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Marc:高级非线性仿真解决方案
Simulate products more accurately with the industry's leading nonlinear FEA solver technology
Marc 是一款功能强大、用途广泛的非线性有限元分析解决方案,可准确地仿真您的产品在静态、动态及多物理场加载场景下的响应。通过使用 Marc,您可以在单一建模环境中用一个解算器来解决制造和产品开发问题。Marc的应用领域包括核电、航空、航天、汽车、造船、铁道、石油化工、能源、电子元件、机械制造、材料工程、土木建筑、医疗器材、冶金工艺和家用电器等,是许多知名公司和研究机构研发新产品和新技术的必备工具。
用户界面
Marc Mentat作为Marc程序的专用前后处理器,完全支持Marc所有功能。另外Patran 已经实现了对Marc结构分析热分析和热-结构耦合分析的完全支持,也支持磁场、电场和压电场的分析。全新的Marc Mentat在界面风格上推出了具有时代感且与目前流行的office界面风格一致的最新用户界面,对菜单、工具栏等进行了合理的布局,新的菜单设计还支持窗口的拆分,使用者可以根据个人喜好和需求任意排列和放置窗口的位置。
2.网格划分
1.几何建模
Marc Mentat可通过自顶向下和自底向上的方式生成几何模型,支持对几何元素点、线、面、体的各种,例如增加、删除、编辑和显示等。
Marc Mentat提供功能齐全、性能卓越的的自动网格生成技术,可以将几何点、线、面元素直接转化成有限单元的节点、线单元和面单元。可以自动对几何形状划分面网格或体网格。具有专门的六面体网格生成器以及Rebar单元生成器。
4.其他功能
3.网格操作
Marc Mentat可以定义边界条件、材料参数、几何参数、接触信息、初始条件、连接关系(如多点约束)等。Marc Mentat提供多种方便、易用的选择功能,通过点击模型边界上的一个面(2-D模型中的一条边)就可以快速的根据指定的参数选取一系列连续的对象。对于聚合物材料,如橡胶类材料,Marc Mentat提供了曲线拟合功能。对于损伤分析所需的材料模型参数,用户定义表述材料连续或不连续软化的曲线后,可自动拟合出分析损伤的材料参数。在进行网格细化功能方面,全新的Marc Mentat提供了最新的Refine功能,根据给定单元厚度,在表面可以产生薄层单元(五面体/六面体),在模型边界上不改变体积,对于获取表面上或紧靠表面内部的结果更准确的应力分布很有帮助。

Marc Mentat的其它有关网格功能有复制、移动、扩展、对称、转换、单元阶次的转换、检查、重排、相交、清除、松弛、拉直、重划分、附着等。
5.文件接口
6.结果显示
Marc Mentat具备与各种主流CAD、CAE软件的接口,包括:AutoCAD、ACIS、IGES、C-MOLD、STL、I-DEAS、MSC Nastran、Patran、VDAFS。还可以将Marc分析结果以I-DEAS或Hypermesh的格式输出,以便在I-DEAS或Hypermesh界面上进行后处理。Marc 可以产生一个模态中性文件(MNF)来定义集成到ADAMS模型中的柔性部件。
Marc Mentat的后处理支持多种结果显示方式,包括:动画、等值线、云图、切片图、等值面显示、矢量显示、向量显示、张量显示、路径显示、梁剪力图、梁弯矩图、流线图、曲线、表格和文件等。
分析功能
2.失效和破坏分析
1.非线性结构分析
  • 非线性瞬态分析:时间函数驱动的过程分析。
  • 非线性动力分析:包括模态分析、瞬态响应分析、简谐响应分析、频谱响应分析。
  • 非线性屈曲分析:Marc软件处理稳定性问题的方法有两类。一类是简单地按特征值问题求解失稳形态和临界载荷的特征值分析;另一类是追踪失稳路径,获取失稳前后结构变形、应力和载荷变化完整信息的增量有限元分析。
  • 刚塑性分析、粘塑性分析、弹塑性分析、粘弹性分析、超弹性分析、超塑性分析、周期对称结构分析、灵敏度和优化分析、超单元分析。
  • 断裂分析:支持线弹性或脆性材料的应力强度因子和J积分评定,非线性弹性材料J积分评定,包含惯性、热载、有限非弹性应变影响的广义J积分计算。
  • 支持基于应变不变量的模型,能够准确预测破坏,对于基体和纤维采用不同的放大矩阵和定律。
  • 裂纹萌生与扩展:支持疲劳裂纹扩展模式以及直接裂纹扩展模式。提供多种裂纹扩展的方法,如网格重划分、释放约束、切割单元边及直接切割单元。可对具有加强筋结构的裂纹进行扩展分析。
  • 复合材料的分层。
  • 韧性金属损伤和橡胶软化失效。
  • 复合材料脱层分析:支持粘合区域建模。
  • 磨损分析。

4.多场耦合分析
3.传热过程分析
Marc软件具有功能强大的一维、二维、三维稳态/瞬态热传导分析能力;能够描述各向同性、各向异性、或正交各向异性的热物理参数。Marc软件提供四种热分析边界条件:温度、热流强度、表面对流、表面辐射。对于强迫对流传热分析,还可以定义速度场。Marc可以计算相变潜热,可以进行有接触传热的耦合分析。
Marc支持静电场分析、静磁场分析、滑动轴承分析、流体分析、声场分析等场分析。另外Marc还具备很强的的多场耦合分析功能,支持热-机耦合、流-热-固耦合、热-电耦合(焦耳热生成)、热-电-固耦合、磁-热耦合、磁-结构耦合、扩散-应力耦合、压电分析、流体-土壤耦合(土壤渗流)相互作用及电磁场耦合。
6.热烧蚀分析
5.加工过程仿真
根据航天器热防护和固体推进剂烧蚀分析的工程需求,MSC专门开发了烧蚀分析模块,可以考虑烧蚀过程中的各种复杂因素。
Marc可以用于多种加工过程的仿真,例如:锻造、挤压、冲压、超塑、板材拉深、粉末成型、吹制、铸造、热处理、焊接、切削、复合材料固化等。在Marc Mentat界面下可以定义焊接仿真中热源的各种属性,包括尺寸、形状、大小和移动速度,以及热源的运动路径、方向和重复次数,焊料单元在后处理中可以自动根据单元死活情况进行显示。对于数控加工模拟,在Marc Mentat和Marc中也具有一些独有的功能。
7.稳定的求解技术
  • 多种时间积分:对于瞬态热传导问题,Marc采用后差分格式计算温度的变化率,获得温度场求解的递推格式。
    • 智能带宽优化:Cuthill-Mckee算法、Sloan算法和最小自由度优化算法。此外,也可以接收用户自行定义的内部节点编号。
    • 多种迭代算法:全牛顿-拉夫森迭代、修正的牛顿-拉夫森迭代、有应变修正的全牛顿-拉夫森方法。
    • 可控收敛判据:残余力判据、位移判据、应变能判据。
    • 多方案求解器:直接法、迭代法、并行求解器。
    • 自动加载控制:针对不同的分析问题提供的多种载荷/时间步长的自适应控制方法。
材料模型
2.失效材料
1.基本材料
  • 线弹性材料模型。
  • 非线性弹性材料模型。
  • 亚弹性材料模型。
  • 超弹性材料模型。
  • 理想塑性、弹塑性、超塑性、粉末塑性、粘塑性、粘弹性材料模型。
  • 热流变、记忆合金、蠕变材料模型。
  • 金属材料损伤模型。
  • 橡胶材料损伤模型。
  • 复合材料损伤模型。
  • 抵抗拉材料损伤模型。
  • 磨损模型。

4.橡胶材料
3.复合材料
Marc软件具有极强的复合材料模拟能力,能够描述层状复合材料、加强筋复合材料和实体复合材料。并提供了用于模拟混合纤维以及粒子的复合混合材料的定义功能。
Marc利用应变能函数的超弹性本构模型描述橡胶材料的行为。它提供了十余种描述弹性应变能的函数:包括基本Neo-Hookean 函数、二项Mooney-Rivlin函数、三项Mooney-Rivlin函数、5阶Mooney本构、Signiorini函数、三次不变量函数、三次变形函数Yeoh函数、Boyce-Arruda模型、Gent模型、广义Ogden应变能函数。这些模型覆盖的各种橡胶材料的行为特性。

5.其他材料
6.非结构材料
垫片材料、低抗拉材料、岩石、冰雪材料、土壤模型,生物材料、泡沫材料、塑料材料。Marc提供了模拟粉末材料本构模型的指数帽模型(Exponential Cap Model),以及用于模拟电子行业常用的焊接材料的Anand 模型。
模拟电场,磁场,声场。
单元类型
1.结构分析单元
2.传热分析单元
缆绳单元、梁单元、薄膜单元、壳单元、连续体元、间隙-摩擦元、半无限元、弯管单元、剪切板单元、加强筋单元、不可压单元、常膨胀单元、假定应变单元。
三维杆单元、平面和轴对称单元、平面和轴对称半无限元、六面体元/四面体元、半无限块体单元、轴对称或空间壳体单元。
3.其他分析单元
声场分析、电场分析、滑动轴承分析、磁场分析、电-磁场分析、压电分析、密封空腔结构分析、土壤分析、流体分析单元。
电磁分析的单元,包括4节点、10节点四面体单元和2节点线单元,可以实现复杂结构的网格划分以及边界条件的施加。Rebar单元的后处理可以显示rebar和在rebar层平面中参考轴投影的夹角变化。

网格适应技术

Marc不但支持二维三角形和四边形网格的自动重分,还支持三维四面体网格、三维六面体网格和壳单元的自动重划分。


将自动网格重分技术与节点反力松驰技术结合,可以分析裂纹开裂等自由面的增生问题。自适应网格生成技术是以某种误差判据为依据的。一旦误差准则在指定的单元中被满足,这些单元会按给定的单元细分级别在指定的载荷增量步内被重新划分。Marc的自动网格重分和自适应网格生成技术支持并行求解。将自动网格重分技术与自适应网格生成技术与并行分析技术相结合,可以达到效率与精度上的完美结合;Marc的单元死活技术允许在分析过程中根据需要随时增加或删除单元。也可通过用户子程序接口,定义判定单元死活的条件。Marc软件的单元死活技术能够与网格自适应技术和网格重划技术组合运用。比如,将自适应技术与单元死活技术组合,可以进行多次堆焊焊接的工艺过程仿真。
二次开发功能

Marc软件提供了300多个特定功能的开放程序公共块和100多个用户子程序接口。用户可以不受限制的调用这些程序模块。用户子程序接口覆盖了Marc有限元分析的所有环节,在国内外的用户中有很多成功的案例,特别是在用户本构模型定义、复杂边界条件施加等方面尤为成功。

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