疲劳分析软件Fatigue.docx
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疲劳分析软件Fatigue
疲劳分析软件单项论证报告——MSCFatigue
序号：
设备表中编号：
设备名称：
MSCFatigue\MSCPatran
设备型号：
国别、厂商：
美国\MSC软件公司
1必要性论证
电子行业是一个飞速发展的行业，市场容量极其巨大，如今我国已是全球第三大电子信息产品制造国，电子信息产品已经渗透到我们生活的各个角落，包括国防军工用品、通信、医疗、计算机及周边视听产品、玩具等。
电子行业具有产品更新快，研发周期短的特点，为了满足不断发展的市场需求，必须加快产品结构的升级，在核心技术领域取得重大突破。
MSC.Software公司认为新的研究方法和技术突破在现代产品研发中扮演非常关键的作用，目前CAE仿真已经成为电子行业广泛采用的一种新的方法和技术，一定能够发挥重要作用。
1.1.现状
随着电子技术的逐渐成熟，越来越多的电子元器件或相关产品投入市场，为降低制作成本、缩短研制周期、提高产品可靠性，迫切需要引入有效的设计方法。
另一方面伴随着电子产品加工工艺的标准化，使得电子产品设计在一定程度上可与具体工艺相分离，从而大大地促进了产品建模与仿真技术的迅速发展，与以前相比电子产品CAD技术更具实际应用价值。
目前在电子产品研发中，计算机辅助工具的发展水平远远滞后于前沿研究的步伐，大多数电子元器件都由与其功能差不多但不能准确预测其执行情况的分析工具来设计。
因此，通常采用试验排错的方法进行，这往往需要反复多次的试验才能最终确定满足特定环境的器件设备。
对于开发电子元器件和系统的商业产品来说，这种落后的设计方法，设计周期长，效率低下，费用昂贵，不切实际。
由此迫切需要用于电子产品系统设计的先进建模工具和仿真方法和工具。
1.2.存在问题：
在电子产品的实际工作中，长期振动或多次冲击会使构件发生疲劳破坏。
统计表明，70%以上的机械失效都是疲劳失效。
电子元器件和舱室的螺钉、焊接，承重梁、板，磁盘磁头，安装卡口等都存在疲劳寿命的问题。
对于价格仰贵的关键部件必须进行有限寿命研究，以便及时替换部件或者更新系统。
对于其它部件需要进行无限寿命分析，确保设计使用寿命，所以有必要针对结构进行耐久性分析。
耐久性是产品质量性能指标之一，而疲劳破坏是电子组件失效的主要原因之一。
寿命或大型试验，是电子组件产品研制和生产中的一大难关，它是产品设计是否优良，工厂生产质量是否稳定的综合反映，理所当然的引起各方面的重视。
任何寿命试验发生重大技术质量问题的产品，都是不能交付使用的。
在各种因素中，疲劳寿命是制约结构耐久性的非常重要的一个因素。
1.3.发展趋势
在电子产品的研发阶段，若主要依靠实验的方法必然增加产品的研制费用，因此有必要引入计算机辅助设计与建模的方法，减少器件加工的反复次数。
此外伴随着电子技术逐渐走向成熟，在激烈市场竞争中，要求企业以最短的时间和最低的成本，推出高质量、高可靠性的电子产品。
引入疲劳分析技术，可以大量缩减研发周期，同时，疲劳分析技术可以用于结构非常复杂，设计过程中带有很大的盲目性的结构设计中，可以对所设计结构可能出现问题进行预测，指导设计方向并缩短设计周期。
耐久性是产品质量性能参考的一个重要指标，目前我所尚未针对电子产品组件进行深入的疲劳耐久性分析。
2项目（设备）名称：
有限元前后处理器：
MSCPatran
疲劳分析求解器：
MSCFatigue
2.1技术规格性能
MSCPatran是开放性的有限元前后处理软件。
该软件承担的任务为结构分析前后处理。
包括有限元建模、划分网格、设定属性、材料、工况及分析参数并提交到指定求解器计算；进行计算结果的后处理，云图、曲线、动画显示等。
主要技术指标要求：
MSCPatran：
•支持多种CAE求解器，在前处理界面下可以实现有限元分析，在前处理界面下可以生成供运动学和动力学分析进行柔性分析需要的模态中性文件；
•具有几何模型直接访问技术（DirectGeometryAccess,简称DGA），集成各CAD软件系统间的几何模型沟通及各类分析模型无缝连接。
和3维设计软Pro/E等有很好的无缝接口。
同时还支持各种几何标准格式的文件，包括Parasolid，ACIS、STEP、IGES等格式；
•具有客户化工具PCL语言，和高级模块化结构的编程语言。
用户可根据自己的需要编写特定的用户界面、图标等，尤其是创建专业分析所要求的流程和功能；
•提供基于Parasolid的高级几何造型和编辑功能，如布尔运算，倒角，印痕，抽壳，抽中面以及参数化建模等，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；
•提供可视化的单元质量评估工具，帮助用户对一些直接影响有限元计算的参数进行评估，同时还提供功能强大的单元、节点修改以及同各种求解器相关的优化工具；
•具有强大的处理大规模几何装配模型的分组功能，便于CAE流程工作，能够方便的定义有限元分析模型建立时所遇到的各种变化的物理量，可以便捷的定义随空间，时间，温度等变化的物理量和材料的非线性特性，动力学特性等；
•高级面网格剖分功能，可在复杂带有缺陷的曲面上快速生成高质量的面网格，并提供方便的用户可控性。
可直接读入CATIA,ProE,UG,I-DEAS软件的CAD几何模型和Parasolid造型核心几何模型，并自动识别和修复模型中存在的缺陷，快速产生高质量的有限元网格，并且能够处理大规模复杂模型；
•提供多种常规的计算分析结果可视化工具,如云纹图、变形图、曲线表格、动画、矢量张量图等，帮助灵活、快速地了解结构在载荷作用下复杂的行为；
•支持Windows、Linux、Unix的多种操作系统、硬件平台和图形显卡，可高效运行在超级计算机、服务器、工作站和PC机环境下，并且支持TCP/IP协议的网络浮动运行。
MSCFatigue：
MSC.Fatigue同时具有广泛的平台适用性，可在HP/UX、SGI/IRIX、Compag/DigitalUNIX、IBM/AIX/RS6000、Sun/Solaris、PC/WindowsNT/2000/XP上高效运行。
MSC.Fatigue特色如下：
●既可与MSC.Patran完全集成，又可独立使用；
●支持多种有限元软件的求解结果；
●自带大量的材料疲劳特性数据库；
●独特的随机振动条件下的疲劳寿命；
●独特的旋转车轮的疲劳分析；
●具有重设计循环能力，进行真实载荷工况仿真；
●支持Msc.Nastran所有的CWELD选项–ALIGN,GRIDID,ELEMID,PARTPAT&ELPAT；
●3-层板连接处理,支持XDB和.op2文件；
●Windows-Unix无限制交互通讯。
2.2设备调研及选型情况
Fatigue软件与其他软件的比较如下：
内容
MSC
ANSYS
Siemens
疲疲劳分析
软
件
名
称
MSC.FATIGUE
ANSYS/FE-SAFE
沿用原来Ideas的疲劳的部分功能，但还有完全融合到NXNASTRAN里面
软
件
历
史
MSC.FATIGUE是由世界最大的CAE软件商MSC公司与历史最悠久的一体化疲劳耐久性软件商英国nCode公司联手开发的专用疲劳耐久性仿真软件系统，在1990年就已经推出了成熟的商业化软件产品。
经过20多年的不断发展，目前MSC.FATIGUE已在全球的航空航天、国防、汽车、铁路、工程机械、发电设备等行业和高校等研究机构中广泛运用
ANSYS/FE-SAFE是ANSYS为弥补本身在疲劳分析方面极不专业的劣势，在1999年从SAFETechnology公司购买的疲劳分析软件包中的一个初级模块。
SAFETechnology是英国从事疲劳分析和咨询的一家小型公司，公司职员仅10人。
FE-SAFE无论从产品性能、功能和与ANSYS的集成度，以及技术支持等方面来讲，与MSC.FATIGUE都不属于同一个档次。
单轴疲劳
有
有
多轴疲劳
有（6种局部应变算法）
无
双轴疲劳
有（包括在多轴疲劳中）
有（4种局部应变算法）
振动疲劳（时域）
有
有
振动疲劳（频域）
有（载荷为功率谱密度）
无
焊点疲劳
有
无
虚拟应变片
有
无
断裂力学的裂纹扩展
有（计算应力强度因子和裂纹扩展）
无
材料库
有超过200种材料的S-N，-N，e-N，K-N等曲线
材料种类不多，
有-N曲线
载荷处理能力
同时施加多达100个载荷工况；处理时域载荷和频域载荷；过滤实际载荷中非损伤铺，加速疲劳试验；完成载荷工况寿命敏感性分析，鉴别会造成疲劳损伤的工况。
简单的时域载荷处理
MSCFatigue的用户遍布航空航天等多个行业，尤其在航空航天行业，被指定为标准的有限元分析软件，在几乎所有的航空航天企业中都不同程度的得到应用并发挥重要作用。
因此，拟选Patran/MSCFatigue作为疲劳耐久性分析软件。
2.3先进性和特色
MSCPatran
MSCPatran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。
可以高效地对具有参数化特性的各种几何生成各种类型的单元。
Patran具有从低级单元映射生成高级单元的功能，同时还具备多种类似种子点、硬点、硬线等映射网格控制功能。
Patran对从CAD系统读入的曲面和实体同样具有自动网格划分的功能，在自动划分的过程中同样可以使用种子点、硬点硬线等功能局部加密关心区域的网格。
MSCPatran提供了一整套可视化的单元质量评估工具，帮助用户在分析之前对诸如节点的重复性、单元的协调性、方向、翘曲度、边长比、相关性等一些直接影响有限元计算的参数进行评估，同时还提供了功能强大的单元、节点修改以及同各种求解器相关的优化工具。
为了能够方便的定义有限元分析模型建立时所遇到的各种变化的物理量的定义，Patran提供了各种定义变量的方法，在Patran的界面中可以便捷地定义随空间、时间、温度等变化的材料特性、动力学特性等，以及总体到局部计算的数据条件交换和不同类型分析之间的数据转换，同时也可以通过PCL语言的二次开发直接从外部的测试数据形成变化的物理场。
MSCPatran提供了22种标准梁截面库，用户输入截面特征尺寸程序自动计算出截面的几何特征参数。
对于复杂的任意形状梁截面，提供用户自定义功能，通过Patran的几何造型功能建立截面形状，程序可自动计算出截面参数，并可将自定义的梁截面存入截面库中。
对于由CAD软件中读入的几何模型，程序可通过几何造型的功能截出截面形状，并通过用户自定义功能生成梁截面参数。
MSCPatran提供了方便的梁截面定向功能，通过梁截面的局部坐标，可方便地在总体坐标下定义梁的截面方向。
梁单元的有限元模型和计算结果均可以3D显示，大大方便了梁模型的检查和计算结果的处理。
MSCPatran的分析管理器给用户提供了各种分析类型的统一集成控制平台。
分析者可根据不同的分析要求选择分析软件接口（包括MSC公司提供的有限元应用分析软件和第三方的分析软件），从而设置不同的分析环境。
这样工程分析人员就不需要掌握不同的前后处理软件，对于不同类型的分析也不需要重复建立模型。
MSCPatran和各种分析软件都有完整的结合，支持各种不同软件的单元库的定义、材料本构模式的输入以及各种边界条件的定义，Patran支持多种结构、流体、电磁场、热分析求解器，包括：
MSCNastran、MSC.Dytran、MSC.Marc、MSC.Fatigue、MSC.Mvision、SAMCEF、SINDA、Star-CD、Fluent、ABAQUS、ANSYS
通过Patran的PCL语言可以方便开发与用户自编的程序接口，将自编的专业分析程序嵌入Patran的环境。
MSCPatran提供了多种常规的计算分析结果可视化工具,如云纹图、变形图、曲线表格、动画、矢量张量图等，帮助工程师灵活、快速地了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。
MSCPatran提供了对不同有限元计算结果进行重新组合和显示的技术，适合于同一种工况计算结果的组合，也适合于不同工况计算结果的组合。
对于各种后处理显示模式，为了便于调用，Patran还可以存成相应的模板。
使用Patran作后处理工具，无论是热结构分析中的最大应力的显示，还是非线形分析中变形的显示，或是动力学分析中动态结果的动画处理，都会变得极其方便。
MSCPatran同时还提供了特殊的工具进行内部结果的后处理显示，如等值面、等值线、动态结果的切片显示等，这些透视工具的选用可以实时地观测到实体的内部结果。
后处理显示中的Results支持Isosurface的功能。
主要支持TET4单元的后处理，最多可以作5个等值面，可以在等值面上作Fringe操作，可以显示变形，也可以不显示变形，能够快速的创建模型内部应力切片图。
最新的MSCPatran的结果后处理已经支持256色的彩色云纹图，这就便于得到更为精准的色彩梯度变化和满意的云纹后处理结果。
MSCFatigue:
在产品设计阶段使用MSC.Fatigue，可在设计制造过程之前进行疲劳分析，并为集成的寿命管理创造一个MCAE环境，真实地预测产品的寿命，极大地降低生产原型机和进行疲劳寿命测试所带来的巨额开销。
MSC.Fatigue已经使世界众多的知名公司和企业从中获得巨大的经济效益。
涉及从空间站、飞机发动机到汽车、铁路，从空调、洗衣机等家电产品到电子通讯系统，从舰船到石油化工，从内燃机、核能、电站设备到通用机械制造等各个领域。
早期疲劳分析可提高产品的可靠性，增强客户对产品性能的信心，同时也可减少售后保修维护等费用，避免产品招回等难以预计的严重后果。
MSCFatigue\Patran体系具有以下主要特色：
统一的数据模型：
MSC的多学科仿真平台采用完全统一的数据模型，保证了耦合计算的有效性跟准确性。
并且极大的提高了计算效率。
成熟性：
MSC公司作为CAE行业的领导者，其完整的多学科仿真平台已经在国外航天航空企业得到了广泛应用，经过了实际的工程验证。
其多学科仿真的技术已经成熟并获得认可，可以提供最为可靠的技术保证。
专业性：
MSC多学科仿真软件继承了其原有的单学科分析产品的专业技术，在相应的领域，其技术都具有很强的先进性。
如Adams技术在机械系统动力学分析、Nastran\patran在大型结构有限元计算、Dytran在流固耦合领域都是第一位的软件。
除了以上这些比较成熟的行业标准的软件之外，MSC注重在特别专业领域的拓展。
如MSCNastran集成了专业的气动弹性功能和专业的噪音分析软件Actran。
同时集成了航天最先进的复合材料分析软件Genoa的逐步损伤算法。
拓展性：
MSC公司一直都非常注重软件的拓展。
MSC系列产品作为多学科仿真平台，一直致力于将相关领域的先进技术融合到其求解器中。
MSC几乎所有软件都具有开放的接口和几乎没有任何限制的二次开发工具。
从求解到界面都可以进行二次开发。
对于特定行业来说，进行软件的定制和开发，可以有效提高软件应用的效果，提高应用水平。
开放性：
MSC的软件都有非常标准化的接口，可以很方便的进行软件之间的交互。
不仅仅体现在MSC软件之间的集成仿真，也体现在与其他学科领域软件的互联。
3设备厂商描述
3.1设备厂商介绍：
MSCFatigue的原厂商是美国MSC软件公司，MSC.Software公司创建于1963年，总部设在美国洛杉矶，是世界领先的VPD技术提供商。
43年来，MSC.Software强大的、集成化的VPD软件和服务帮助企业界在产品开发过程中改善产品的设计、测试、制造和服务流程，从而更快、更高效地推出新产品，在激烈的市场竞争中领先对手。
40多年来，MSC.Software始终领导着世界CAE的发展方向，营业额雄踞业界首位，占据了40%以上的市场份额，产品获得了各种权威机构的认证，被公认为CAE的工业标准。
在中国，MSC.Software公司的产品全面通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会的严格考核认证，作为与分析设计标准JB4732-95相适应的分析软件。
MSC.Software于1993年在北京建立了第一个办事处，现今已发展为四个办事处、一个全球研发中心和一个工程咨询中心，年营业额达1300万美元，拥有1200多家用户，涉及航空航天、汽车、国防、机械、兵器、船舶、铁道、电子、石化、能源、材料工程、科学研究及大专院校等。
3.2行业客户
MSC.Fatigue在全球的航空航天、国防、汽车、铁路、工程机械、发电设备等行业和高校等研究机构，广泛运用。
ArvinNorthAmericanAutomotive
CaseCorporation
CaterpillarInc.
CMI-TechCenterInc.
DanaCorporationFluidSystemsProducts
Deere&Company
Defiance,Inc.
DELCOELECTRONICSCORPORATION
ElectronicDataSystemsCorporation
EngineeringConsultingService
GeneralDynamics
JohnDeereCorporation
MSXInter
nanaCorporation
NavistarInter
ParkerAbexNWL
TowerAutomotiveProductsCompanyInc.
U.S.Army
ValeoEngineCoolingIncorporated
WhirlpoolCorporation
APAutomotiveSystemsInc.
B.F.GoodrichAerospace
ChryslerCorporation
CrossMedicalProducts
HalliburtonEnergyServices
HarleyDavidsonMotorCompany,Inc.
HarnischfegerCorporation
4项目配套方案的配套条件：
作为技术提供型企业，MSC.Software公司能够为客户提供全面的工程咨询服务，以帮助客户快速实现仿真产品开发（VPD）的盈利。
我们的服务团队包括全世界300多名技术娴熟的工程师，以及成千上万的拥有经验丰富的员工。
MSC.Software公司在北京、上海、深圳、成都四处有正式的分支机构，亚太地区技术服务团队在北京，为客户提供全面的技术支持服务。
MSC.Software公司将按照公司的全球售后服务规范：
1.在服务期内向企业提供800电话（800-110-0632；5*8小时）；
2.电子邮件（***********************）；
3.网站（）；
4.用户论坛（
用户可以通过以上方式得到全球售后服务团队的技术支持。
5项目投资估算及进度安排
5.1软件模块配置表
序号
名称
数量
单价（美元）
总价
（美元）
1
MSCFatigue
1
2
MSCPatran
1
合计
5.2培训报价表
序号
培训内容
时间（工作日）
价格（美元）
1
MSCFatigue疲劳培训
10
合计（美元）
合计项目总预算：
美元
6附件：
MSC.Software公司简介
制造业企业只要希望成为业界领先的领导者，都将无可避免地要去迎接现今制造业企业所要面临的严峻挑战：
激烈的市场竞争、苛求的客户、更细分的市场、越来越复杂的产品、缩短的产品生命周期、严格的法规和环保要求、系统集成和供应链问题、爆涨的样机试验成本。
MSC.Software的虚拟产品开发（VirtualProductDevelopment，简称VPD）技术可以帮助企业改进产品开发流程，应对这些挑战。
引领CAE的先驱和领导者
MSC.Software公司创建于1963年，总部设在美国洛杉矶，是世界领先的VPD技术提供商。
41年来，MSC.Software强大的、集成化的VPD软件和服务帮助企业界在产品开发过程中改善产品的设计、测试、制造和服务流程，从而更快、更高效地推出新产品，在激烈的市场竞争中领先对手。
MSC.Software公司具有其他CAE公司无法比拟的优势和特点：
市场地位：
MSC.Software是全球最大的虚拟产品开发技术提供商和服务商
MSC.Software是全球最大的虚拟产品开发技术提供商和服务商，不但向客户提供软件工具和技术支持，同时在CAE领域内提供广泛的咨询服务；产品销售和服务咨询额名列全球第一。
数据来源：
Daratech&AMRResearch
●软件的先进性：
MSC.Software提供了最为先进和完备的CAE解决方案
在软件工具上，MSC.Software是产品线最为广泛的软件公司，从有限元分析到机构运动学动力学仿真，从机械系统的疲劳分析到控制系统仿真，涉及多种学科和多学科交叉的协同工作，对复杂的武器系统可提供更加完备的解决方案。
●软件的易用性：
MSC.Software具有方便优好的用户界面，可操作性强
MSC.Patran友好的用户界面条理清晰，符合CAE操作流程，最多不超过三级的菜单按“事件”激发，使得整个界面更加易懂，用户可随意接通任何分析任务，被称为CAE的Windows。
MSC.Software产品提供了交互式的全文在线帮助系统，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。
●软件的开放性：
MSC.Software具有世界顶级的开放体系结构
MSC.Software的产品具有世界顶级的开放体系结构，不仅与目前所有主流的CAD软件AutoCAD、CATIA、UG、PRO/E、SolidWorks、SolidEdge、MDT、Inventor等无缝连接，而且为用户的二次开发提供最为强大的专家知识系统平台，并为大规模复杂的异地协同设计仿真分析提供最为先进、可靠的解决方案。
●软件的集成性：
MSC.Software具有优秀的集成平台,具有良好的可扩展性
MSC.Software将世界先导的不同类型的分析软件和技术集成在MSC.Patran的公共环境中，可共用一个模型进行分析仿真，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。
MSC.Patran支持的CAE求解器不仅包括MSC.Software的系列产品（如MSC.Nastran、MSC.Dytran、MSC.Fatigue等），还包括其他第三方的产品（如LS-DYNA、ANSYS、Fluent等）。
●软件的高效可靠性：
MSC.Software具有全球最严格的品质保证体系
MSC.Software作为享誉全球的CAE公司，其产品通过了ISO9001质量认证，在四十多年来一直经历着全球近十万个用户的长期工程应用的不断验证。
它的整个研发过程是在美国国防部、美国宇航局（NASA）、美国航空管理局（FAA）以及美国核能委员会等有
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