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本文是文章的扩展版本2002年9月《控制工程软件评审》部门。

凭借其统一的接口MSC。visualNastran 4D (vN4D)来自MSC。软件(Santa Ana, CA www.mscsoftware.com)，允许工程师完成对涉及多体运动和相互作用的零件/组件系统的分析，使用有限元分析(FEA)方法检查其结构完整性，并使用来自the MathWorks (Natick, MA)的行业标准Matlab/Simulink软件进行控制www.mathworks.com）.

将Matlab/Simulink集成到vN4D中，为希望将Simulink模型耦合到物理世界并提取有意义的结果和反馈的控制工程师提供了一个极好的工具。基于为vN4D开发的Simulink模块vnplant，实现了控制系统与vN4D动态系统之间的数据“握手”。

图1A: vNPlant块定义。

vN4D中的输入和输出控件通过vNPlant块在Simulink中读取，如图1所示。图的A部分定义了一个vNPlant块，而vNPlant在Simulink块图中的位置如图b部分所示。vN4D中的任何仪表都是vNPlant块中输入和输出的候选仪表。一个新的功能，“有限元计，”是用来监测有限元相关的结果在数字或图形显示。这些结果的效果可以与vNPlant一起使用，以触发系统控制端的事件和过程。

由于接口的Simulink端驱动仿真，因此动画步骤是保证Matlab与vN4D之间同步的关键。当模拟接触的物体时，使用可变步长以及vN4D的强大求解器是允许与Simulink保持通信的解决方案。不幸的是，代价可能是增加计算时间。

众多新功能

vN4D 2002版的改进之一是桌面。这包括为每个部件或组件设置信息的方式、其连接和约束以及其属性。vN4D的自定义模板的不同类别的问题提供了最好的方式来利用许多设置的单位，材料，几何，有限元分析和接触(见第二张图)。由于设置的数量，使用选项卡和对象浏览器可以使用户访问输入/输出列表、注释和动画控件。

图1B:使用vNPlant的simulink框图。

相对于软件的早期版本，约束更容易创建。使用新的“绘制约束”概念，用户只需指定起点并将约束拖动到端点即可。耦合也可以扩展到在真实零件表示中建模皮带和齿轮机构。例如，一个齿轮模型可以在一个简单的形式来验证运动性能，以及在一个真实的形式与全接触分辨率来测量齿轮负载。接触仿真或分析用两种可能的模型进行处理:1)作为始终处于接触中的部件的光滑表面，或2)作为多面表面，参数化定义以更好地进行接触检测。

公式窗口代表了这个vN4D版本的关键部分之一。它提供了从模型中分配和提取信息的各种方法，例如位置、速度、数学、逻辑或规定的函数。通过内置函数，可以创建表格结果并在仿真中使用。公式窗口也是注释文本的一个组成部分，其中计算的规则可以附加到所选注释并动态显示信息。

还有FEA

图2:vN4D桌面。

使用MSC的一个子集。Nastran (MSC的旗舰软件包)，vN4D的FEA功能可以帮助设计工程师在没有专家或求助于高级功能的情况下感受其设计的结构性能。虽然仅限于线性模型，但FEA工具允许您使用新的快速迭代求解器完成结构，稳态热，模态和屈曲类型的分析。

一个典型的过程只需要几个步骤:通过分配适当的材料属性，为FEA模拟的候选部件划分节点和元素，适当地约束和加载。只需点击几下鼠标就能找到解决方案和结果。有限元分析可以运行一个单一的负载应用程序，或链接到运动与动态加载和计算结果为每一帧。结果是根据需要计算的，但可以为特定的输出定制设置。软件包的一部分是“入门CD”，以及指导您完成新功能的任何部分的在线上下文敏感帮助。

由于vN4D与中端CAD市场的所有主要参与者集成，因此vN4D中的数据共享也是无缝的。这使得vN4D可以从SolidWorks公司(Concord, MA www.solidworks.com)的产品SolidWorks中启动;电子数据系统公司(Plano, TX www.eds.com)的Solid Edge;以及欧特克公司(加利福尼亚州圣拉斐尔www.autodesk.com)的Inventor或机械桌面。因此，vN4D支持各种格式的几何传输，同时所有约束，负载和边界条件保持不变。

尽管MSC。软件的目标是设计工程师在设计的早期阶段需要一个分析工具，而不需要依赖专家或MSC的先进软件，visualNastran 4D的功能在许多方面都超越了这些限制。对于新用户来说，这个版本实际上关闭了一个完整的分析和模拟包的循环。

本综述基于vN4D 2002和Matlab/Simulink各自的5.3/3或6.1/4.1版本。硬件要求:Microsoft Windows NT、98、2000或ME、P-II、128mb RAM、32mb VRAM和300mb可用磁盘空间。单个用户或网络的定价为8000美元。其他选择包括按需租赁或按月或按周在线订阅。

Paris Altidis是博格华纳汽车公司的高级工程师，芝加哥，伊利诺伊州paltidis@ats.bwauto.com

欲了解更多信息，请访问www.globalelove.com或www.mscsoftware.com

点击https://www.vn4d.com/basket/获取一个在线教程的实时链接，该教程展示了MSC的一个示例应用程序。软件的vN4D和Matlab/Simulink

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