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流行CAD/CAM软件展示
CAD/CAM技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每
个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。现在，工作站和微机平台CAD/CAM软件已经占据主
导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。下面我们将分别介绍国内
外一些流行的软件。
一、国外软件
1．Unigraphics(UG)
UG是UnigraphicsSolutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM模式，为
用户提供一个全面的产品建模系统。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体
、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数CAD/CAM软
件厂商所采用。
UG最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功
能发展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司的CAD/CAE/CAM/CI
M主导系统，这进一步推动了UG的发展。1997年10月UnigraphicsSolutions公司与Inter
graph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的SOLIDEDGE软件统一到Parasol
id平台上。由此形成了一个从低端到高端，兼有Unix工作站版和WindowsNT微机版的较完
善的企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。
2．SOLIDEDGE
SOLIDEDGE是真正Windows软件。它不是将工作站软件生硬地搬到Windows平台上，而
是充分利用Windows基于组件对象模型(COM)的先进技术重写代码。
SOLIDEDGE与MicrosoftOffice兼容，与Windows的OLE技术兼容，这使得设计师们在使用
CAD系统时，能够进行Windows下字处理、电子报表、数据库操作等。
SOLIDEDGE具有友好的用户界面，它采用一种称为SmartRibbon的界面技术，用户只
要按下一个命令按钮，既可以在SmartRibbon上看到该命令的具体的内容和详细的步骤，
同时在状态条上提示用户下一步该做什么。
SOLIDEDGE是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计CAD系统，它是为设计人员
专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。
3．AutoCAD
AutoCAD是Autodesk公司的主导产品。Autodesk公司是世界第四大PC软件公司。目前
在CAD/CAE/CAM工业领域内，该公司是拥有全球用户量最多的软件供应商，也是全球规模
最大的基于PC平台的CAD和动画及可视化软件企业。Autodesk公司的软件产品已被广泛地
应用于机械设计、建筑设计、影视制作、视频游戏开发以及Web网的数据开发等重大领域
。
AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。Aut
oCAD有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等
功能，同时有部分三维功能。AutoCAD提供AutoLISP、ADS、ARX作为二次开发的工具。在
许多实际应用领域(如机械、建筑、电子)中，一些软件开发商在AutoCAD的基础上已开发
出许多符合实际应用的软件。目前，Autodesk公司已经发布AutoCAD2000，它相当于Aut
oCADR15版。
4．MDT
MDT是Autodesk公司在PC平台上开发的三维机械CAD系统。它以三维设计为基础，集
设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体；为用户提供了从设计到制造一体化
的解决方案。
MDT主要功能特点如下：
(1)基于特征的参数化实体造型。用户可十分方便地完成复杂三维实体造型，可以对
模型进行灵活地编辑和修改。
(2)基于NURBS的曲面造型，可以构造各种各样的复杂曲面，以满足如模具设计等方
面对复杂曲面的要求。
(3)可以比较方便地完成几百甚至上千个零件的大型装配。
(4)MDT提供相关联的绘图和草图功能，提供完整的模型和绘图的双向联结。
该软件的推出受到广大用户的普遍欢迎。由于该软件与AutoCAD同时出自Autodesk公
司，因此两者完全融为一体，用户可以方便地实现三维向二维的转换。MDT为AutoCAD用
户向三维升级提供了一个较好的选择。
5．SolidWorks
SolidWorks是生信国际有限公司推出的基于Windows的机械设计软件。生信公司是一
家专业化的信息高速技术服务公司，在信息和技术方面一直保持与国际CAD/CAE/CAM/PD
M市场同步。该公司提倡的“基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统”是以Windo
ws为平台，以SolidWorks为核心的各种应用的集成，包括结构分析、运动分析、工程数
据管理和数控加工等，为中国企业提供了梦寐以求的解决方案。
SolidWorks是微机版参数化特征造型软件的新秀，该软件旨在以工作站版的相应软
件价格的1/4～1/5向广大机械设计人员提供用户界面更友好，运行环境更大众化的实体
造型实用功能。
SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复
杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件
可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。
6．Cimatron
CimatronCAD/CAM系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平
台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造
型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理
。
CimatronCAD/CAM系统自从80年代进入市场以来，在国际上的模具制造业备受欢迎。
近年来，Cimatron公司为了在设计制造领域发展，着力增加了许多适合设计的功能模块
，每年都有新版本推出，市场销售份额增长很快。
7. Pro/Engineer
Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation，简称
PTC)的产品。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械
CAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标
准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM产品Pro/Engineer软件能将设计至生
产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所
谓的并行工程。
Pro/Engineer系统主要功能如下:
(1)真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方。
(2)具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力。
(3)具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。
(4)容易使用，可以极大地提高设计效率。
Pro/Engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整
个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。Pro/Engineer建立在工作站上
，系统独立于硬件，便于移植。
8.I-DEAS
I-DEAS是美国SDRC公司开发的CAD/CAM软件。该公司是国际上著名的机械CAD/CAE/C
AM公司，在全球范围享有盛誉，国外许多著名公司，如波音、索尼、三星、现代、福特
等公司均是SDRC公司的大客户和合作伙伴。
I-DEASMasterSeries5是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。它帮助工程师以极高
的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发
全过程。I-DEAS是全世界制造业用户广泛应用的大型CAD/CAE/CAM软件。
I-DEAS在CAD/CAE一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分析、热力
分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。
SDRC也是全球最大的专业CAM软件生产厂商。I-DEASCAMAND是CAM行业的顶级产品。
I-DEASCAMAND可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的2轴、2.5轴加工到以7轴
5联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化。
二、国内软件
1.高华CAD
高华CAD是由北京高华计算机有限公司推出的CAD产品。该公司是由清华大学和广东
科龙(容声)集团联合创建的一个专门从事CAD/CAM/PDM/MIS集成系统的研究、开发、推广
、应用、销售和服务的专业化高技术企业。公司与国家CAD支撑软件工程中心紧密结合，
坚持走自主版权的民族软件产业的发展道路，以“用户的需要就是我们的需要”为承诺
，在科研成果商品化方向迈出了可喜的一步。
高华CAD系列产品包括计算机辅助绘图支撑系统GHDrafting、机械设计及绘图系统G
HMDS、工艺设计系统GHCAPP、三维几何造型系统GHGEMS、产品数据管理系统GHPDMS及自
动数控编程系统GHCAM。其中GHMDS是基于参数化设计的CAD/CAE/CAM集成系统，它具有全
程导航、图形绘制、明细表的处理、全约束参数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、
标准件库、图像编辑等功能模块。GHGEMS5.0曾获第二届全国自主版权CAD支撑软件评测
第一名。
2．CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师
CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师软件的开发与销售单位是北京北航海尔软件有限
公司(原北京航空航天大学华正软件研究所)。该公司是从事CAD/CAE/CAM软件与工程服务
的专业化公司。
CAXA电子图板是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，可帮助设计人
员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合所有需要二维绘图的场合，
使设计人员可以把精力集中在设计构思上，彻底甩掉图板，满足现代企业快速设计、绘
图、信息电子化的要求。
CAXA-ME是面向机械制造业的自主开发的、中文界面、三维复杂形面CAD/CAM软件。
CAXA制造工程师1.0版于1996年推出，CAXA-ME2.0版于1998年3月发布，CAXA-ME2000版也
已发布。
3．GS-CAD98
GS-CAD98是浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统。该
公司是国家科委高技术研究发展中心、浙江大学和中国航天总公司CAD/CAM中心在杭州联
合创建的高新技术研究、开发和应用企业。大天公司集软件开发、工程应用、信息系统
集成和计算机类产品销售为一体，是从事CAD/CAPP/CAM工程数据库和MIS/OA的开发、应
用、销售和服务的专业化高技术公司。
GS-CAD98是一个具有完全自主版权、基于微机、中文Windows95/NT平台的三维CAD系
统。该软件是在国家“七五”重大攻关及863/CIMS主题目标产品开发成果的基础上，参
照SolidWorks的用户界面风格及主要功能开发完成的。它实现了三维零件设计与装配设
计，工程图生成的全程关联，在任一模块中所做的变更，在其他模块中都能自动地做出
相应变更。
4．金银花系统
金银花(Lonicera)系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系
统。该系统是国家科委863/CIMS主题在“九五”期间科技攻关的最新研究成果。
该软件主要应用于机械产品设计和制造中，它可以实现设计/制造一体化和自动化。
该软件起点高，以制造业最高国际标准ISO-10303(STEP)为系统设计的依据。该软件采用
面向对象的技术，使用先进的实体建模、参数化特征造型、二维和三维一体化、SDAI标
准数据存取接口的技术;具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功
能;同时还具有多种标准数据接口，如STEP、DXF等;支持产品数据管理(PDM)。目前金银
花系统的系列产品包括:机械设计平台MDA、数控编程系统NCP、产品数据管理PDS、工艺
设计工具MPP。
机械设计平台MDA(MechanicalDesignAssistant)是金银花系列软件之一，是二维和
三维一体化设计系统。目前，MDA1.7版已投放市场，MDA99版也已发布。“金银花”MDA
在国内率先实现商品化，并向国外三维CAD软件发出了强有力的挑战。
5.开目CAD
开目CAD是华工科技开目公司开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理
软件，它面向工程实际，模拟人的设计绘图思路，操作简便，机械绘图效率比AutoCAD高
得多。开目CAD支持多种几何约束种类及多视图同时驱动，具有局部参数化的功能，能够
处理设计中的过约束和欠约束的情况。开目CAD实现了CAD、CAPP、CAM的集成，适合我国
设计人员的习惯，是全国CAD应用工程主推产品之一。
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ANSYS有限元通用计算软件简介
1、ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力，仅靠ANSYS的GUI(图形界面)就可建立各
种复杂的几何模型；此外，ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。因而，利用这
些功能，可以实现不同分析软件之间的模型转换。“上海二十一世纪中心大厦”整体分
析曾经由日本某公司采用美国ETABS软件计算，利用他们已经建好的模型，读入ANSYS并
运行之，可得到计算结果，从而节省较多的工作量。
2、ANSYS功能
（1）结构分析
静力分析 - 用于静态载荷. 可以考虑结构的线性及非线性行为，例如: 大变形、大应变
、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.
模态分析 - 计算线性结构的自振频率及振形. 谱分析 是模态分析的扩展，用于计算由
于随机振动引起的结构应力和应变 (也叫作 响应谱或 PSD).
谐响应分析 - 确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应.
瞬态动力学分析 - 确定结构对随时间任意变化的载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同
的结构非线性行为.
特征屈曲分析 - 用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状. (结合瞬态动力学分析可
以实现非线性屈曲分析.)
专项分析: 断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析
用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为.
它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法.
（2）ANSYS热分析
热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力.
ANSYS功能:
相变 (熔化及凝固), 内热源 (例如电阻发热等)
三种热传递方式 (热传导、热对流、热辐射)
（3）ANSYS电磁分析
磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流
、能耗及磁通量泄漏等.
静磁场分析 - 计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场.
交变磁场分析 - 计算由于交流电(AC)产生的磁场.
瞬态磁场分析- 计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场
电场分析 用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场
及电阻热等。
高频电磁场分析 用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。
（4）ANSYS流体分析
流体分析 用于确定流体的流动及热行为. 流体分析分以下几类：
CFD - ANSYS/FLOTRAN 提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流
体、层流及湍流，以及多组份流等。
声学分析 - 考虑流体介质与周围固体的相互作用, 进行声波传递或水下结构的动力学分
析等。
容器内流体 分析 - 考虑容器内的非流动流体的影响. 可以确定由于晃动引起的静水压
力.
流体动力学耦合分析 - 在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使
用流体耦合单元。
（5）ANSYS耦合场分析
耦合场分析 考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响，单
独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到
一起求解的分析软件。
例如： 在压电力分析中，需要同时求解电压分布（电场分析）和应变（结构分析）。
3、ANSYS土木工程专用包
ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结构、钢筋混凝土及岩土结构的特性
，如房屋建筑、桥梁、大坝、硐室与隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震
响应等情况，从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案，为建筑
及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。
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结构计算、辅助设计类软件简介（Ⅰ）
1、UniGraphics简介
关于公司
Unigraphics Solutions (UGS)是全球发展最快的机械 CAD 公司之一，Unigraphics So
lutions 已用UGS名称在纽约股票交易所上市。UGS在全球最大和最积极的VPD实施项目中
支持通用汽车公司，Unigraphics成为日本主要的汽车配件生产商Denso的标准，并且成
为如Anvistir Detroit Diesel、Winnebago和 Robert Bosch等领先的制造公司所选择的
系统。在美国航天航空工业已安装有１００００多套UG, 并占有９０％的俄罗斯航空市
场和８０％的北美汽油淌轮发动机市场。UGS领导了喷气发动杨，拥有如普惠（Pratt &
Whitney）,GE喷气发动机等客户，其它的航天航空客户包括：BE Aerospace、Boeing
Defence、以色列飞机工业公司(IAI) 、英国航天航空公司、Northrop Grumman、、Ily
ushin和Antoaou。UGS目前也遍及到机械、医疗设备、电子、高技术和消费品工业，包括
客户如3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、Digital Eguipment Corp、Philips Electr
onic、The Gillette Company、Timex、Eureka和Arctic Cat。
新的强大的UG功能
业界最好的工业设计软件包，包括一个灵活的复合建模模块以及功能强大的逼真照相的
渲染，动画和快速的原型工具，复合建模让用户可在下例建模方法中选择：实体建模（
Solid）、曲面建模(Surface) 、线框建模 (Wireframe)及其于特征的参数化建模。UG创
新的系统级工程方法－WAVE－获得定义，控制和评估新产品概念的最佳效益和效率的方
法。UG高速加工应用已经被发现：每个冲模加工过程的NC准备时间可平均减少５０％，
每个冲模的差错率可平均减少８０％。 UG/SHOPS为初级用户和机械师二者提供复杂冲模
／注塑模和机加工另件的粗，精加工的＂最佳实践＂模板。UG/几何公差 (Geometric T
olerancing) 模块递交组件级 (Compont-Ievel) 的几何尺寸和形位公差 (GD&T)，使用
户通过公差特征能够快速和准确地相关公差信息到几何对象。 从Moldflow取得许可权的
Part Adviser 模块，递交功能强大的注射过程的建模能力（参见１９９７年Industry
Week ＂Technology of the year＂）。
完整的软件包
Unigraphics确使完全相关的和无缝的数字化实休模型数据共享，该系统易于使用，用广
泛的租用、购买、移植和合作伙伴计划，该系统可以快速执行和提供，软件被设计成是
易于与你的公司的最佳实践和系统进行集成。Unigraphics在最激烈的产品开发竞争中取
得胜利，在MCAD行业中，UG的特征和功能相比之下，有许多独到之处，例如：Unigraph
ics提供：一个功能强大的编程框架，使客户和软件供应商能够开发与UG很好集成和完全
相关的应用程序。
在业界，最紧密地CAD/CAM/CAE与PDM集成。
在客户的扩展企业的意义上的数据相互可*作性，甚至包括对那此有问题的输入数据的高
成功率。 包括培训，直接技术支持，项目实施，系统集成，数据交换和工程应用的完整
服务。以领先前沿的软件供应商为特征的广泛联盟计划，他们的产品因为由Unigraphic
s使用而被优化。虚拟产品开发评估，它用图表表示一个公司采用制造业认可的最佳实践
的程度。 完整的可升级的产品线，为各层次用户优化的产品线，因而，一个公司可以在
需要时以最合适的价格购置或租用仅仅是它需要的那些模块
------------------------------------------------------------
Unigraphics CAD/CAM/CAE软件产品模块(V15)
------------------------------------------------------------
<>Unigraphics 软件入口 UG / Gateway 入口
<>计算机辅助设计 CAD
UG/Solid Modeling实体建模
UG/Feature Modeling特征建模
UG/Freeform Modeling自由形状建模
UG/User-defined用户定义的特征
UG/Drafting制图
Assembly Modeling 装配建模
UG/Advanced Assemblies 高级装配
UG/Photo UG/FAST UG/WAVE控制
UG/Geometric Tolerancing(几何公差)
<>计算机辅助工程CAE
UG/Scenario for FEA
UG/FEA UG/Mechanism机构
UG/MF Part Adviser
<>计算机辅助制造CAM
UG/CAM Base 基础
UG/Postprocessing 后处理
UG/Lathe(车加工)
UG/Core & Cavity Milling 芯和型腔铣削
UG/Fixed-Axis Milling 固定轴-铣削
UG/Flow Cut 流通切削-半自动清根
UG/Variable Axis Milling 可变轴铣前
UG/Sequential Milling 顺序铣切削
UG/Genius 4000 制造资源管理系统 Vericut 检验切削
UG/Wire EDM 线切割
UG/Graphical Tool Path Editor 图形刀轨编辑器
UG/Unisim 机床仿真
UG/Shops
Nurbs (B-Spline) Path Generator Nurbs(B-样条)轨迹生成器
<>Sheet Metal Applications 钹金应用
UG/Sheet Metal Design 钹金设计
Sheet Matel Manufacturing 钹金制造
<> Customization 用户化
<>Web Application Web 应用
UG/Web Express
<>Routing Application 走线应用
UG/Routing走线
UG/Harness导线配线系统
<>Special Application 特殊应用
UG/Rapid Prototyping(快速成型样机)
UG/Manager(管理者)
<> Data Exchange 数据交换
UG/MX
UG/Genconnect
-----------------------------------------------
UG V16 - 和预测工程的元件
Unigraphics Solution 发布 Unigraphics 版本16--标志着预测工程引入了一个重要的
新版本， 这种新技术组合已被证实的工程实践与强大的产品建模能力， 可实现帮助用
户 “预测”一个特定产品的特性的应用。 作为结果， 产品知识， 如最适宜的材料或
公用另件的再使用， 可以数字化进行编码， 用改编到一专门过程的菜单，杠杆应用到
每一个新的设计或系统中， 如模具设计或冲模工程。预测工程通过提供一个环境添加价
值到产品开发过程， 在该环境中工程知识被捕捉和再使用。 使得用户能够在设计过程
早期考虑上游的约束。
UGV16 的预测工程包括：
Process Wizard (过程向导)集成真实世界的专家知识，如最佳实践和特性考虑在全功能
的软件应用中，引导您通过的工程活动。
Analysis and Optimization Tools (分析和优化工具)包括为运动的机械系统的虚拟原
型的 UG/Scenario for Motion+. 这种集成的相关能力是为了大位移复杂运动的机械系
统的建模， 仿真和评估， 包括对静态， 运动学和动力学 (动态) 仿真的支持。
Design Studio (设计工作室)目标针对工业设计师和风格设计专家， 包括直接*纵曲面
， 动态的纹理映家象工具以及互地分析工具， 它们中的所有是与 Unigraphics的其它
应用完全集成的灾些工具捕充设计过程的创造性的一面， 使Design Studio 成为概念产
品设计的一种自然的解决方案。
新的现代技术水平的Windows 用户介面
除了 12 个 V16的新模块和几百个贯穿设计到制造应用的功能增强之处， 是一个 Unig
raphics新的现代技术水平的本地 Windows 用户介面。V16 是与 Windows NT 图形用户
介面完全Windows 依以的， 二个现代的 外观与感觉， 这样用一个完全熟悉的*作环境
提供给在 Windows 的 Unigraphics用户， 因此增加生产率。 Unigraphics 现在采用标
准的 Windows文件选择 对话， 打印机， 颜色工具和剪贴板， 并且是与 Excel 电子表
格应用完全集成。“预测工程引入到 Unigraphics V 16 中的推动，Unigraphics Solu
tions 到以知识为中心的机械设计自动化能力的最前方”
过程线索驱动的虚拟产品开发
Unigraphics CAD/CAE系统通过提供一个独特的基于过程线索的方法来优化客户公司的事
业到领先的前沿，这种方法使得能够实现一个无缝的数字化的从设计到制造的环境，或
虚拟产品开发环境(VPD) 过程驱动技术成为Unigraphics和其它MCAD系统的一个关键区别
。
2、PROE软件模块简介
本世纪的一个重大变革是全球市场的统一，它使市场竞争更加激烈，产品更新更快，但
是有限的资源加上消费者对复杂产品的需求日益增加，使你合很难保持市场分额。在这
种背景下，CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)/CAE（计算机辅助测量）技术得
到迅速普及和极大发展。海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的十大技术中，CAD/
CAM/CAE技术便榜上有名。在为数众多的CAD/CAM/CAE软件中， 主流软件包种类繁多，P
RO/E，UG，CIMATRON，MDT，I－DEAS，MASTERCAM都是个中极品，但PRO/E工业解决方案
地位显赫，它是美国PTC公司的拳头产品，技术领先，在机械、电子、航空、航天、邮电
、兵工、纺织等各行各业都有应用，是CAD/CAM/CAE领域少有的顶尖“人物”。
PRO/E的最新版本为PRO/E2000i，它可运行于Windows/NT和UNIX平台上，共有六大主模块
，下面我把它们逐一介绍给大家。
l PRO/E概述
PRO/ENGINEER软件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表
述产品的外形、装配及其他功能。PRO/E能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。包
括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。其中PRO/E V2000I更增加
了行为建模技术使其成为把梦想变为现实的杰出工具。
一、工业设计(CAID)模块
工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，以前，在零件未制造出时，是无法观看零
件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用3DS可以生成实体模型，但用3DS生
成的模型在工程实际中是“中看不中用”。用PRO/E生成的实体建模，不仅中看，而且相
当管用。事实上，PRO/E后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据
。
包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(动画模拟)、 PRO/DESIGNER(概念设计)、
PRO/NETWORKANIMATOR(网络动画合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（图片转三维模型）、P
RO/PHOTORENDER(图片渲染)几个子模块。
二、机械设计(CAD)模块
机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际
中存在大量形状不规则的物体表面，如图1中的摩托车轮轱，这些称为自由曲面。随着人
们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用 PRO/E生成曲面仅需2步～3步
*作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲
面的方法较多，因此PRO/E可以迅速建立任何复杂曲面。
它既能作为高性能系统独立使用，又能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持GB、
ANSI、ISO和JIS等标准。包括：PRO/ASSEMBLY（实体装配）、PRO/CABLING（电路设计）
、PRO/PIPING（弯管铺设）、PRO/REPORT（应用数据图形显示）、PRO/SCAN-TOOLS（物
理模型数字化）、PRO/SURFACE（曲面设计）、PRO/WELDING（焊接设计）
三、 功能仿真(CAE)模块
功能仿真(CAE)模块主要进行有限元分析。我们中国有句古话：“画虎画皮难画骨，知人
知面不知心”。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件的内部变化情况是难以知晓
的。有限元仿真使我们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态。利用该功能，
在满足零件受力要求的基础上，便可充分优化零件的设计。著名的可口可乐公司，利用
有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近20％，而其功能丝毫不受影响，
仅此一项就取得了极大的经济效益。
包括：PRO/FEM~POST（有限元分析）、PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定义载荷输入）
、PRO/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序连接）、PRO/MECHANICA MOTION（指定环
境下的装配体运动分析）、PRO/MECHANICA THERMAL（热分析）、PRO/MECHANICA TIRE
MODEL（车轮动力仿真）、PRO/MECHANICA VIBRATION（震动分析）、PRO/MESH （有限元
网格划分）。
四、 制造(CAM)模块
在机械行业中用到的 CAM制造模块中的功能是NC Machining(数控加工)。说到数控功能
，就不能不提八十年代著名的“东芝事件”。当时，苏联从日本东芝公司引进了一套五
座标数控系统及数控软件CAMMAX，加工出高精度、低噪声的潜艇推进器，从而使西方的
反潜系统完全失效，损失惨重。东芝公司因违反“巴统”协议，擅自出口高技术，受到
了严厉的制裁。在这一事件中出尽风头的CAMMAX软件就是一种数控模块。
PRO/ES的数控模块包括：PRO/CASTING（铸造模具设计）、PRO/MFG（电加工）、PRO/MO
LDESIGN（塑料模具设计）、PRO/NC-CHECK（NC仿真）、PRO/NCPOST（CNC程序生成）、
PRO/SHEETMETAL（钣金设计）。
五、 数据管理(PDM)模块
PRO/E的数据管理模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出
造成产品各种故障的原因，帮助你对症下药，排除产品故障，改进产品设计。它就像PR
O/E家庭的一个大管家，将触角伸到每一个任务模块。并自动跟踪你创建的数据，这些数
据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了所有数
据的安全及存取方便。
它包括：PRO/PDM（数据管理）、PRO/REVIEW（模型图纸评估）。
六、 数据交换(Geometry Translator)模块
在实际中还存在一些别的CAD系统，如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它们门户
有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中，往往需要接受别的CAD数
据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。
PRO/E中几何数据交换模块有好几个，如：PRO/CAT（PRO/E和CATIA的数据交换）、PRO/
CDT（二维工程图接口）、PRO/DATA FOR PDGS（PRO/E和福特汽车设计软件的接口）、P
RO/DEVELOP（PRO/E软件开发）、PRO/DRAW（二维数据库数据输入）、PRO/INTERFACE（
工业标准数据交换格式扩充）、PRO/INTERFACE FOR STEP（STEP/ISO10303数据和PRO/E
交换）、PRO/LEGACY（线架/曲面维护）、PRO/LIBRARYACCESS（PRO/E模型数据库进入）
、PRO/POLT（HPGL/POSTSCRIPTA数据输出）
3、i－deas软件简介
二十一世纪的一个重大变革是全球市场的统一，它使市场竞争更加激烈，产品更新更快
。在这种背景下，CAD(计算机辅助设计)技术得到迅速普及和极大发展。海湾战争结束当
年，美国评出的最具影响的十大技术中，CAD便榜上有名。在为数众多的CAD软件中，I－
DEAS地位显赫，它是美国SDRC公司的拳头产品，技术领先，在机械、电子、航空、航天
、邮电、兵工、纺织等各行各业都有应用，是CAD领域少有的顶尖“人物”。
I-DEASMasterSeries是美国SDRC(StructuralDynamicsResearchCorporation)公司自199
3年推出的新一代机械设计自动化软件，也是SDRC公司CAD/CAE/CAM领域的旗舰产品，并
以其高度一体化、功能强大、易学易用等特点而著称。I-DEASMasterSeries5于今年6月
20日在美国首次展示，其最大的突破在于VGX技术的面市，极大地改进了交互*作的直观
性和可靠性。另外，该版本还增强了复杂零件设计、高级曲面造型以及有限元建模和耐
用性分析等模块的功能。在我国，正式使用I-DEASMasterSeries软件的用户已经超过40
0家，居于三维实体机械设计自动化软件的主导地位。由于SDRC公司早期是以工程与结构
分析为主逐步发展起来的，所以工程分析是该公司的特长。SDRC公司近期还集中了优势
力量大力加强数控加工功能的开发。
I－DEAS的最新版本为Master Series 9.0，它可运行于Windows/NT和UNIX平台上，共有
七大主模块，下面我把它们逐一介绍给大家。
一、工程设计(Engineering Design)模块
工程设计模块主要用于对产品进行几何设计，包括Master Modeler(建模)、Master
Surfacing(曲面)、Master Assembly(装配)、Mechanism(机构)、Draft Setup(制图建
模)几个子模块。
1.实体建模(Master Modeler)子模块
以前，在零件未制造出时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象
。现在，用3DS可以生成实体模型，但用3DS生成的模型在工程实际中是“中看不中用”
。用I－DEAS生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用。事实上，I－DEAS后阶段的各
个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。
2.曲面(Master Surface)子模块
前面由基本体素拼合成的实体，属于比较规则的物体。但在实际中存在大量形状不
规则的物体表面，这些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将
会大大增加。用 I－DEAS生成曲面仅需2步～3步*作。Master Surface生成曲面的方法有
：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此Master S
urface可以迅速建立任何复杂曲面。
3.装配(Master Assembly)子模块
Master Assembly可将零件在计算机上组装起来。它可用于计算干涉、质量特性等，
并能进行装配体的仿真显示。
二、工程制图（Drafting）模块
I－DEAS的绘图模块是一个高效的二维机械制图工具，它可绘制任意复杂形状的零件
。它既能作为高性能系统独立使用，又能与I－DEAS的实体建模模块结合起来使用，它支
持GB、ANSI、BS308、DIN、ISO和JIS等制图标准。
1.由三维实体零件直接形成二维图(Drafting Setup)子模块
在I－DEAS中，当实体模型建立后，只须几步*作，我们就可以生成三视图(主视图、
俯视图、侧视图)及轴测图。
2.详细绘图(Detail Drafting)子模块
Detail Drafting子模块可生成符合各种标准的工程图。Detail Drafting还提供了
许多有用的工具，如动态导航技术等，这使设计人员制图变得非常方便。
三、制造(Manufacturing)模块
在机械行业中用到的 I－DEAS制造模块中的功能是NC Machining(数控加工)。说到
I－DEAS的数控功能，就不能不提八十年代著名的“东芝事件”。当时，苏联从日本东芝
公司引进了一套五座标数控系统及数控软件CAMMAX，加工出高精度、低噪声的潜艇推进
器，从而使西方的反潜系统完全失效，损失惨重。东芝公司因违反“巴统”协议，擅自
出口高技术，受到了严厉的制裁。在这一事件中出尽风头的CAMMAX软件就是I－DEAS数控
模块的一部分。
I－ DEAS的数控模块分三大部分：前置处理模块、后置处理编写器和后置处理模块
。在前置处理模块中，I－DEAS提供了完整的机加工环境，可同时处理三维实体和曲面。
NC刀具轨迹可根据仿真情况进行修正。后置处理编写器用于生成适合具体NC机床的后处
理程序，该部分采用表格驱动，很容易编写出适应FANUC、SIMENS、FAGOR等数控系统的
后置处理程序。后处理模块读入生成的后处理程序后，再对前置处理模块中生成的刀位
文件.CL进行处理，就可生成所需的数控程序。
四、有限元仿真(Simulation) 模块
我们中国有句古话：“画虎画皮难画骨，知人知面不知心”。主要是讲事物内在特
征很难把握。机械零件的内部变化情况是难以知晓的。Finite Element Simulation(有
限元仿真)使我们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态。利用该功能，在满足
零件受力要求的基础上，便可充分优化零件的设计。著名的可口可乐公司，利用有限元
仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近20％，而其功能丝毫不受影响，仅此一
项就取得了极大的经济效益。
I－DEAS的有限元仿真应用包括三个部分：前置处理模块(Pre－Processing)、求解
模块(Solution)、后处理模块(Post－Processing)。
五、测试数据分析（Test Data Analysis) 模块
I－DEAS的测试数据分析模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试
仿真，找出造成产品各种故障的原因，帮助你对症下药，排除产品故障，改进产品设计
。
六、数据管理（Data Management)模块
I－DEAS 的Data Management模块简称IDM，它就像I－DEAS家庭的一个大管家，将触
角伸到I－DEAS的每一个任务模块。并自动跟踪你在I－DEAS中创建的数据，这些数据包
括你存贮在模型文件或库中零件的数据。IDM也跟踪数据之间的关系。这个管家通过一定
的机制，保证了所有数据的安全及存取方便。
七、几何数据交换（Geometry Translator）模块
在实际中还存在一些别的CAD系统，如UGⅡ、EUCLID等，由于它们门户有别，所以自
己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中，往往需要接受别的CAD数据。这时几何
数据交换模块就会发挥作用。I－DEAS中几何数据交换模块有好几个，如IGES、STEP、D
XF等，其工作原理是先将别的CAD数据转换成中性数据(不依赖于该CAD系统)，然后将中
性数据通过几何数据交换模块转换成I－DEAS数据，这样就可将外来数据全部“同化”。
朋友，现在你已认识了I－DEAS，感觉不错吧!若您想进一步了解I－DEAS，请访问S
DRC的主页，网址为 http://www.sdrc.com/。
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I-DEAS软件介绍
产品装配（Assembly Set）
装配（Master Assembly）——配置、设计和管理大型机械装配体的多用户并行工作环境
（1）支持大尺寸、无限数量零件和多层次超大装配结构。
（2）多种灵活的零部件定位方式和约束关系，确保一个零部件的修改会自动更新其
它所有相关零部件。同时可动态、时实地显示装配的自由度状态。
（3）团队环境中的从自顶向下到自底向上的设计。总设计师确定装配结构及总体设
计后，多个设计者同时进行零部件细化设计，可随时自动更新总体设计。最后总设计师
进行装配件的干涉检查和运动仿真等。
（4）设计评估。含干涉检查，运动学和动力学仿真与分析，装配体误差分析及特性
计算等。
机构构设计（Mechanism Design）——模拟机构的复杂运动，并进行动力学分析
（1）利用图标显示的各零件间关系的约束链，建立或修改装配关系。
（2）局部和全程运动干涉检查。
（3）多铰链、多环机构设计。
（4）运动学分析一计算相对位置、速度和加速度。
（5）系统可进行“大”位移的动力学分析。
* 内置动力学解算功能。
* 碰撞
* 在外力作用下的机构动力学响应分析。
（6）与ADAMS软件的专用接口，以定义更复杂机构及加载和解决更高级动力学仿真
问题。
装配公差分析（Tolerance Analysis）
（1）建立三维产品的几何模型，公差装配过程和装配测量的虚拟样件以模拟装配加
工过程并预测机械系统公差所产生的影响。
（2）提供数据千种装配测量方式，模拟装配体公差的分布及每个尺寸公差的影响。
（3）用形象化图形界面显示各零件运动到通常位置，最大位置和最小位置状态并计
算公差统计分布，经与设计规格比较分析误差原因，并迅速修改误差或装配过程。
曲面设计（Surfacing Set）
曲面造型（Master Surfacing）——基于NURBS的复杂雕塑曲面设计系统
（1）双精度NURBS的多种精确曲面造型方法，并与线框、实体完全集成。
（2）复杂曲面造型及全局或局部曲面控制能力。
* 通过修改尺寸或几何约束的变量化形状控制。
* 变量方程控制的曲面修改。
* 切矢控制的曲面修改
（3）变量扫掠，支持多轨迹扫描，变半径过渡面及尺寸驱动的自由曲面。
（4）基于最小能量原理的形状控制技术，可实现对曲面的高级*作，如推、扭、凹
、抽取等。
（5）曲面分析工具。分析曲面上任意处曲率、高斯等参线、平均曲率、主曲率、切
矢、法矢，检查曲面拼接。
（6）与其它软件的曲面数据转换。
3D IGES 数据转换器 （3D IGES Data Translator）
VDA-FS 数据转换器中 （VDA-FS Data Translator）
SET 数据转换器 （SET Data Translator）
快速成型机数据转据器 （Rapid Prototyping Data Translator）
产品绘图（Core Drafting）
二维绘图（Drafting）——高交的产品绘图系统，支持汉字及图标
（1）与I-DEAS的Master Modeler、Master Surface AKG Master Assembly 等模块
集成，将3D主模型一切住处转为各种2D工程图，并可往3D模型上添加设计细节。
（2）3D与2D的双向信息关联。
（3）独立且强大的2D绘图环境。支持变量化2D绘图和2D概念设计。
（4）支持多种尺寸与公差标准及双向数据转换。
（5）自动生成产品BOM表，并标注装配序号，同时还可生成工程图的管理。
审图与标注（View & Markup）——图纸审查及修改
（1）提供审查和标记工程图能力，并能自动更新工程图。
（2）标记方式有删除修改、移动、尺寸修改、公差检查、文字注解等。
（3）支持Drafting图形、图片或CGM格式文件。
（4）支持多人并行工作方式，并与原设计图双向沟通。
机构设计（Mechanism Eesign)
-----模拟机构的复杂运动、并进行动力学分析
1）运动学分析。计算相对位置、速度和加速度。
2）支持各种常规传动副。铰接副、圆柱副、轴向移动副、平面副、球铰副、万向结副、
齿轮副、螺旋副和齿轮齿条副。
3）支持各种力或位移的边界初始条件。其中包括共点、共线、共面和相切等。
4）支持弹簧、阻尼等约束条件。
5）系统可进行动力学分析以及在外力作用下的机构动力学响应分析。
6）与ADAMS软件的专用接口。
模具设计（Core & Cavity and Mold Base Design)
------一体化的模具解决方案，根据模具经验生成模具凸凹模，根据标准模架库和部件
自动生成全套模架总成
1）根据指定分模方向确定分模线，A Side,B Side，自动生成分模面，同时也可以手动
调整局部方向，支持行位和抽蕊等模具行业的专业需求。
2）用标准部件确定模架尺寸，可用预览图形的方法进行定位。
3）生成包含全部模架所需的零件。例如：水道、顶针、固定、压紧机构、行位、抽蕊机
构等。
4）自动生成模架的分解图。
5）支持DME、Hasco,Futaba以及Strack标准模架库。
注塑冷却仿真（Mold Flow)
------注塑过程仿真系统，模拟浇注模具过程中塑料流动，可优化零件与模具的设计，
以达到质量，成本和时间的最优化平衡
1）注塑填充分析
2）熔合缝的位置
3）注塑冷却分析
4）辅助浇口和冷却回路分析
5）收缩后零件的最终形状
6）材料数据库
产品寿命预测（Durability)
--------预测交变载荷下产品的材料强度和疲劳安全的工具
1）直接利用线性或非线性分析的应力结果
2）交变静态载荷的疲劳分析
3）强度和疲劳安全的优化设计（材料、物性和零件几何尺寸）
4）“what-if"设计方案
高级产品寿命预测（Advanced Durability)
--------预测静态或瞬态载荷下产品的寿命和疲劳破坏
1）静疲劳分析（如发动机的结构/热疲劳）和动疲劳分析（如车身疲劳）
2）载荷可以来自分析或测试
3）疲劳S-N曲线定义
4）多种疲劳算法
5）测试/分析相关性研究
6）数据处理工具
电子系统冷却仿真（ESC）
---------电子系统的三维热/流动分析，I-DEAS集成环境中的电子系统可靠性分析工具
，仿真可直接在CAD模型上分析单元件、多芯片组、散热片、PCB、功率模组或完整系统
的热/流动行为，含PCB MODELER和ECAD接口，用于优化元器件的位置、预测风扇运行、
评估自然对流和强制对流的冷却效果，设置风扇和通风口的位置与尺寸，优化散热片的
形状和尺寸等
1）应用有限单元体积控制技术
2）风扇、通风口、多孔隔板、流动障碍、颁阻尼和对称面等流动边界
3）多种对流表面的建模方式
4）温度、单元热、热通量、生成热、对流和辐射等热边界
5）PEXMesh和DxMesh技术自动连接不连续的流体网格
6）热耦合技术在不连接，不匹配或不相似的结构网格之间建立热通路
7）风扇库、散热片建模。可以建立常用组件库
8）求解稳态或瞬态过程。流动和热计算并行进行
9）模拟结果可用3D矢量、粒子路径、轮廓、准则等图形、表格或报告的形式给出
变量化分析（Variational analysis)
--------变量化分析使仿真在设计初期介入设计过程，利用单一模型进行广泛的设计探
索，变量化分析在设计可变的全变量范围内自动解算有限元模型，通过一次网格划分和
解算，生成设计手册式结果，得到多种可对比的方案
1）分析驱动的设计与产品优化使设计工程师可以对比多种设计方案
2）支持线性静态分析与模态分析，在产品设计的初期保证产品的结构性能
3）设计变量包括几何，材料特性或是单元，使设计工程师可以考察结构尺寸或材料变化
对产品性能的影响
4）设计变化灵敏度分析使设计工程师可以考察产品尺寸变化（如制造误差等）如何影响
产品性能
5）利用产生的设计曲线族和手册式结果进行最佳方案选择
6）利用结果可视化工具VA Viewer进行设计评估
响应分析（Response Analysis)
------响应分析用来探索结构在静态，瞬态，谐波和随机等激励下的受迫响应，模态可
以来自结构分析或测试
1）多种激励的输入，生成和编辑工具
2）激励可以是力（分布力，节点力），受害迫动动（位移，速度和加速度）冲击，旋转
力和质量不平衡等。
3）时变的静态激励下的响应分析（线性叠加法）瞬态响应分析，频率响应分析，随机响
应分析和响应谱分析
4）计算和报告位移，速度，加速度，反力，单元力，应力和应变响应函数
5）响应数据是整个结构或某些节点的时域或频域表示
6）响应结果包括：位移，速度，加速度，应力，应变，单元力和变形能
7）从I-DEAS UNV文件，MTS时间历程文件，MTS RPCIII文件和DAC文件输入/输出数据
I-DEAS还有最优化分析(OPTIMIZATION),复合材料分析（Laminates）,以及可与SYSNOIS
E匹敌的音响分析模块（Vibro-Acoustics），但其模具设计则是用的Moldflow
4、FEPG简介
一、FEPG结构简介
1、前处理自动生成系统
本系统采用广大工程师乐于接受的带关键字的表格数据输入方式，但表格的个数、名字
、形式、列变量（即字段）数和名字，以及表格数据的类型、显示格式和存文件方式等
，均可按用户规定，没有任何限制。在数据文件中允许用户引入变量，允许用户采用任
何FORTRAN函数表达式及子程序输入数据，允许用户在任何地方插入FORTRAN源程序。可
对各种复杂的复连通域自动产生有限元网格，可自动并接任意多个子区域的数据。
本系统提供了大量的宏命令帮助用户快速，方便地进行网格剖分。宏命令方式基本上等
价于子程序方式，宏命令方式可以带缺省参数， 因此在调用时，宏命令方式比子程序方
式更灵活更方便。
2、单元子程序自动生成系统
自动产生计算单元刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵和单元荷载向量的单元子程序。本系
统允许有任意多个未知函数、任意多个广义位移、任意阶插值多项式、任意维数空间、
任意阶（不超过四阶）偏微分方程组（包括非对称）。用户只需输入变分 （虚功）表达
式，坐标变换表达式即可得到单元子程序。全部名字（如：未知函数、广义位移、坐标
变量等）皆可按用户习惯自行规定。除此之外，本系统还提供了常用的公式库，用户可
直接调用这些公式。对库中没有的公式还可利用本系统提供的公式生成程序自动产生。
3、算法程序自动生成系统
按照用户给出的对应于线性化和时间离散化后的代数方程组的矩阵表达式及右端项表达
式自动产生算法主程序；按照后处理表达式自动产生算法后处理计算程序，为计算非稳
态和非线性耦合问题提供了强有力的工具。
4、各种求解器
本系统提供多种求解线性代数方程组程序。包括只用内存的对称和非对称变带宽求解器
，用外存的对称和非对称变带宽求解器，高斯-塞德尔求解器，松驰迭代法求解器，共轭
梯度法求解器，不完全LU分解预条件子共轭梯度法求解器等。
5、WINDOWS风格的用户界面
用户界面是有限元程序自动生成系统的一个独立部分，它可以调用和运行有限元程序自
动生成系统的全部功能，具有切换工作路径，建立和编辑文本文件，浏览各子系统的使
用说明和文件原型，运行常用命令，创建应用向导，复制界面提供的文件及算例，运行
有限元自动生成系统的后处理等功能。 用户界面采用中文 WINDOWS 95/98/20/NT 应用
软件的统一界面，可同时打开多文挡窗口。常用命令均可通过Windows 风格的菜单运行
。
6、由公式库生成有限元程序
在Windows风格的用户界面上，利用向导AppWizard的功能，用户只需依次选择学科，坐
标系，具体问题，问题类型，单元，求解器，算例数据，然后点击“RUN按钮”，即可自
动生成自己所需的有限元程序。
7、有限元图形交互系统
本图形交互系统在WINDOWS风格的图形界面下提供有限元网格及其计算结果的图形显示功
能，可以显示有限元网格图、单元材料分布图、节点号、单元号、有限元计算结果（如
应力场、温度场、位移场、应变场、主应力和折算应力等）的等值线、着色图、失量图
、网格变形图等，可以进行三维视图的旋转、放缩、消隐、切片以及显示部分单元的功
能。
8、有限元程序管理器（WorkSpace）
在 Windows 风格的用户界面的文件菜单下，打开WorkSpace ，将看到整个利用向导App
Wizard自动生成的有限元程序的结构，它由以下几个部分组成：
菜单文件夹，算法文件夹，前处理文件夹 ，基本不变元件程序文件夹，批处理文件夹，
绘图文件夹。若用户需要对文件夹的文件进行编辑，编译或运行，只需在相应的文件上
点击鼠标右键，界面上将马上弹出一个可供用户选择使用的命令菜单。利用 WorkSpace
的功能，用户不需要了解FEPG系统的任何命令，却依然能够轻松自如地使用系统。
9、在线生成有限元程序系统（FEPG网络版）
本版的特点是把FEPG（有限元程序自动生成系统）安装在服务器上，用户通过Internet
网或局域网使用这一系统。用户无须在每一台PC机上安装这一系统。这一系统的工作原
理是：客户端用户通过PC机上的界面程序描述有限元问题并传送给服务器，由服务器相
应的生成FORTRAN源程序，送回客户端，PC机并自动编译和运行。由于由服务器生成源代
码量不大，一般不超过100K字节，因此服务器的运行时间及送回客户端所需的时间很短
，一般在数秒钟内即可完成。用户使用FEPG网络版，与使用安装在自己的PC机上的单机
版，感觉上是完全一样的。
二、 FEPG分析功能简介
⒈ 静力分析
静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段, 主要用来求解结构在与时间无
关 或时间作用效果可忽略的静力载荷(如集中/分布静力、温度载荷、 强制位移、惯性
力等)作用下的响应, 并得出所需的节点位移、节点力、约束(反)力、单元内力、单元应
力和应变能等。FEPG支持全范围的材料模式,包括: 均质各项同性材料,正交各项异性材
料, 各项异性材料,随温度变化的材料。在静力分析中除线性外, FEPG还可处理一系列具
有非线性属性的静力问题, 主要分为几何非线性, 材料非线性及考虑接触状态的非线性
，如塑性、蠕变、大变形、大应变和接触问题等。
2、热传导分析
热传导分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性, 利用FEPG可以
计算出结构内的热分布状况,并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。用户可通过改
变发热元件的位置、提高散热手段、或绝热处理或用其它方法优化产品的热性能。
FEPG提供广泛的温度相关的热传导分析支持能力。 基于一维、二维、三维热分析单元,
FEPG可以解决包括传导、对流、辐射、相变、热控系统在内所有的热传导现象。
FEPG提供了适于稳态或瞬态热传导分析的线性、非线性算法。
⑴． 线性/非线性稳态热传导分析
基于稳态的线性热传导分析一般用来求解在给定热载和边界条件下, 结构中的温度分布
,计算结果包括节点的温度和单元的温度梯度, 约束的热载，由节点的温度可进一步用于
计算结构的响应; 稳态非线性热传导分析则在包括了稳态线性热传导的全部功能的基础
上, 额外考虑非线性辐射与温度有关的热传导系数及对流问题等。
⑵． 线性/非线性瞬态热传导分析
线性/非线性瞬态热传导分析用于求解时变载荷和边界条件作用下的瞬态温度响应, 可以
考虑薄膜热传导、非稳态对流传热及放射率、吸收率随温度变化的非线性辐射。
3、电磁场分析
电磁场决定电工设备和电磁物理装置的工作状态和性能，它的分析和计算是这些设备装
置设计和优化的重要基础。由于有限元法的通用性和对特殊问题的适应性，最为广泛地
被电磁场计算工作者所应用。但由于有限元计算程序的复杂性，使这种方法的普遍应用
受到了严重阻碍。例如：
1、任何一个功能完善的有限元软件起码需花好几个人年的劳动才能完成。
2、商品软件在实际推广应用中还存在许多难以解决的问题：
① 通用性强的软件价格昂贵，并难以理解和掌握，需填写的数据也很多。而专用软件所
能解决的问题又非常有限；
② 用户不能修改这些软件或加入程序以满足其特殊需要；
③ 这些软件没有统一文本，用户填写的数据对不同软件无通用性。
利用FEPG自动生成技术，用户只需输入有限元法所需的各种表达式和公式，即可自动产
生所需的全部有限元程序。其优点是：
1、免除了大量的烦琐的编程工作；
2、并保证了程序的正确性和统一性。
因此，采用FEPG生成电磁场有限元计算程序，将能大大促进有限元法在该领域中的应用
。本系统目前提供静电场、磁场、瞬态电磁场、时谐电磁场计算等。
如在基于TOSCA的大型变压器三维混合磁结构，屏蔽及热点模拟技术研究方面，fepg主要
可以作以下工作：
① 大型变压器典型结构的三维有限元网格自动剖分。其剖分场域包括变压器三相铁芯，
高低压绕组，外壳及屏蔽。FEPG可采用Delaunay方法和波前法，用三维四面体网格剖分
计算场域，并可根据需要对其中任意部分自动加密。由于将以上两种方法进行巧妙结合
，使网格生成迅速和高质量。
② 大型变压器典型结构的三维静磁场计算。利用矢量磁位计算了在铁芯部分，绕组部分
以及油箱中的磁势分布和磁通密度分布。
③ 国际Workshop第二十一基准问题的涡流和损耗计算。FEPG采用组合网格法和复数矢量
位计算了场域中的磁场分布，钢板中的涡流和损耗。在计算时采用粗、细两套网格，在
最感兴趣的涡流区，在粗网格的基础上，采用细网格进一步计算，使该区域的计算精度
大幅度提高。
4、强度分析
强度分析通常用来校验机械结构在应力边界条件或位移下的产品特性, 利用FEPG可以计
算出机械结构内的应力分布状况,并直观地看到机械结构内应力、位移、应变分布。计算
各点主应力、第三、第四强度强度理论、莫尔强
bbs.hpu.edu.cn让我再爱你一次
2006/04/16 09:45am IP: 已设置保密 [本文共31265字节]
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结构计算、辅助设计类软件简介（II）
5、MSC.PATRAN简介
-- 集成的并行框架式有限元前后处理及分析仿真系统
MSC.PATRAN最早由美国宇航局(NASA)倡导开发的, 是工业领域最著名的并行框架式有限
元前后处理及分析系统， 其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果
评估、用户化身和交互图形界面集于一身，构成一个完整CAE集成环境。
集成化的工程分析系统
MSC.PATRAN可以帮助产品开发商实现从设计到制造全过程的产品性能仿真, 主要特点包
括:
实用性
MSC.PATRAN的用户界面既容易使用又方便记忆。 这就意味着当有经验的使用者正专著于
他们的问题而不是如何使用软件时, 那些新用户也可以很快成为熟练的使用者。
CAD模型的直接访问和几何建模
众多的公司为了节约宝贵的时间,减少重复建模,消除由此带来的不必要的错误, 而大量
采用直接几何访问技术(DGA)直接从一些世界先导的CAD/CAM系统中抓取几何模型,甚至参
数和特征。 此外, MSC.PATRAN还提供了完善的独立几何建模和编辑工具, 以使用户更灵
活的完成模型准备。
★ 智能化模型处理
MSC.PATRAN允许用户直接在几何模型上设定载荷、边界条件、材料和单元特性, 并将这
些信息自动地转换成相关的有限元信息, 以最大限度地减少设计过程的时间消耗。 所有
的分析结果均可以可视化。
★ 自动有限元建模
MSC.PATRAN的新产品中不断增加了很多更灵活更方便的智能化工具, 同时提供了自动网
格及工业界最先进的映射网格划分功能, 使用户快速完成他们想做的工作。
★ 完全的分析集成
将世界先导的不同类型的分析软件和技术集成MSC.PATRAN一个公共的环境中共用一个模
型, 为用户提供了其他任何软件所无可比拟的灵活性, 使用户能够在最短的时间内根据
多种类型的仿真结果对产品的整体设计给出正确的判断, 提出相应的改进建议。
★ 高级文档帮助
MSC.PATRAN提供了交互式的全文本在线帮助系统, 可使用户随时得到相关的电子文档帮
助。另外相关命令过程的自动文件记录可方便地编辑修改并用于模型的参数化研究 ★
数据库不同平台相互兼容 MSC.PATRAN的一致数据库可使用户实现不同工作平台间的数据
相互传递和资源共享, 如MSC.PATRAN可在当前流行的各种工作站及PC机组成的任意网络
上浮动使用。
★ 用户化技术
用户可将MSC.PATRAN作为自己的前后处理器, 并利用其强大的PCL语言和编程函数库把自
行开发的应用程序和功能及针对特殊要求开发的内容直接嵌入MSC.PATRAN的框架系统,
或单独使用或与其它系统联合使用, 提高市场竞争能力。
★ 结果可视化处理
MSC.PATRAN丰富的结果后处理功能可使用户直观的显示所有的分析结果, 在产品投放市
场前对产品性能进行认定, 并可通过图表文件等方式进行文档整理。
★ *作运行性能优良
MSC.PATRAN在运行过程中，对用户的*作响应极快，尤其对大模型的网格剖分、图形优化
、数据库优化、内存管理及屏幕刷新等，都能快速给出*作结果，这样将大大加快分析速
度。
开放式几何访问及模型构造
图形用户界面
MSC.PATRAN采用符合Open Software Foundation (OSF) Motif 标准全新的图形用户界面
, 直观的鼠标驱动菜单和表格系统可用于输入命令。 友好的用户界面条理清晰, 最多不
超过三级的菜单按"事件"激发, 使用户可随意接通任何分析任务。 丰富的电子表格工具
,如弹出或下拉式菜单与表格、滑动条、图形图标、按钮。 "单击和拖动"和多功能屏幕
拾取选择等, 可用于输入和管理数据。各类表格均使用普通的工程术语, 而不是特定代
码命令语法和缩写,当需要时辅助表格或自动弹出或自动消失,整个界面系统始终给人一
种直观的感觉。
MSC.PATRAN 基于Motif的图形菜单和电子表格系统不但易学易用, 而且可通过随机的在
线帮助系统在工程师手边提供了整个MSC.PATRAN用户手册并允许快速定位所需信息
随着微机工作站性能的飞速提高，MSC公司在现有Windows NT平台的PATRAN基础上，于1
999年年底推出全新的专为Windows NT工作站平台*作系统开发的新版MSC.PATRAN。该版
本的用户界面完全采用典型的NT界面风格，并保留用户所熟悉的原有MSC。 PATRAN的特
点。
为便于工程师使用, MSC.PATRAN的整个用户手册系统全部处于"等待激活状态",并可在分
析任务需要帮助的任意时刻被激活提供读取信息。 具体帮助方法分为主题相关和内容相
关两种。
在主题帮助中, 用户可简单选取"Help", 并从"内容表"上选择期望的主题信息。一旦选
定内容, 文档中相应信息就会出现在屏幕上供用户读取。 内容相关帮助系统提供了与用
户感兴趣的主题相关的所有主题信息。
通过该方法用户可在MSC。PATRAN的任何菜单或表格中直接选择并获得帮助。 相应的用
户手册内容包含了特定表格及应用程序使用所需的必要信息。
CAD几何模型的直接访问
MSC.PATRAN自诞生之日起就作为世界一流的分析前后处理器, 至今已风靡了二十多年，
其本身不但可以作为一个完整的应用系统独立运行, 进行各种复杂模型的实体建模, 配
合满足不同需求的可选应用模块完成各种工程分析。
并行CAE工程的设计思想使MSC.PATRAN从另一个角度上打破了传统有限元分析的前后处理
模式, 其独有的几何模型直接访问技术(Direct Geometry Access, 简称DGA)为基础的C
AD/CAM软件系统间的几何模型沟通, 及各类分析模型无缝连接提供了完美的集成环境。
使用DGA技术,应用工程师可直接在MSC.PATRAN框架内访问现有CAD/CAM系统数据库,读取
、转换、修改和*作正在设计的几何模型而无需复制。 MSC.PATRAN支持的不同的几何传
输标准, 包括: Parasolid, ACIS, STEP, IGES等格式。
有限元分析模型可从 CAD 几何模型上快速地直接生成, 用精确表现真实产品设计取代以
往的近似描述,进而省去了在分析软件系统中重新构造几何模型的传统过程, MSC.PATRA
N所生成的分析模型 (包含直接分配到CAD几何上的载荷、 边界条件、 材料和单元特性
)将驻留PATRAN的数据库中, 而CAD几模型将继续保存在原有的CAD/CAM系统中, 当相关的
设计模型存储在MSC.PATRAN中并生成有限元网格时, 原有的设计模型将被"标记"。 设计
与分析之间的相关性可使用户在MSC.PATRAN中迅速获知几何模型的任何改变, 并能重新
观察新的几何模型确保分析的精度。
MSC公司是通过在世界范围内与先导的CAD/CAM软件供应商建立紧密而重要的合作关系来
实现"并行工程"和DGA技术。保证用户在同步的工程环境下从一个或多个CAD系统中获取
CAD信息。这些先导的CAD/CAM软件包括：
CADDS
5 CoCreate
CATIA
AutoDesk MDT
EUCLID 3
Bravo
Pro/ENGINER
CADKEY
Unigraphics
IronCad
SolidWorks
MSC/ARIES
SolidEdge
TurboCAD
SolidDesigner
Vellu
对于任意其它CAD均可依据其所遵循的标准进行访问。以上读入的CAD信息包括: 几何点
、 曲线、 曲面和实体、 Unigraphics的特征。 其中, 对于Unigraphics的特征不但可
以读入PATRAN,而且可以在PATRAN中根据分析的要求进行更改, 随后特征仍可返回UG供C
AD设计修改使用。
MSC.PATRAN EXPRESS 中间文件可用于在不同平台之间传递几何模型, 读入MSC。ARIES的
几何模型。 IGES文件主要用于任意CAD的几何数据的输入和输出, 其中当然也包括有限
元和相关坐标系信息。
几何造型功能
MSC.PATRAN提供了一系列的几何造型和编辑功能。 不但可以编辑读入的CAD几何划分有
限元网格，而且可以独立创建各种复杂的几何模型。 统一的菜单形式提供了以下主要建
模功能：
支持多种几何要素包括:
点
曲线
曲面
实体
Trimmed
裁剪曲面
三参数实体
B-rep实体
多种生成选项包括:
平移或拷贝、转动、比例缩放、镜象
滑动拉伸、法向拉伸
抽取点、线、面
导角
直接定义XYZ坐标
任意方向拉伸、旋转生成
复杂要素分解为简单要素
要素相交产生新的要素
重叠在指定的面上产生线、面
投影点、线、面
由有限元网格生成曲面
通过组的变换生成几何项
几何项序号的重新排序
此外还包含了曲线、曲面合并功能; 任意的局部坐标系设定选项（笛卡儿、圆柱和球坐
标）、 重心、形心、转动惯量等几何模型的质量和几何特性计算。
分析集成
作为世界一流的前后处理器, MSC.PATRAN已经风靡了二十多年, 按"事件分类"的分析解
算器选择功能, 使MSC.PATRAN的分析集成系统达到一崭新的水平。分析选择可根据不同
分析软件(包MSC.PATRAN提供的商品化应用分析模块) 设置不同的工作环境, 可满足用户
对使用效益和集成的需求。而无需再象以前那样当一个模型要进行不同的分析时必须针
对不同的分析软件的特点重复建模。
MSC.PATRAN界面内可直接选择的求解器包括：
MSC.NASTRAN MSC.SUPERFORGE MSC.FATIGUE
MSC.DYTRAN MSC.MVISION Star-CD
MSC.DROPTEST CFX Fluent
MSC.MARC ABAQUS ANSYS
MSC.Filghtloads and Dynamics LS-DYNA3D PamCRASH
SAMCEF SINDA
另外，MSC.PATRAN还可以选择自身的求解器和分析功能，包括:
通用结构分析PATRAN-FEA
非线性结构分析PATRAN-AFEA
专业热分析包PATRAN-THERMAL
专业疲劳分析包PATRAN-FATIGUE(详见MSC.FATIGUE)
高级分析管理器PATRAN-Analysis Manager
高级层板复合材料建模器PATRAN-LAMINATE MODELER
中性文件选择使MSC.PATRAN 方便地与任何第三方分析器可通过此格式与PATRAN集成在一
任意的分析求解器, 一方面用户可通过中性文件选择与其它第三方分析求解器进行连接
, 另一方面可通过MSC.PATRAN强大的PCL功能直接将用户自编的软件嵌入PATRAN的框架系
统。 一旦工程师在MSC.PATRAN中设定了分析选择, 其工作环境会自动地定义到与所选分
析软件相应匹配的状态, 提示工程师每一步分析所有必需的数据,如MSC.NASTRAN工程师
可不必离开MSC.PATRAN即可进行各种分析计算,此时MSC.PATRAN为使用MSC.NASTRAN提供
了大量特定的菜单和表格供输入数据输入使用,包括单元、材料类型和特性、 载荷、 边
界条件与求解类型及参数。 当用户拥有不同的分析软件时, 用户只需在MSC.PATRAN中建
立一个模型即可通过分析选择不同的分析软件进行计算校核, 而不必象以往那样针对不
同的分析软件构造不同的分析模型。如当工程师选用MSC.NASTRAN的分析模型进行结构分
析时,可切换分析选择器到MARC使用同一模型进行非线性热分析。制造商通常使用多种不
同的分析代码, MSC.PATRAN的"分析选择"提供了唯一、有效地同时使用这些软件的方法
。
有限元建模
MSC.PATRAN提供了功能全面, 方便灵活的可满足各种分析精度要求的复杂有限元的建模
能力。 其综合全面、先进的网格划分技术,为用户根据不同的几何模型提供了多种不同
的生成和定义有限元模型工具, 包括:多种网格划分器。 有限元模型的编辑处理、单元
设定、任意梁截面建模、边界和载荷定义、及交互式计算结果后处理。
多种网格生成器:
在一项工程分析中, 人们经常要花费很多时间划分有限元网格。 MSC.PATRAN提供了世界
领先的针对不同分析目的的多种网格处理器, 帮助设计人员快速生成分析用的有限元网
格。
快速曲面网格划分器：
任意2D曲面网格生成和缝合
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-单元的方法分析
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，包括曲率控制和基于邻近面的网格划分（Proximity-based
Meshing）
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
四面体网格诊断信息详尽，能准确定位几何缺陷
可靠的映射网格划分器：
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、及基于曲率的网格划分） 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
滑动
滑动-导轨 ¨ 法向
球面周向矢量域(field)
在拓扑相近的四边形网格之间蒙出实体单元，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 2 3 4
三角形 3 4 6 7 9 13
四边形 l 4 5 8 9 12 16
四面体 4 5 10 11 14 15 16 40
楔形单元 6 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
弹簧元
阻尼单元
弹性支撑
自由度集
多点约束(MPC)
有限元模型的编辑处理
除优异的网格划分技术外, MSC.PATRAN还拥有一些独特的网格处理功能,将进一步大大方
便用户的使用, 如网格的优化处理、单元验证试验、节点和单元编辑等。 具体包括:
自动硬点生成
自动产生高阶单元的边中、面中、或中心节点
单元平移、转动、镜象和比例缩放以及复制和管理单元
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
节点号、单元号、及其偏置用户可完全控制
方便的选项可用来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包括：
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
有限单元检查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。 另外还可通过组的变换生成网格, 或利用别的单元的表
面或边生成新的单元。
节点可投影到平面、曲面、曲线或指定的空间位置; 单元网格可进行打开和闭合控制。
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。
任意梁截面定义
梁作为工程领域最为常用的一种结构形式, 在结构分析中也因此占据了十分重要的地位
。 如何高效地处理梁的或板梁实体组合的有限元模型是所有结构分析工具必须面临的问
题。 人们以往由于工具的限制都是将三维简化成一维来处理, 经常会造成空间梁的摆放
位置和方向错误, 使得计算失去意义。
在MSC.PATRAN中设计人员可十分方便的处理各种梁或梁的有限元组合模型。 对于通行的
标准梁截面如I型, L型等PATRAN内嵌的梁单元库中均以参数的方式提供给用户, 并通过
三维摆放保证分析模型的正确性。
更为重要的是除常规梁单元库外, MSC.PATRAN还特别提供了任意梁截面计算和模型处理
方法。使得设计工程师能够随心所欲地选择各种形状的梁截面设计出他们认为更合理的
结构产品, 而不是苦于如何简化梁模型。
分析条件定义
当网格划分完成之后,紧接着就需要在分析模型上定义相应的单元特性、 材料特性、载
荷及边界条件。MSC.PATRAN全面的分析模型定义功能可将各种分析信息(单元、材料、载
荷、边界条件等)直接加到有限元网格或任何CAD几何类型上。 如果分析信息定义到CAD
几何模型上, 单元和材料特性、载荷和边界条件将与几何保持相关性, 并且当网格改变
或修改时无需重新定义。
载荷边界条件
结构分析所施加的载荷和边界条件可直接作用于几何或有限元模型上, 具体包括：
连续，集中于一点
沿一条边
在一个平面、柱面或球面内
通过一个曲面
通过一个实体
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
压力和面分布力
强迫位移或约束
温度
点、面或体积热源
对流
热通量
此外,其它功能还包括: 多个点或单元与其它点或单元相联系的表格可由用户输入区域;
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
完整的材料信息模型可方便地建立或定义,包括：
各向同性
正交异性
各向异性
复合材料
热各向同性
热正交异性和热各向异性
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
包括:
对称和反对称层状复合材料
Halpin-Tsai准则
短纤维复合材料
相关材料性质还包括应力、应变、应变率、温度、或频率相关; 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。
MSC公司独有的MSC.MVISION材料数据库信息系统可完全集成到MSC.PATRAN中, 并通过MS
C.PATRAN MATERIALS SELECTOR材料选择器将来自材料数据库的材料信息直接嵌入有限元
或 CAD几何模型, 如非金属材料、复合材料、塑料、陶瓷、各类金属及合金材料的性能
及制造特性信息等。目前MSC公开发售的MSC.MVISION材料数据库信息系统包括来自全球
各地各大材料制造商(公司)、材料研究机构、 国防及军事研制部门、 航空航天材料试
验中心等等数万种材料信息(含各类的材料性能数据、 试验环境数据、 表格、 成分、
图象、 供应厂商、材料牌号等)。对于更为复杂的材料图形生成或定义诸如时间相关载
荷和温度相关材料特性还可通过 MSC.PATRAN的PCL宏命令语言完成, 既可直接显示在P3
/PATRAN模型上, 亦可用电子表格或坐标图表示。
结果交互式可视化后处理
MSC.PATRAN提供了多种计算分析结果可视化工具,帮助工程师灵活、快速地理解结构在载
荷作用下复杂的行为, 如结构受力、 变形、温度场、 疲劳寿命、 流体流动等。 分析
的结果同时可与其它有限元程序联合使用。 其主要功能包括:
多种结果彩图显示类型：
等值图
彩色云图
连续色彩云带
混合云带
单元填充显示
矢量
张量显示
值显示
变形形状
等值面
流线
流面
记号显示
x-y曲线
阀值
无限制的颜色谱值对照表
输出的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
输出图形格式包括：
BMP
JPEG
MPEG 动画文件
PNG
TIFF
VRML
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
变形
等值线
云图
连续云图
单元填充结果动画
多种张量和矢量显示方式：
节点和/或单元结果的幅值、方位和方向显示
叠加在变形或未变形的几何上
可选择标号显示
可用色图或单色图显示张量
可加一比例因子
可在总体坐标、单元坐标、外部单元文件和其它坐标系里显示
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或总体变量沿任一路径产生
图象功能帮助结果图绘制：
任意选取的节点或单元结果现示
标出最小和/或最大值
显示所有结果
切面显示
不同色谱显示
任意多个视窗显示
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 曲线支持键盘和外部文件多种输入方法, 且输入格式十分灵活, 包括：
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
按压力容器ASME规范的数据后处理
为了适应压力容器行业对于规范设计的要求, MSC.PATRAN的后处理中专门提供了符合相
应规范要求(包括中国压力容器规范)的分析结果处理器。 可进行规范要求的应力线性化
分类及疲劳寿命计算等多种数据结果后处理, 大大简化了设计人员的工作量。
由于MSC公司的ASME规范是通过PCL作用在MSC.PATRAN框架系统的顶层, 因此可用于包括
MSC公司自身产品在内的PATRAN所支持的任何结构分析及用户自编工具。
高级用户化工具-- PATRAN-PCL命令语言
MSC.PATRAN 命令语言 (PCL) 是 MSC.PATRAN一个高级、模块化结构的编程语言和用户自
定义工具, 类似于C语言和FORTRAN语言,可用于生成应用程序或特定的用户界面。 显示
自定义图形、 读写PATRAN数据库、建立新的或增强功能, 同时通过PCL,其它商品化或自
编分析程序可被集成到MSC.PATRAN软件系统中。 几乎所有的分析仿真软件均利用被业界
公认为标准的PCL工具, 建立了与PATRAN的直接集成关系, 甚至通过OEM将PATRAN作为其
分析系统的前后处理器。
PCL 的主要功能列表包括:
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
系统配置要求
MSC.PATRAN目前支持绝大多数计算机平台、*作系统和图形显示卡, 可高效运行在主机,
服务器, 工作站和PC- NT环境下或由相关机器所组成的网络上。 MSC.PATRAN 所需的系
统资源与许多因素有关如整个模型的大小及复杂程度等, 具体请与当地销售和支持机构
联系。 目前支持的平台及*作系统包括：
Compaq Tru64 UNIX 4.0E或以上
HP9000 HP-UX 10.2或以上
IBM RS/6000 AIX 4.3.2或以上
Silicon Graphics IRIX6.5或以上
Sun SPARC Solaris 2.7或以上
Intel PC Windows NT 4。0或以上
6、MSC.MARC简介
MSC.MARC是功能齐全的高级非线性有限元软件，具有极强的结构分析能力。可以处理各
种线性和非线性结构分析包括：线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱
分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分
析等。为满足工业界和学术界的各种需求，提供了层次丰富、适应性强、能够在多种硬
件平台上运行的系列产品。MSC.Marc包括如下模块：
MSC.Marc/MENTAT
MSC.Marc 是高级非线性有限元分析模块，MENTAT是MARC的前后处理图形对话界面。两者
严密整合的MSC.Marc/MENTAT成为解决复杂工程问题，完成学术研究的高级通用有限元软
件。
MENTAT 是新一代非线性有限元分析的前后处理图形交互界面，与MARC求解器无缝连接。
它具有以ACIS为内核的一流实体造型功能；全自动二维三角形和四边形、三维四面体和
六面体网格自动划分建模能力；直观灵活的多种材料模型定义和边界条件的定义功能；
分析过程控制定义和递交分析、自动检查分析模型完整性的功能；实时监控分析功能；
方便的可视化处理计算结果能力；先进的光照、渲染、动画和电影制作等图形功能。并
可直接访问常用的CAD/CAE系统，如：ACIS、AutoCAD、IGES、MSC.NASTRAN、MSC.PATRA
N、 Unigraphic、Catia、Solid work、Solid Edge、IDEAS、VDAFS、Pro/ENGTNEER、A
BAQUS、ANSYS、PSTEP等等。
MSC.Marc
MSC.Marc是功能齐全的高级非线性有限元软件的求解器，体现了30年来有限元分析的理
论方法和软件实践的完美结合。它具有极强的结构分析能力。可以处理各种线性和非线
性结构分析包括：线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振
动分析、动力响应分析、自动的静/动力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等。它提供
了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，几乎每种单元都具有处理大变形几
何非线性,材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能
力。MARC的结构分析材料库提供了模拟金属、非金属、聚合物、岩土、复合材料等多种
线性和非线复杂材料行为的材料模型。分析采用具有高数值稳定性、高精度和快速收敛
的高度非线性问题求解技术。为了进一步提高计算精度和分析效率，MARC软件提供了多
种功能强大的加载步长自适应控制技术，自动确定分析曲屈、蠕变、热弹塑性和动力响
应的加载步长。MARC卓越的网格自适应技术，以多种误差准则自动调节网格疏密，不仅
可提高大型线性结构分析精度，而且能对局部非线性应变集中、移动边界或接触分析提
供优化的网格密度，既保证计算精度，同时也使非线性分析的计算效率大大提高。此外
，MARC支持全自动二维网格和三维网格重划，用以纠正过渡变形后产生的网格畸变，确
保大变形分析的继续进行。
对非结构的场问题如包含对流、辐射、相变潜热等复杂边界条件的非线性传热问题的温
度场，以及流场、电场、磁场，也提供了相应的分析求解能力；并具有模拟流－热－固
、土壤渗流、声－结构、耦合电－磁、电－热、电－热－结构以及热－结构等多种耦合
场的分析能力。
为了满足高级用户的特殊需要和进行二次开发，MSC.Marc提供了方便的开放式用户环境
。这些用户子程序入口几乎覆盖了MARC有限元分析的所有环节，从几何建模、网格划分
、边界定义、材料选择到分析求解、结果输出、用户都能够访问并修改程序的缺省设置
。在MSC.Marc软件的原有功能的框架下，用户能够极大地扩展MARC有限元软件的分析能
力。
MSC.Marc Parallel
MSC.Marc/MENTAT除了支持单CPU分析外，还具有在NT或UNIX平台上的多CPU或多网络节点
环境下实现大规模并行处理的功能。MARC基于区域分解法的并行有限元算法，能够最大
限度实现有限元分析过程中的并行化，并行效率可达准线性甚至线性或超线性。MARC并
行处理的超强计算能力为虚拟产品运行过程和加工过程提供更快、更细、更准的仿真结
果。
MSC.Marc/HEXMESH
MSC公司新近推出的六面体网格自动划分模块MSC.Marc/HEXMESH代表了网格划分技术的最
新突破。可将任意三维块状实体几何快速准确地自动划分出几何形态良好的六面体单元
。通过实施内部稀疏网格向表面密集网格的过渡，能够有效地减少单元总数，同时又保
证了表面可能的应力集中区域所需的网格密度。而疏密网格过渡的位移协调，则通过自
动施加多点约束实现。MSC.Marc/HEXMESH与MENTAT前后处理器完全集成，能够在MENTAT
环境下对由MENTAT生成的实体或通过CAD接口传入的由其它CAD造型的实体几何进行自动
的六面体网格划分，并定义和实施各种非线性有限元分析。MSC.Marc/HEXMESH的问世，
为快速有效地建立复杂实体的高质量有限元分析模型开辟了一条捷径。
MSC.Marc/AutoForge
MSC.Marc/AutoForge是采用90年代最先进有限元网格和求解技术，快速模拟各种冷热锻
造、挤压、轧制以及多步锻造等体成型过程的工艺制造专用软件。它综合了MSC.Marc/M
ENTAT通用分析软件求解器和前后处理器的精髓，以及全自动二维四边形网格和三维六面
体网格自适应和重划分技术，实现对具有高度组合的非线性体成型过程的全自动数值模
拟。其图形界面采用工艺工程师的常用术语，容易理解，便于运用。MSC.Marc/AutoFor
ge提供了大量实用材料数据以供选用，用户也能够自行创建材料数据库备用。MSC.Marc
/AutoForge除了可完成全2D或全3D的成型分析外，还可自动将2D分析与3D分析无缝连接
，大大提高对先2D后3D的多步加工过程的分析效率。利用MSC.Marc/AutoForge提供的结
构分析功能，可对加工后的包含残余应力的工件进行进一步的结构分析，模拟加工产品
在后续的运行过程中的性能，有助于改进产品加工工艺或其未来的运行环境。此外，作
为体成型分析的专用软件，MSC.Marc/AutoForge为满足特殊用户的二次开发需求，提供
了友好的用户开发环境。
MSC.Marc/Link
MSC.Marc/Link是MARC高级有限元分析软件与SDRC I－DEAS、Pro/ENGINEER、CATIA等一
系列著名CAD/CAE软件的集成界面。通过这种强强集成，使大量SDRC I－DEAS、Pro/ENG
INEER、CATIA软件的忠实用户，借助MARC软件支持的高级非线性分析功能，轻松跨越原
有CAE软件处理线性或简单非线性问题分析的局限，将分析延伸和扩展到各种组合的复杂
非线性问题。
MSC.Marc/Link－S
MSC.Marc/Link－S 是一个交互式开放性客户/服务器结构，为SDRC 的I－DEAS Master
Series软件提供了向MARC高级有限元分析扩展的功能。在I－DEAS用户环境下完全支持采
用MARC非线性有限元分析所需的各种高级建模选项、分析及结果后处理。
MSC.Marc/Link－SG
MSC.Marc/Link－SG是在MSC.Marc/Link－S基础上，进一步集成MENTAT后生成的MARC软件
与I－DEAS的高度集成界面，具备了MSC.Marc/Link-S和MENTAT的所有功能。能够自动实
现将I－DEAS的几何造型直接传入 MENTAT，借助于MENTAT可定义非常复杂的有限元分析
模型。对大规模非线性分析，可以激活MARC的并行分析选项完成。分析的结果可在I-DE
AS或MENTAT中进行处理。
MSC.Marc/Link-Pro
MSC.Marc/Link-Pro 是Pro/Engineer系统向MARC高级有限元分析系统的扩展界面。MSC.
Marc/Link-Pro能够在 Pro/Engineer集成环境下实现将Pro/Engineer用户环境下创建的
Parts 和 Assemblies几何传入MENTAT的数据库，起动MENTAT，定义各种高级分析模型。
MSC.Marc/Link-Pro提供的另一种数据传输方式，是在 MENTAT的环境下从 Pro/Enginee
r 的数据库中直接提取Part或Assembly数据。
MSC.Marc/Link-C
MSC.Marc/Link-C是CATIA系统向高级有限元分析系统的扩展。MSC.Marc/Link-C能够在
CATIA集成环境下实现将CATIA用户环境下创建的Parts和 Assemblies几何传入MENTAT的
数据库，起动MENTAT，定义各种高级分析模型，分析结果可在CATIA的环境下后处理。
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结构计算、辅助设计类软件简介（III）
7、MSC.Dytran 简介
无双的实力 历经工程考验的非线性动力学仿真技术
MSC.DYTRAN是MSC公司的核心产品之一，MSC.DYTRAN专门适于应用在需要考虑产品与环境
之间或产品内部的高速非线性动力特性的产品设计、制造和运行环节中，通过仿真了解
产品性能，优化产品设计。MSC.DYTRAN将无可比拟的非线性动力响应仿真技术，带到广
泛的产品设计和制造部门，无论是对汽车、军事、航空航天、造船、电子领域，还是土
建、冶金和消费品行业，都因此获益匪浅。
一、MSC.DYTRAN开发历史
MSC.DYTRAN以无可争辩的实力，赢得世界顶尖高度非线性、流-固耦合、瞬态动力响应仿
真软件的地位。了解MSC.DYTRAN的开发历史，更能够理解MSC.DYTRAN在同类软件中独特
之处。
MSC.DYTRAN的第一个商业版本发布于1991年，是集MSC公司两个核心软件MSC.DYNA和MSC
.PISCES之大成，开高度非线性、流体-结构耦合、瞬态动力响应仿真商用软件之先河的
领先产品。
MSC.DYNA是在著名结构瞬态动力响应软件LS-DYNA 3D框架下，经过MSC公司全面更新后，
在1988年正式发布的非线性结构动力学仿真软件。MSC.DYNA继承了LS-DYNA 3D优异的快
速显式积分算法和丰富的材料模式，被广泛用于分析各种非线性瞬态响应，如高速撞击
、接触摩擦、冲压成型等。但是，仍然有大量的工程问题不是单一的结构分析所能解决
的，对流体的影响甚至流体-结构相互作用的关心变得更为重要。MSC公司对这种需求的
回应就是在MSC.DYNA中增加高级的流体动力学分析能力，为此MSC公司看中著名的荷兰P
ISCES INTERNATIONAL公司开发的高级流体动力学和流体-结构相互作用仿真软件PICSES
。当时的PISCES软件在国防、航空航天、核安全、汽车、石化、土木等领域广泛应用。
特别是在国防行业，PISCES成功地用于冲击、穿甲、爆炸（水下爆炸）等军事工程分析
，其卓越品质和功效，早已成为不争的事实。MSC于1990年收购PISCES公司，随后更新P
ICSES以MSC.PICSES产品发布。
MSC.DYTRAN的问世堪称MSC.DYNA和MSC.PICSES强强联合，优势互补的成功佳作。这两者
严密整合、推陈出新的产品除了具备所有原有优势外，还因MSC公司在MSC.PISCES的欧拉
模式算法基础上,自行开发了先进的物质流动算法和流固耦合算法,使得MSC.DYTRAN成为
全球第一个能够用完全耦合的方法模拟复杂的流体-结构相互作用的大型商用软件。作为
MSC产品家族的后起之秀，MSC.DYTRAN在单元库、数据结构、前后处理等方面与MSC的王
牌产品MSC.NASTRAN取得了全面一致。
在1994年MSC公司收购了当时全球第二大CAE厂商PDA Engineering公司后,MSC.PATRAN成
为MSC公司产品的前后处理框架系统。MSC所有的求解器产品，都以MSC.PATRAN为界面。
MSC同样为MSC.DYTRAN开发了MSC.PATRAN 与MSC.DYTRAN的界面接口, 全新、方便、快捷
的MSC.PATRAN前后处理器,使得MSC.DYTRAN向领导CAE自动化迈进了一大步。
在MSC.DYTRAN问世的十余年中，历经无数航空、航天、汽车、铁路、国防、核工业等领
域科研和工程项目考验，在全球用户中有口皆碑。以美国军方近年CAE选型过程对包括M
SC.DYTRAN在内的三个同类软件的评测为例，可窥一斑。该项评测基于两类原则：软件功
能的最小可接受原则；考虑用户目前尚不需要的额外功能和特色的理想原则。评测内容
包括技术特色和非技术特色两大类，采用加权平均的评估算法，获得最后评测报告。就
技术而言，MSC.DYTRAN在材料非线性、几何非线性、接触和材料模型及损伤模拟、材料
模型扩展能力、软件可扩充性、流体-结构相互作用和高级复合材料模拟等诸多方面获得
最高分数。非技术的考核结果表明，MSC.DYTRAN软件运行速度非常有效，极好的不同硬
件平台数据兼容性、行业接受度和友好的用户界面、充足的软件文档资料，和前后处理
的协调一致。这一项MSC.DYTRAN也获最高分。此外，对三个软件考核分析与实验结果的
可对比性，MSC.DYTRAN以最小的分析误差获胜。经受如此正规和严厉考验的MSC.DYTRAN
因此成为深得美国军方信任的非线性瞬态动力分析软件，得到全面应用。
MSC.DYTRAN应用范围
MSC.DYTRAN是具有快速模拟瞬态高度非性结构、气体/液体流动、流体-结构相互作用的
大型商用软件。采用高效的显式积分技术，支持广泛的材料模型和高度组合非线性分析
及流体-结构的全耦合。尤其擅长对高速碰撞、结构大变形和瞬时内发生的流体结构相互
作用事件的仿真。广泛应用于：
爆炸与冲击，如水下爆炸、地下爆炸、容器中爆炸对结构的影响及破坏、爆炸成形、爆
炸分离、爆炸容器的设计优化分析、爆炸对建筑物等设施结构的破坏分析、聚能炸药的
能量聚焦设计分析、战斗部结构的设计分析；
水下/空中弹体发射过程，火炮制推器模拟动态仿真
高速、超高速穿甲，如飞弹打击或穿透靶体(单个或复合靶体)及侵彻过程等问题
结构的适撞性分析，如汽车、飞机、火车、轮船等运输工具的碰撞分析、船体搁浅、鸟
体撞击飞机结构、航空发动机包容性分析等；
金属弹塑性大变形成形，如钣金冲压成形、喷丸成型、全三维锻造成形等
跌落试验，如各种物体（武器弹药、化工产品、仪器设备、电器如遥控器、手机、电视
机等）的跌落过程仿真
流体动力分析，如液体、气体的流动分析、液体晃动分析，水上迫降
安全防护分析，如安全头盔设计、安全气袋膨胀分析以及汽车～气袋～人体三者结合在
汽车碰撞过程中的响应，飞行器安全性分析（飞行器坠毁、气囊着陆等）
轮胎在积水路面排水性和动平衡分析
高速列车行驶的轮轨动力学，高速列车穿隧道的冲击波响应，车辆过桥的动态响应等 及
其它瞬态高速过程仿真。
为什么选择MSC.DYTRAN
用户选择软件时会从软件品质、是否满足需求等方面择优。软件品质的优劣涉及到正确
性（精度）、可靠性（经过测试认证）、相溶性（与CAD或其他CAE软件及界面的整合能
力）、灵活性（易于客户化）、可用性（界面友好、易学习）及效率（对计算机资源和
时间的占用降到最低）等诸多因素。而客户在考虑需求时需要兼顾近期需求和长远目标
、软件的最小可用性和理想可用性。综合上述因素得到的CAE选型结果，才是赢得最大商
业利益的正确投资。
对需要模拟产品的高速非线性动力特性的用户来说，MSC.DYTRAN具有以下诸方面的品质
优势：
易于建模：MSC.DYTRAN与MSC.PATRAN完全集成，利用MSC.PATRAN与各类CAD软件的强大接
口可访问各类CAD软件，能够方便获得分析的几何模型。而MSC.DYTRAN与MCAE标准的MSC
.NASTRAN一致的数据格式，又使得绝大多数的第三方软件也能生成MSC.DYTRAN所需的输
入数据格式。MSC.DYTRAN的强大集成特性，有助于减少在数据转化和传递过程的无畏花
费。
经过考验的分析求解：MSC.DYTRAN的瞬态非线性动力分析提供的结构和材料流动分析、
流体-结构耦合功能，经历无数考验，是最有资格完成复杂的瞬态非线性动力响应仿真工
具。
结构分析能力：MSC.DYTRAN利用MSC先进的显式算法求解技术分析结构动力响应。它包括
完整的单元类型和大量的材料模型，范围从金属、复合材料到塑料和泡沫。提供极度大
变形和结构失效分析功能，以及模拟结构之间或结构本身通过接触传递的复杂相互作用
。
材料流动的欧拉描述：MSC对材料流动的模拟采用经典的欧拉技术，网格固定在空中不动
且不产生变形。材料只是从一个单元流动到另一个单元，避免了材料大变形所带来地单
元畸变。MSC.DYTRAN的欧拉格式适于结构、气体和流体分析，正是基于这种格式，使MS
C.DYTRAN的分析能够扩展到复杂的冲击和穿透问题。
精确的流体-结构耦合：MSC.DYTRAN将纯结构的有限元技术和纯流动的欧拉有限体积技术
结合，提供独特的功能完成精确的流体-结构耦合模拟，解决大量复杂的实际流体-结构
耦合工程问题，而对这类工程问题，那些只有结构分析能力或单有欧拉格式的流体模拟
功能的软件是无能为力的。
快速有效的分析：MSC.DYTRAN融入了最新的MCAE技术，确保分析过程的快速完成，对产
品实际设计过程提供及时的分析依据。MSC.DYTRAN分析时间的缩短依靠先进的数值方法
和省力的建模工具，工程师和分析专家不必花太多时间等候分析结果，而将注意力放在
对设计的改进上。MSC.DYTRAN的每个版本发布之前都要经过实际工程问题考核，确保在
解决实际问题时具有满意的性能和精度。
应用领域多样性：从航空航天和汽车碰撞到船舶触礁，从气囊开发到爆炸分析，从冲击
穿透到轮胎排水性模拟，MSC.DYTRAN所能伸展到的应用领域覆盖国防、航空航天、汽车
、船舶、核能、土木、石化、冶金等各个工业部门的产品设计、开发和运行维护。这种
强大的适用性和灵活性使MSC.DYTRAN在MSC对各行业产品设计的MCAE解决方案中，通常成
为必选软件之一。
灵活性和易于客户化：MSC.DYTRAN能够在从UNIX工作站到PC机的广泛硬件平台上运行。
在MSC.PATRAN的PCL开发语言和开发环境支持下，易于实现客户化，满足客户的特殊需求
。
MSC.DYTRAN的专业化服务：MSC在提供软件同时，还奉献一流专业化服务。对商家选择M
SC公司和MSC.DYTRAN所注入的投资，MSC以对产品开发的MCAE战略、软件工具和专业化服
务的一揽子解决方案来回聩。MSC售出一流软件后，再以高水平专业化的技术支持、软件
培训、详尽文档资料和咨询服务配合跟进，确保用户花在MCAE上的投资物有所值，回报
丰厚。
二、 MSC.DYTRAN理论背景
支持MSC.DYTRAN强大的瞬态动力、流体-结构耦合分析功能的基础，是MSC.DYTRAN极具特
色的先进算法。MSC.DYTRAN的算法基本上可以概况为：MSC.DYTRAN采用基于Lagrange格
式的有限单元方法（FEM）模拟结构的变形和应力，用基于纯Euler格式的有限体积方法
（FVM）描述材料（包括气体和液体）流动，对通过流体与固体界面传递相互作用的流体
-结构耦合分析，采用基于混合的Lagrange格式和纯Euler格式的有限单元与有限体积技
术，完成全耦合的流体-结构相互作用模拟。由于MSC.DYTRAN集中于模拟瞬间事件，采用
快速准确的显式时间积分格式，模拟短暂瞬态过程中质量惯性和各类阻尼的影响。
Lagrange格式的有限单元技术（FEM）和Euler格式有限体积技术（FVM）并存任何力学系
统都是由无数质点构成的，而不同质点占有各不相同的空间坐标。有两种定义空间坐标
的方法，即Lagrange方法和Euler方法。
Lagrange方法是把坐标原点固定在系统的某个质点上。当系统的位形发生改变时，坐标
也跟着一起移动。Euler方法则将坐标固定在空间。设想在马路上车来车往，如果将坐标
原点固定在其中一辆行进的车上，从这辆车上观察其他车辆相对于这辆车的运动，这就
是Lagrange方法；若坐标原点设在交警的指挥台上，那么所观察到的不是各车辆的相对
运动，而是指挥台周围车辆流动的变化情况，这就是Euler方法。固体力学关心的是每个
质点的移动、质点之间的相对位移及质点因之受的力，而流体力学则关心空间某处的流
动情况，所以Lagrange方法常用于结构分析，而Euler方法则用于流体力学问题。
物理场问题的数值仿真通常在所选定
