一、空间展开结构分析

扩展结构作为一种新型结构形式，近些年来在宇航、建筑结构和军事工程等领域的应用越来越广泛。周边环形架式天线具有收缩比大、重量轻的优点，已成为各国竟相研究的重点天线结构形式。

这种空间展开结构展开直径达13m（图1），对如此大的柔性结构同时考虑重力影响进行物理试验非常困难。意大利的空间设备公司Alenia Spazio运用Samcef Mecano成功模拟了可扩展天线：采用Samcef Mecano建立包含复合材料、柔性和接触的可展天线非线性刚柔耦合模型，对整个展开过程进行模拟，以评估结构所承受的载荷及其动力学特性，对设计方案进行验证和指导。由于充分考虑了部件柔性和非线性因素的影响，计算结果精度比传统多体动力学方法有大幅提高。

二、航空发动机可变静子叶片分析

法国SAFRAN集团SNECMA公司，在做可调静子叶片系统分析时，用Samcef Mecano软件来预测定子叶片的角度对空气动力学的影响，从而判定其发动机的性能，主要包括对转速、加速性、推力和稳定性的影响。其次，仿真的目的还在于整个系统的减重设计，找到适中的质量与刚度，同时保证可靠性，避免产生部件强度和疲劳问题。

图2为Samcef Mecano软件中可变静子叶片全刚性体的多体动力学模型和非线性刚柔耦合模型，整个非线性刚柔耦合模型包含部件柔性（非线性有限元和超单元）、接触摩擦等边界条件非线性，同时考虑气体压力分布和温度的影响，对整个机构动力学特性进行分析。在Samcef Mecano中基于C A D模型进行建模，从初始设计到详细设计，从纯刚体仿真到刚柔耦合仿真只需基于同一套模型，添加柔性部件即可，无需重复建模。

在这个案例中，如果只考虑刚体单元是远远不够的，因此桨叶部分用刚体单元建模，其他部分都用柔体单元，并且它们之间用运动副连接。外圈通过执行器驱动，并带动连杆。非线性计算的重点就是这些连杆的非线性行为。

三、航空发动机可变截面尾喷分析

航空发动机可变截面尾喷主要应用于军事领域，但也逐步向民用飞机发展。尾喷的主要作用是引导发动机出口的输出流量，以最佳的方式提供推力。

该项目中所研究的尾喷结构由喷管以及不同的瓣片构成（热瓣片与冷瓣片）。装配体结构看起来十分复杂，这些瓣片的运动可以直接或间接由制动器或驱动系统控制，或者通过与其他瓣片接触而定位。在发动机工作条件下，热瓣片和冷瓣片将承受很大的温度载荷和气动载荷。

SAFRAN集团利用Samcef Mecano对其尾喷进行刚柔耦合分析。此分析中同样涉及到机构运动、部件柔性（非线性有限元和超单元）、非线性接触摩擦问题、气体压力和温度分布影响等，采用非线性刚柔耦合分析，计算结果精度比传统多体动力学方法有大幅提高。

四、充气结构分析

Samcef Mecano中包含了一种专门的薄膜单元，可以模拟薄膜结构的大位移大变形问题，因此在充气结构可以给出独特的解决方案。意大利宇航局Alenia Spazio应用Samcef Mecano成功模拟充气式再入返回装置整个折叠和展开过程的动态特性。

Samcef

LMS SAMTECH起源于比利时列日大学宇航实验室，Samcef软件开发的历史，可以追溯到1965年，它的第一个静力学分析程序Asef是与美国空军合作开发的。随后在1972和1975年分别增加了模态分析程序DYNAM和热分析程序Thermal。1977年动力响应程序REPDYN诞生。1978年Samcef优化模块OPTI推出。1980年非线性静态和动力学软件Samcef Mecano的推出标志着Samcef在柔性体动力学领域领先地位的确立。

LMSSAMTECH一直坚持在客户的需求和长期积累的欧洲高端合作项目经验中不断开发和完善产品功能，从20世纪八十年代初开始，其就与欧洲宇航局、法国宇航局和AIRBUS、EUROCOPTER、SAFRAN等欧洲众多大型航空航天企业建立起长期的战略合作伙伴关系。凭借LMS SAMTECH雄厚的航空航天背景，以及在欧洲航空航天领域的专业影响，确立了Samcef在航空航天领域的优势地位，并逐步扩展到能源、汽车、通用机械等其他领域，成为柔性体非线性动力学分析方面的独特解决方案。

Samcef Mecano是用以解决非线性结构和机构动力学问题的分析软件，基于非线性有限元理论模拟柔性多体动力学系统，将机构的动力学仿真与结构非线性有限元分析无缝集成，可以在同一求解器内实现非线性刚柔耦合问题的有效求解，同时Samcef Mecano还可以联合控制，实现机电一体化仿真。

1.丰富的材料库

在Samcef Mecano中，提供了多种材料的定义，包括：线弹性材料；塑性材料；超弹性材料；粘弹性和粘塑性材料等；率相关材料；复合材料（铺层结构、编织和缠绕结构）；用户自定义材料。

2.丰富的单元库

Samcef Mecano支持的单元类型包括如下。

（1）结构单元：杆、梁、壳、膜和3D实体单元；平面应变膜、实体和壳单元；轴对称壳、膜和实体单元；傅里叶多谐波壳单元和实体单元等。

（2）非线性运动单元：模拟连接的刚体和柔体运动副；用来定义滑动铰接关系的柱面铰、球面铰和棱柱铰；用来定义缆索和滑轮结构的缆索滑轮单元；传感器和执行器单元等。

（3）控制单元：用于与MATLAB/Simulink联合进行机电一体化分析。

3.强大的非线性求解器

Samcef Mecano采用独特的MOTION IN FEA方法，基于非线性有限元理论模拟柔性多体动力学系统，将机构的动力学仿真与结构非线性有限元分析和控制统一在同一个求解器下，实现柔性机械系统仿真。

SamcefMecano非线性求解器可以考虑各种非线性因素，如大位移、大旋转等几何非线性、材料非线性和接触摩擦等边界条件非线性，采用多种隐式时间积分算法，如Newmark、HHT、Chung Hulbert等，其稳健高效的求解算法以及求解内核优异的收敛性，可以为用户得到精确结果提供很好的保障。

4.结构有限元分析

Samcef Mecano包括线性和非线性的结构有限元分析。

（1）Samcef Linear线性求解器包括结构线性静力学分析、模态响应、线性动力学分析、随机响应和屈曲稳定性分析等。

（2）Mecano Structure是非线性结构分析求解器，支持几何非线性、材料非线性（超弹性、弹塑性、粘塑性、粘弹塑性、用户自定义的材料本构方程、复合材料等），同时还集成了先进的用于包含摩擦或无摩擦的刚/柔接触算法，能够高效求解分析刚柔和柔柔耦合、二维和三维摩擦接触等行为。Mecano非线性结构分析包括静力学、运动学和动力学分析。

5.机电系统联合仿真

Samcef Mecano为机械系统的机电设计提供了总体和详细设计环境，通过与MATLAB/Simulink的接口，提供多种方式：如在Mecano非线性模型中读入Simulink的控制器文件、或将线性化的Mecano模型导出到Simulink，又或与Simulink进行Co-simulation等多种方式，实现机电系统联合仿真。6.优化分析MECANO可与LMS公司的另一软件Boss Quattro联合进行高效的拓扑优化及参数优化分析，并同时实现分析流程的管理。

7.便捷的前后处理功能

Samcef Mecano提供了便捷的前后处理功能。在统一的环境下，用户可以进行建模、分析、后处理等一系列工作。对于一个模型，可以混合刚体单元、有限元网格单元、超单元与其他模型通过多种运动副相连接，并考虑接触和摩擦。

众所周知，网格质量对计算结果的影响是巨大的。利用Samcef Mecano先进的网格控制工具可以得到优质的网格，为得到精确可靠的仿真结果打好基础。

Samcef Mecano在非线性刚柔耦合分析方面有着业界其他软件无法比拟的优势，在欧洲航空航天业界有着非常广泛的应用，在机床及工业机器人、工程机械、汽车等其他领域也有众多应用。