人模型(此模型主要應(yīng)用于動態(tài)運(yùn)動中人體生物力學(xué)研究)進(jìn)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(jī)著陸時(shí)模擬人體的響應(yīng)及運(yùn)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(shí)可以模擬展開過程中氣囊內(nèi)熱傳導(dǎo)。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(xué)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(jìn)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(shí)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(yùn)動，以及爆炸沖擊波對結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。MSC.DYTRAN的爆炸分析支持單點(diǎn)爆炸分析和多個(gè)爆炸點(diǎn)的多點(diǎn)爆炸仿真。

　　水下爆炸

　　MSC.DYTRAN嵌套了美國著名的水下沖擊遠(yuǎn)場分析USA軟件的集成接口(需License授權(quán))，用于計(jì)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(qiáng)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(gè)規(guī)模較大的題目分階段進(jìn)行運(yùn)算。

　　用戶自定義子程序接口

　　MSC.DYTRAN通過預(yù)留的大量用戶子程序接口，方便地實(shí)現(xiàn)客戶化的需求。通過這些接口，能夠?qū)SC.DYTRAN本已強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)分析功能進(jìn)一步擴(kuò)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(diǎn)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(shí)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(shí)現(xiàn)利用MSC.DYTRAN分析所需的復(fù)雜建模和可視化，以及計(jì)算結(jié)果的各種動畫處理。詳細(xì)了解請參見介紹MSC.PATRAN的專門資料。

　　五、MSC.DYTRAN的應(yīng)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(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)仿真產(chǎn)品外，還在這些標(biāo)準(zhǔn)的軟件基礎(chǔ)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(jìn)的非線性動力分析標(biāo)準(zhǔn)求解器產(chǎn)品基礎(chǔ)上，開發(fā)了另外兩個(gè)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(shè)計(jì)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(jì)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(yàn)和沖擊仿真，可用于電子儀表、消費(fèi)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(yīng)用實(shí)例

　　MSC.DYTRAN的強(qiáng)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(yīng)用, 尤其是對各種復(fù)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(shí)驗(yàn)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.