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MSC/PATRAN 软件介绍

概述

MSC/PATRAN是工业领域最著名的有限元前、后处理器，是一个开放式、多功能的三维MCAE软件包，具有集工程设计、工程分析、和结果评估功能于一体的、交互图形界面的CAE集成环境。

主要特点

                  鼠标驱动的Motif标准图形用户界面

命令过程自动文件记录，记录文件可编辑修改并用于模型参数化研究 交互的超文本在线帮助系统 数据库不同平台相互兼容

强大的PATRAN命令语言(PCL)可使用户开发自己的分析模块和完全集成已有的分析程序 CAD模型直接读入

Unigraphics几何特征读写和编辑功能 独立的几何模型的创建和编辑工具

完全集成MSC的各种分析求解器及外部、第三方的分析求解器 丰富、高质量的1D, 2D 和 3D网格划分器 任意的梁截面库定义

载荷、边界条件、材料和单元特性可直接施加在几何模型上 可视化的与时间或温度相关的载荷和材料特性的定义及显示 丰富的结果后处理功能 丰富可调的色彩显示方案

直接访问材料管理系统MSC/MVISION中的各种材料数据 网络浮动LICENSE管理 通过2000年问题检验

图形用户界面

MSC/PATRAN图形用户界面是一个基于表格、鼠标驱动的菜单和图标系统，所有菜单风格一致、易学易用。其功能可概述为：  OSF Motif 标准  全屏幕菜单系统  命令中断功能

 用户输入可选择：鼠标、对话框、键盘         方框和多边形鼠标屏幕选取方式 命令UNDO功能

屏幕拾取或直接输入标号选择要素 要素标号重排功能

任何时刻可访问PATRAN的任意应用功能

用户定制的、图标式的“Quick Pick”工具菜单，使用户更容易访问常用的命令 用户可开发的开放界面

流行的Frame在线超文本联机帮助系统

CAD几何模型的直接读入

MSC/PATRAN 可以直接读取当前各主流CAD系统的几何造型用于生成有限元模型，读入的CAD模型保持其原有的格式而不作近似处理，生成的有限元单元、模型的载荷、边界条件和材料特性均和几何模型相关联。目前支持的通用几何接口标准

 Parasolid  ACIS  STEP  IGES 直接CAD零件或装配模型文件读入的接口 CADDS 5  CoCreate  CATIA  AutoCAD  EUCLID 3  Bravo  Pro/ENGINE CADKEY ER  IronCad  Unigraphics  MSC/ARIES  SolidWorks  TurboCAD  SolidEdge  Vellu SolidDesigner 可读入的要素 几何点  曲面和实体  曲线  Unigraphics的特征 其中，Unigraphics的特征不但可以读入Patran，而且在Patran中优化后仍可作为UG的特征返回UG，供CAD修改设计使用。

读入的CAD模型保持其原有的数学表达格式 MSC/PATRAN EXPRESS 中间文件

 读入MSC/ARIES的几何模型  在不同平台之间传递几何模型 所有CAD软件的IGES文件读入

 几何点、曲线、曲面  有限元节点和单元 IGES文件输出

 几何点、曲线、曲面、实体

 有限元节点、单元和相关的坐标系

几何造型功能

MSC/Patran包括一系列的几何造型和编辑功能，不但可以编辑读入的CAD造型以划分有限元网格，而且可以创建复杂的几何造型。其功能特点归纳为： 风格一致的菜单形式 多种几何要素 点  Trimmed 裁剪曲面  曲线  三参数实体  曲面  B-rep实  实体 多种生成选项

 平移或拷贝、转 直接定义XYZ坐标生成动、比例缩放、 任意方向拉伸、旋转生成 镜象  复杂要素分解为简单要素

 滑动拉伸、法向 要素相交产生新的要素

拉伸  重叠在指定的面上产生线、面

 抽取点、线、面  投影点、线、面  导角  由有限元网格生成曲面

 通过组的变换生成几何要

曲线、曲面合并功能 任意的局部坐标系：

笛卡儿、圆柱和球坐标选项。计算几何模型的质量和几何特性：

重心、形心、转动惯量等。

分析求解器的接口

在PATRAN界面内可直接选择的求解器包括：

 MSC/NASTRAN  MSC/MVISION  MSC/DYTRAN  Star-CD  MSC/DROPTEST  CFX  MSC/SUPERFORGE  Fluent    ABAQUS ANSYS LS-DYNA3D    MARC

PamCRASH SAMCEF

MSC/PATRAN 中间文件选择：

任何第三方分析器可通过此格式与PATRAN集成在一起。

另外，MSC/PATRAN还可以选择自身的求解器和分析功能，包括：:  线性结构分析P/FEA  非线性结构分析P/AFEA  专业热分析包MSC/THERMAL  专业疲劳分析包MSC/FATIGUE  高级分析管理器P/Analysis Manager  高级层板复合材料建模器PATRAN/LAMINATE MODELER

有限元建摸

网格生成器

快速曲面网格划分器：

任意2D曲面网格生成用户定义局部或全局单元尺寸 网格自动光顺以确保网格质量 网格密度控制包括曲率检查 无曲面的面网格

先进的算法保证在边界和特殊区域的网格形状最佳 p-单元算法产生较少的单元以用于p-单元方的法分析

自动实体单元网格划分器：

四面体网格

任意几何体3D网格划分

强大的网格密度控制功能，包括曲率控制

先进的算法保证在边界及重要区域网格有最佳形状 先进的算法保证在边界和特殊区域的网格形状最佳

映射网格划分器：

通用1D、2D、3D有限元网格划分 单一命令多种网格划分选项：

均匀、非均匀（包括单方向、双方向、及基于曲率的网格分）控制 网格过渡控制 网格种子控制

用户控制的网格光顺处理 两条线之间产生面单元

扫略网格生成器：

1D、2D和3D 单元可从低一阶次的单元扫略形成，扫略方法有很多种，包括：  圆弧方向   柱面径向   拉伸   球面径向 

在拓扑相近的四边形网格之间蒙出实体单元

滑动

滑动-导轨 法向

球面周向矢量域(field)网格划分主要功能

强大的单元库包括线性、二阶、及三阶单元：

单元形状

节点数

杆

三角形4 6 7 9 13 四边形

l 4 5 8 9 12 16 四面体5 10 11 14 15 16 40 楔形单元7 15 16 20 21 24 52 六面体 8 9 20 21 26 27 32 64

特殊单元类型包括：

 质量单元  弹性支撑  弹簧元  自由度集  阻尼单元  多点约束(MPC)自动硬点

自动产生高阶单元的边中、面中、或中心节点

单元平移、转动、镜象和比例缩放以复制和管理单元 节点和单元的修改编辑 单元细化

一个几何体多种不同网格划分并存在于同一个数据库库

方便的选项以产生位置重合的节点用于生成零长度单元，如间隙单元和滑移线单元 重合节点自动消除功能选项：

 根据拓扑或几何关系

 用于检查重合的节点可根据组定义、个别选择或整个模型  检查单元不连续和特殊单元  预览将删除的重合节点  选择节点不进行重合检查

节点号、单元号、及其位置用户可完全控制 检查功能确保所有分析模型的完整性

 壳单元的细长比、翘曲、扭曲、阶梯性及法向的一致性检查  高阶壳单元的法向和切向便置检查

 实体单元的细长比、内角、扭曲、表面扭曲、表面阶梯性、表面翘曲、四面体间隙、单元连接、及重合检查  雅可比测试

 单元特性、材料、及边界条件的图形显示  单元自由边和自由面的图形显示 对带宽和波前进行优化

 压缩和/或重排节点和单元序号

 Cuthill-McKee和 Gibbs-Poole-Stockmeyer 优化算法 有限元网格可以随时与几何点、线、面或体相关联，这对生成网格时未做几何关联或网格从外部读入的情况非常有用

通过组的变换生成网格

利用别的单元的表面或边生成新的单元

节点投影到平面、曲面、曲线或指定的空间位置 单元网格打开和闭合函数赋值

在 MSC/PATRAN中，函数赋值既可以用于施加载荷和边界条件，又可用于材料和单元特性的定义。

载荷和边界条件

可直接作用于几何或有限元，且有多种方法：

 连续，集中于一点  通过一个曲面  沿一条边  通过一个实体  在一个平面、柱面或球面内 分析所要求的输入表格形式

丰富的载荷和约束选项，包括：

 力和力矩  点或面或体积热源  压力和面分布力  对流  强迫位移或约束  热通量  温度

多个点或单元与其它点或单元相联系的表格输入区域 数学函数表达的域可用于施加变化载荷

不同的有限元网格之间计算结果插值，如：热-结构 多个载荷和边界条件作用时产生多工况

材料和单元特性

支持的材料模型

 各向同性   正交异性   各向异性  密度和材料主方向随空间位置变化 可直接加在几何或有限元模型上 合成复合材料特性

 对称和反对称层状复合材料  Halpin-Tsai准则  短纤维复合材料

应力、应变、应变率、温度、或频率相关

复合材料 热各向同性

热正交异性和热各向异性 MSC/MVISION的材料信息可由材料库直接读入MSC/PATRAN 每个特性定义可有多达96个特性输入位置 所有数据均可用彩色图显示出来以检查

每个特性值均自动根据分析器被指定一个名字

结果评估

MSC/PATRAN可快速明了的显示结构、热、疲劳、流体、及电磁场分析的结果，并能和其它有限元程序关联，Patran的结果分别与其有限元网格和节点进行映射。

多种结果彩图显示类型：

 等值图  变形形状  彩色云图  等值面  连续色彩云带  流线  混合云带  流面  单元填充显示  记号显示  矢量  x-y曲线  张量显示  阀值  值显示

无限制的颜色谱值对照表

导出结果颜色范围可按以下方法定义：

 半自动  手工

 显示出最小、最大、或同时显示出最小和最大值 组合结果值选项包括：

 在单元中心或节点显示

 节点结果仅在可见的表面显示

 仅显示用户选定的节点和单元的结果 屏幕显示的标题选项包括：

 自动或手工屏幕定位  大小和颜色可调  显示开关

与硬件相关的实体消隐及连续云图瞬态动画

结果显示可以变形后的几何叠加在未变形的几何上同时显示出：

 线框或隐藏线方式  变形动画

 可调的显示放大因子

结果显示可按等值线或云图方式叠加在变形或未变形的消隐几何上

任何与时间或载荷步有关的结果都可以做线框、隐藏线和消隐实体方式的动画显示，包括：

 模态  云图  变形  连续云图  等值线  单元填充结果动画 多种张量和矢量显示方式：

 节点和/或单元结果的幅 可用色图或单色图显示张量

值、方位和方向显示  可加一比例因子  叠加在变形或未变形的几何上  可在总体坐标、单元坐标、外部单元文件和其它 可选择标号显示 坐标系里显示 沿梁单元的结果分布可用x-y曲线方式显示：

 可同时显示多达三个结果曲线

 测量计算导出结果（剪力、力矩）时第一个单元和最后一个单元的距离  结果可在梁单元的任何一点导出和显示

 曲线可以是由一个结果对另一个结果、对总体变量或沿任一路径产生 图象功能帮助结果图绘制：

 任意选取的节点或单元结果显 切面显示

示  不同色谱显示  标出最小和/或最大值  任意多个视窗显示  显示所有结果  强大的标号显示控制 对所有显示内容生成硬拷贝图象

X-Y 曲线

多种输入方法：

 键盘  外部文件

X-Y数据对输入格式灵活：

 X-Y 数据成对输入

 仅输入Y数据而X数据按给定的增量自动增加 同时可有多个曲线窗：

 曲线窗可相互覆盖  曲线窗大小可调

每个曲线窗可有无数条曲线：

 数据可按分散点、折线、小方块 或样条线的形式显示  曲线的颜色、风格（实线、点线或虚线）、及宽度可调  15种曲线标识符号 曲线坐标轴的定义：

 颜色、风格（实线或虚线）、宽度和长度可调 图注：

 颜色、尺寸、边线、背景色、及显示内容的多少可任选 标题：

 整个屏幕、每个曲线窗、每个坐标轴、每条曲线及每个图注均可给定标题  标题字体和颜色可调 X 和Y轴比例可调：

 线性或对数坐标

 可自动、手工或给定一个范围来产生

PATRAN 命令语言

PATRAN 命令语言(PCL)是 MSC/PATRAN的核心编程语言，是一个高级、模块化结构的编程语言，它提供许多与传统编程语言类似的功能。PCL可用于编写应用程序、用户特殊的命令和菜单，进行变量化建模，更完全的集成商用软件或用户自己的分析软件。

PCL 功能列表 命令行表达式输入 可编译的命令库函数

丰富的表格及菜单库供开发用户图形界面 递归的子程序和函数调用 同类函数归于一个类 条件分枝语句

 IF, THEN, ELSE  SWITCH, CASE, DEFAULT  BREAK, CONTINUE 条件循环语句

 REPEAT, UNTIL  WHILE, END WHILE  FOR, TO, BY, END FOR  LIST, END LIST 用户可定义的表格生成功能使用户的PCL函数可通过菜单选项来执行 数据库的访问存取工具

整型、实型、逻辑型、字符串变量及常数 局部、全局、静态变量及类变量 任意变量类型的数组

虚拟内存数组及数组内存管理功能 跟踪调试工具 数组排序和搜索

字符串函数包括大小写转换和缩写检查 二进制及文本文件读写功能 多种数学函数程序 丰富的图形函数：

 绘点、线、虚圆或实圆、虚方块或实方块、虚多边形或实多边形  在任意位置显示文本  改变图形寄存器 模型管理程序：

 比例缩放  转动  旋转  平移 系统实用工具

配置要求

MSC/PATRAN目前支持绝大多数计算机平台、操作系统和图形显示卡。运行MSC/PATRAN 具体所需的系统资源与许多因素有关，包括整个模型的大小及复杂程度。目前支持的平台及操作系统包括：

 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