下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
Patran是一个集成的并行框架式的有限元前/后处理及分析仿真系统。Patran的开放式、多功能的体系结构将工程设计、工程分析、结果评估、用户化设计和交互图形界面等集于一身，构成了一个完整的CAE集成环境。Patran可以帮助产品开发人员实现从设计到制造全过程的产品性能仿真。Patran拥有良好的用户界面，便于用户学习和使用。
Patran采用符合开放软件基金会（Open Software Foundation，OSF）Motif标准的图形用户界面，如图1-1所示。Patran的图形用户界面条理清晰，菜单最多不超过3级，便于用户接通各类分析任务。该软件还拥有丰富的电子表格工具，如弹出式或下拉式菜单与表格、滑动条、图形图标、按钮等，方便用户输入和管理数据。各类表格均使用普通的工程术语，而不是特定的代码、命令或缩写，需要时辅助表格会自动弹出，不需要时会自动隐藏，整个界面始终给人一种直观的感觉。
图1-1 Patran的图形用户界面
Patran不但拥有基于Motif标准的图形菜单和电子表格系统，而且通过在线帮助系统为用户提供用户手册并允许用户快速定位所需信息，易学易用。
为方便用户使用，Patran的用户手册系统始终处于“等待激活状态”，可在用户需要帮助的任意时刻被激活并提供相应的信息。
在在线帮助系统中，用户可单击相应的主题目录，并从“内容表”上选择需要的主题信息，一旦选定内容，文档中的相应信息就会出现在屏幕上供用户读取。
有限元分析模型可通过CAD几何模型快速生成，用精确表现产品设计的方式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。Patran中生成的分析模型（包含直接分配到CAD几何模型上的载荷、位移、材料和单元特性等）将保存在Patran的数据库中，而CAD几何模型将继续保存在原有的CAD/CAM（Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）系统数据库中。当相关的设计模型存储在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Patran中迅速获取几何模型的任何改变，并能通过观察新的几何模型调整分析的精度。Patran通过在世界范围内与先进的CAD、CAM软件建立紧密而重要的合作来实现并行工程和几何模型直接访问（Direct Geometry Access，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CAD、CAM软件包括CADDS5、CATIA、EUCLID、Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidWorks等。
对于其他CAD软件，可依据其所遵循的标准进行访问。上面提到的CAD信息包括几何点、曲线、曲面、曲面和实体、Unigraphics的特征等。其中，Unigraphics的特征不但可以导入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（交互式CAD/CAM系统）中供CAD设计人员修改与使用。
Patran中的中间文件可用于在不同平台之间传递几何模型，STEP或IGES文件主要用于任意CAD模型的几何数据的输入和输出。
Patran提供了一系列基于Parasolid的几何造型和编辑功能，不但可以编辑导入的CAD几何模型并划分有限元网格，而且可以通过布尔运算独立创建各种复杂的几何模型。
Patran拥有统一的菜单形式，提供了强大的建模功能。支持多种几何要素，包括点、曲线、曲面、Trimmed裁剪曲面、Parasolid实体、三参数实体、B-rep实体；支持多种生成方式，包括平移、转动、比例缩放、镜像、抽取中面、倒角、要素相交、投影、几何序号的重新排序等。此外还包含曲线、曲面合并，任意局部坐标系设定，重心、形心、转动惯量等几何模型的质量和几何特性的计算等功能。
作为世界一流的前/后处理器，Patran可根据不同的分析软件设置不同的工作环境，以满足用户对使用效益和集成的需求，使用户无须针对不同的分析软件的特点重复建模。Patran界面内可直接选择的求解器包括：Nastran、Marc、Dytran、Patran Thermal、FE Fatigue、ABAQUS和ANSYS等，如图1-2所示。
图1-2 Patran界面内可直接选择的求解器
Dytran目前还没有完全集成到Patran中。虽然大部分数据卡片能够在Patran中生成，但仍有个别卡片不能够自动生成，需要我们手动使用文本编辑器加以补充。Dytran中包含丰富的材料模式，有些材料定义卡，例如用于定义钣金材料的SHEETMAT，在Patran中还不能直接生成；还有些载荷卡也需要我们手动修改，例如定义刚体强制运动的卡片。
这些卡片在一个分析模型中通常只有几张，因而用文本编辑器手动生成并不费事。相信Patran后续的版本会更好地支持这些卡片。
用Patran生成Dytran的模型数据时，首先根据几何模型（可以将CAD软件产生的文件导入Patran，也可以在Patran中创建），用网格划分功能生成网格，产生节点和单元节点联结关系等数据；然后定义单元物理特性数据、材料数据、约束条件和载荷条件；接下来定义输出请求等情况控制卡以及其他控制参数；最后用Patran中的Analysis操作面板形成输入数据文件，并用文本编辑器补充剩下的个别卡片。
Patran提供了全面、方便、灵活的可满足各种分析精度要求的复杂有限元建模功能。它拥有综合、全面、先进的网格划分技术，为用户提供了多种不同的生成和定义有限元模型的工具，可用于网格生成、有限元模型的编辑处理、单元选定、任意梁截面建模、位移和载荷的定义，以及交互式计算结果的后处理。
Patran中的快速曲面网格生成器的功能包括任意二维曲面网格的生成和缝合；允许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；网格的密度控制，包括曲率检查；无曲面的面网格生成；板壳元中性面的自动提取与网格划分；通过先进的算法保证边界和特殊区域的网格形状最优；基于p-单元的分析。自动实体单元网格生成器的功能包括任意三维几何体的四面体网格的生成；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）；通过先进的算法保证边界及重要区域网格的形状最优；详尽的四面体网格诊断信息准确定位几何缺陷。映射网格生成器的功能包括多种网格划分选项、均匀或非均匀（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、网格种子控制和用户自定义的网格平滑处理。扫掠网格生成器的功能包括二维和三维单元可从低一阶次的单元扫掠形成，扫掠方法包括圆弧方向、柱面径向、拉伸方向、球面径向、球面周向等。
除了拥有优异的网格划分技术外，Patran还拥有一些独特的网格处理功能，如图1-3所示，方便用户的使用，如网格的优化处理、单元验证试验等，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；单元的平移、转动、镜像和比例缩放，以及复制和管理单元；节点和单元的修改与编辑；单元细化；一个几何体对应多种不同网格划分并存在于同一个数据库；节点、单元的编号与控制；有限元单元检查包括壳单元的长宽比、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的偏置检查等。
在Patran中，结构分析所施加的载荷可直接作用于集中点、边线、平面、柱面或球面、实体等几何模型或有限元模型上。载荷的形式包括力和力矩、压力或面分布力、强制位移、速度、加速度、温度、热通量等，如图1-4所示。
图1-3 Patran中的网格处理功能
图1-4 Patran中载荷的形式
Patran提供了多种计算分析结果交互式可视化后处理工具，如图1-5所示，帮助工程师灵活、快速地理解载荷作用下的复杂行为，如结构变形、温度场、疲劳寿命、流体流动等。输出结果的方式包括半自动、手动等。结果显示选项包括：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。输出的图形格式包括BMP、JPEG、MPEG、PNG、TIFF、VRML等。
图1-5 Patran中的后处理工具
Patran命令语言（Patran Command Language，PCL）是Patran中的一种高级、模块化结构的编程语言和用户自定义工具，与C语言和Fortran语言类似，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、建立新的功能或增强功能。通过PCL，其他商品化或自编分析程序可被集成到Patran系统中。