Nastran

NASTRAN은 1960년대 후반 미국 정부의 항공우주 산업 자금 지원을 받아 미국 항공 우주국을 위해 원래 개발된 유한요소해석(FEA) 프로그램이다. 맥닐-슈벤들러 코퍼레이션(MSC)은 공개적으로 이용 가능한 NASTRAN 코드의 주요 원개발자 중 하나였다. NASTRAN 소스 코드는 여러 회사에서 배포하는 다양한 소프트웨어 패키지에 통합되어 있다.

 역사 
1964년 미국 항공 우주국의 구조 동역학 연구 프로그램 연례 검토에서 연구 센터들이 각자의 필요에 맞는 구조 해석 소프트웨어를 개별적으로 개발하고 있다는 사실이 드러났다. 검토에서는 대신 단일의 일반 소프트웨어 프로그램을 사용할 것을 권고했다. 이에 따라 임시 위원회가 구성되었다. 위원회는 기존 소프트웨어로는 요구 사항을 충족할 수 없다고 판단했다. 이들은 이 소프트웨어를 개발하기 위한 협력 프로젝트를 수립하고 소프트웨어의 기능을 명시한 사양을 만들 것을 제안했다.

소프트웨어 개발 계약은 Computer Sciences Corporation(CSC)에 체결되었다. 1960년대 개발 중 프로그램에 사용된 첫 이름은 GPSA였으며, 이는 범용 구조 해석(General Purpose Structural Analysis)의 약자이다. NASA가 승인한 프로그램의 최종 공식 명칭인 NASTRAN은 NASA STRuctural ANalysis에서 따온 약자이다. NASTRAN 시스템은 1968년에 NASA에 공개되었다. 1960년대 후반, 맥닐-슈벤들러 코퍼레이션(MSC)은 MSC/NASTRAN(나중에 MSC.Nastran이 됨)이라는 자체 NASTRAN 버전을 판매하고 지원하기 시작했다. 원래 소프트웨어 아키텍처는 조 물(NASA)과 제럴드 샌들러(NASA), 스티븐 번스(로체스터 대학교)가 개발했다.

NASTRAN 소프트웨어 애플리케이션은 우주 왕복선과 같은 보다 효율적인 우주 비행체를 설계하는 데 도움이 되도록 작성되었다. NASTRAN은 1971년 NASA 기술 활용 사무소에 의해 대중에게 공개되었다. NASTRAN의 상업적 사용은 모든 크기, 모양 또는 목적의 탄성 구조물의 거동을 분석하는 데 도움이 되었다. 예를 들어 철도 선로, 자동차, 교량, 발전소, 마천루, 항공기 등 많은 분야의 설계에 사용된다. 이 프로그램만으로도 1971년부터 1984년까지 7억 1백만 달러의 비용 절감 효과를 가져온 것으로 추정된다. NASTRAN은 1988년 미국 우주재단의 우주 기술 명예의 전당에 헌액되었으며, 이 영예로운 상을 받은 최초의 기술 중 하나이다.

NASTRAN 프로그램은 여러 버전을 거쳐 발전해 왔다. 각 새 버전에는 분석 기능과 수치 성능이 향상되었다. 오늘날 NASTRAN은 항공우주, 자동차 및 해양 산업에서 전 세계적으로 널리 사용되고 있다.

2001년 NASA는 "NASA 클래식" 패키지와 함께 NASTRAN 소스 코드를 Open Channel Software를 통해 수수료를 받고 대중에게 공개했다.

2002년 11월 MSC Software는 경쟁 CAE 공급업체인 Universal Analytics, Inc.(UAI)와 Computerized Structural Analysis & Research Corp.(CSAR)의 두 인수에 대한 독점 금지 소송을 해결하기 위해 FTC와 최종 합의에 도달했다. FTC는 이 인수가 반경쟁적 활동을 나타낸다고 주장했다. 합의 조건에 따라 MSC는 현재 Nastran 소프트웨어의 복제본을 매각했다. 이 매각은 UGS Corporation에 로열티가 없는 영구적이고 비독점적인 라이선스를 통해 이루어졌다. UGS Corporation은 2007년 지멘스에 인수되었다.

NASTRAN의 상업용 버전은 현재 여러 공급업체에서 제공된다.

 소프트웨어 아키텍처 

NASTRAN은 주로 포트란으로 작성되었으며 백만 줄 이상의 코드를 포함한다. NASTRAN은 작은 워크스테이션부터 가장 큰 슈퍼컴퓨터에 이르기까지 다양한 컴퓨터 및 운영체제와 호환된다.

NASTRAN은 처음부터 여러 모듈로 구성되도록 설계되었다. 모듈은 모델 형상 처리, 행렬 조립, 제약 조건 적용, 행렬 문제 해결, 출력 수량 계산, 데이터베이스와의 대화, 솔루션 인쇄 등 특정 작업을 수행하도록 설계된 포트란 서브루틴의 모음이다. 모듈은 DMAP(Direct Matrix Abstraction Program)라는 내부 언어로 제어된다.

사용 가능한 각 분석 유형을 솔루션 시퀀스라고 한다.

가장 일반적인 솔루션 시퀀스 코드는 다음과 같다.
 101 - 선형 정적
 103 - 모달
 105 - 좌굴
 106 - 비선형 정적
 107 - 직접 복소수 고유값
 108 - 직접 주파수 응답
 109 - 직접 과도 응답
 110 - 모달 복소수 고유값
 111 - 모달 주파수 응답
 112 - 모달 과도 응답
 129 - 비선형 과도
 144 - 정적 공력탄성 해석
 145 - 플러터/항공서보탄성 해석
 146 - 동적 공력탄성 해석
 153 - 열 전달과 결합된 비선형 정적
 159 - 열 전달과 결합된 비선형 과도
 187 - 동적 설계 해석 방법
 200 - 설계 최적화 및 민감도 분석
 400 - 비선형 정적 및 동적 (내재적) (MSC.NASTRAN 네이티브, 106, 129, 153 및 159 대체 - MSC.NASTRAN의 일부)
 401 - 비선형 정적, 동적, 아크 길이, 모달 등 (Simcenter Nastran, 이전 NX Nastran)
 402 - 비선형 정적 및 동적 (내재적) (NX.NASTRAN용 SAMCEF 기반)
 600 - 비선형 정적 및 동적 (내재적) (MSC.Marc의 프론트 엔드 - MSC.NASTRAN의 일부)
 601 - 내재적 비선형 (NX Nastran용 ADINA, 2020년 이후 NX NASTRAN에서 더 이상 사용 불가)
 700 - 명시적 비선형 (LS Dyna + MSC.Dytran - MSC.NASTRAN의 일부)
 701 - 명시적 비선형 (NX Nastran용 ADINA, 2020년 이후 NX NASTRAN에서 더 이상 사용 불가)

 관련 소프트웨어 

NASTRAN은 주로 유한요소해석을 위한 솔버이다. 모델을 그래픽으로 구축하거나 메시를 생성하는 기능은 없다. 프로그램의 모든 입력과 출력은 텍스트 파일 형식이다. 그러나 여러 소프트웨어 공급업체는 유한요소 모델 구축 및 결과 분석을 단순화하도록 설계된 전처리 및 후처리기를 판매하고 있다. 이러한 소프트웨어 도구에는 CAD 형상을 가져와 단순화하고, 유한요소로 메시를 생성하며, 하중과 구속 조건을 적용하는 기능이 포함되어 있다. 이 도구를 통해 사용자는 NASTRAN에 분석을 제출하고, 결과를 가져와 그래픽으로 표시할 수 있다. 전처리 및 후처리 기능 외에도 여러 Nastran 공급업체는 더 고급 비선형 기능을 Nastran 제품에 통합했다.

 NASTRAN 옵션 

NASTRAN 원본 소스 코드를 기반으로 한 다음 소프트웨어 옵션을 사용할 수 있다.
 MSC Nastran
 NASTRAN-xMG (MSC Software에 인수됨)
 NEi Nastran (원본 NASTRAN 소스 코드의 PC/리눅스 기반 버전)
 NX Nastran (Siemens Digital Industry Software에 인수되어 Simcenter Nastran으로 리브랜딩됨)
 Open Channel Foundation에서 배포하는 Nastran

 MSC Nastran 
MSC Nastran은 1963년 리처드 맥닐 박사와 로버트 슈벤들러가 시작한 오리지널 상업용 Nastran 제품이다. MSC Nastran은 일반적으로 구조 해석을 수행하는 데 활용된다. 캘리포니아 공과대학교(Caltech) 교수였던 칼렙 "맥" 맥코믹 교수는 행렬 수학을 구조 해석에 적용할 수 있다는 사실을 깨달은 MSC의 핵심 프로그래머였다. 모든 산업에서 활용되지만, 항공우주 및 자동차 산업에서 구조물의 구성 요소 및 시스템 수준 모델에 대한 계산 응력 및 변형률 분석을 수행하는 데 강력한 지지층을 유지하고 있다. 1963년부터 MSC Nastran은 동역학, 로터 동역학, 비선형, 열, 고충격, NVH, 유체 구조 상호작용 및 피로 해석으로 기능을 계속 발전시키고 확장했다. 오늘날에는 MSC Marc 및 LS-Dyna와 결합하여 고도로 비선형적인 결합 해석 솔루션을 제공한다.

 NASTRAN-xMG 

NASA가 만든 원본 NASTRAN 소프트웨어와 동일한 기본 코드(원본 NASTRAN 아키텍처 및 DMAP 언어 포함)를 기반으로 구축된 NASTRAN-xMG는 무제한 문제 크기, 고속 솔버 기술 및 서브스트럭처링 해석 옵션을 제공한다. 이 회사의 주요 창립자는 리처드 H. 맥닐 박사이다.

 NEi Nastran 

NEi Nastran은 구조물 및 기계 부품의 선형 및 비선형 응력, 동역학 및 열 전달 특성을 분석하는 데 사용되는 범용 유한요소 해석 솔버이다. 32/64비트 윈도우 및 리눅스를 포함한 다양한 플랫폼에서 사용할 수 있다.
이 소프트웨어는 2014년 5월 오토데스크에 인수되었다.

 Simcenter Nastran (이전 NX Nastran) 
NX Nastran은 MSC Corporation에 대한 FTC의 독점 금지 활동 혐의에 따른 FTC 조치로 탄생했다. 독점 금지 합의에 따라 2003년 UGS는 MSC.Nastran 2001 소스 코드에 대한 로열티 없는 영구 라이선스를 구매할 수 있었다. UGS는 이전 EDS의 유니그래픽스 사업부였다. Nastran의 CAE 기능은 NX 유니그래픽스의 CAD 및 기타 구성 요소에 추가되어 EDS/UGS PLM 솔루션 제품 수명 주기 관리 제품군을 형성했다. 이 제품군은 2007년 SIEMENS에 인수되어 Siemens Digital Industry Software가 되었다.

이 구매에는 소프트웨어 프로그램 MSC.Nastran v2001에 대한 영구적, 전 세계적, 로열티 없는 비독점적 라이선스, 소프트웨어와 관련된 기타 자산, 그리고 1999년 MSC가 Universal Analytics Inc. 및 Computerized Structural Analysis & Research Corp.를 인수함으로써 취득한 모든 저작권 및 상표권이 포함되었다.

Simcenter Nastran (NX Nastran)은 이제 지멘스 디지털 산업 소프트웨어의 Simcenter 제품 포트폴리오의 일부로, Simcenter 3D CAE 애플리케이션의 주요 솔버 중 하나이다.

 OCF Nastran 
Nastran의 소스 및 바이너리 복사본은 Open Channel Foundation에서 연간 라이선스 비용으로 사용할 수 있다. 이것은 National Technology Transfer Center의 NASA COSMIC 컬렉션 배포의 일부였다. 2015년 6월 깃허브에 게시되었다.

 파생 
NASTRAN의 성공은 다른 많은 유한요소 소프트웨어 개발로 이어졌다. 그중 하나인 ASTROS는 NASTRAN 유형 기능을 확장하여 구조 최적화를 포함했다. 현재 ASTROS는 Zona Technology, Inc.에서 유지 관리하고 있다.

 경쟁 
현재 시중에는 NASTRAN이라는 이름을 가지고 있지는 않지만 NASTRAN 입력 형식을 읽을 수 있는 수많은 상업용 FEA 제품이 있다. 그중 다수는 유한요소 소프트웨어 패키지 목록, CAE, FEA 페이지에 나열되어 있다(아래 카테고리 참조).

 각주 

분류:컴퓨터 지원 설계 소프트웨어