nastran12.0中文教程

1、MSC Nastran/PatranBasic Training(NAS120p),— 線性靜力學(xué)、模態(tài)和屈曲分析,MSC 上海辦事處2012,NOTE本教材內(nèi)容根據(jù)MSC標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)教材NAS120/NAS122/PAT301等資料整理而成由于時(shí)間倉促，其中不免有疏漏錯(cuò)誤之處，如有疑問，請參見上述標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)教材和Nastran/Patran幫助文檔，并引為準(zhǔn).馬越峰 2012年5月,與標(biāo)準(zhǔn)NAS120教材的區(qū)別,從用戶易

2、接受程度考慮，按單元類型調(diào)整了講課順序，由原來的1D->2D->3D調(diào)整為3D->2D->1D的順序進(jìn)行講解。增加了部分實(shí)用建模內(nèi)容，如處理裝配體協(xié)調(diào)網(wǎng)格，自定義梁截面，梁單元方向和偏置設(shè)置，各類單元混合建模方法等。減少了講師實(shí)際操作演示的部分內(nèi)容，突出關(guān)鍵操作，配以Patran界面說明。相比標(biāo)準(zhǔn)教材，因?yàn)闇p少了講師演示內(nèi)容，因此講解時(shí)間有較大彈性，可適用于2天至5天的培訓(xùn)周期。,課程目的和講課方式,有限元

3、分析方法的基本概念、分析流程有限元分析方法在Nastran/Patran中的實(shí)現(xiàn)MSC Nastran的基本功能Patran的基本功能授課方式50%講解+50%上機(jī)練習(xí)主講人員基本信息馬越峰 (MSC上海辦事處)Tel: 138-1748-6629Email: yuefeng.ma@mscsoftware.com,課程主要內(nèi)容,MSC公司和MSC產(chǎn)品有限元基本知識用Patran/Nastran進(jìn)行靜力學(xué)分析Pat

4、ran/Nastran文件格式3維體單元網(wǎng)格建模2維殼單元網(wǎng)格建模后處理注意事項(xiàng)1維單元網(wǎng)格建模0維(Scalar)單元網(wǎng)格建模各類單元的混合建模分組和列表實(shí)用操作層合材料板分析模態(tài)和屈曲分析附錄1：常見錯(cuò)誤及解決方法,緒言MSC公司和MSC產(chǎn)品,MSC.Software公司,成立于1963年, 總部位于美國洛杉磯，雇員1200多人分布于23個(gè)國家全球最大的CAE公司，廣泛的用戶群，為全球制造行業(yè)提供全面的CAE

5、軟件和服務(wù)是業(yè)內(nèi)CAE仿真的領(lǐng)導(dǎo)者和標(biāo)準(zhǔn),旗艦產(chǎn)品MSC.Nastran，ADAMSNastran起源于MSC參與的NASA阿波羅登月項(xiàng)目提供企業(yè)級多學(xué)科協(xié)同仿真解決方案SDM和工程咨詢服務(wù),,全球最早的、具有深刻影響力的十家軟件公司,CTRIBMComputer Usage CompanyComputer Science CorpMSC SoftwareApplied Data Systems, Inc.Cincom

6、 SystemsNintendoMicrosoftApple,MSC SZ Office2002,MSC CD Office1998,MSC BJ Office1993,,,MoreSatisfiedCustomers,China Service Center2000,,MSC SH Office1999,,Global Technical Support Center2005,MSC中國,10,公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)

7、準(zhǔn)汽車、空天、船舶、重工,,,,,,,,,,,,,,,,,,,公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)汽車、空天、船舶、重工 (中國區(qū)),,,MSC.Software 產(chǎn)品線,,MSC公司產(chǎn)品線：世界上最完整的固體CAE產(chǎn)品線,固體,流體,(剛性體),線彈性(強(qiáng)度、振動等),非線性柔性體(大變形、材料等),快速沖擊(碰撞、爆炸等),(柔性體),機(jī)械/力學(xué)學(xué)科,Adams機(jī)構(gòu)運(yùn)動,Nastran強(qiáng)度/振動,Marc非線性,Dytran碰撞/流固耦

8、合,熱學(xué),Sinda熱/輻射,Fatigue疲勞,Actran噪聲,Mvision材料庫,Patran/SimXpert網(wǎng)格/前后處理器,Xflow流/熱,Easy5控制/液壓,機(jī)構(gòu)(運(yùn)動、控制),系統(tǒng)仿真,線彈性,隱式非線性,顯式非線性,。。。。重機(jī)。。。。船舶。。。。航空。。。。航天。。。。汽車。。。。電子。。。。軍工。。。。,熱流,熱流(熱控、流阻等),,有限元分析的基

9、本流程,靜力學(xué)分析演示案例,Patran/Nastran有限元分析基本流程演示有限元分析：部件強(qiáng)度分析 -> 裝配體強(qiáng)度分析先講部件強(qiáng)度,,求解器和前后處理器,前處理器：建立有限元模型 求解器：求解方程 后處理器：評估分析結(jié)果 Patran,,K·x=f,,NASTRAN的歷史,1965年MSC和美國NASA一起開發(fā)，NAsa STRuctural Analy

10、sis的縮寫1972年MSC釋放第一個(gè)商業(yè)版本Nastran廣泛應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域獲得FAA(美聯(lián)邦航空局)論證資格,MSC Nastran是線性有限元的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)！MSC Nastran是振動分析的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)！,Nastran特點(diǎn)和優(yōu)勢,極高的軟件可靠性，經(jīng)過無數(shù)工程問題的驗(yàn)證作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出格式和計(jì)算結(jié)果強(qiáng)大而廣泛的軟件功能高度靈活的開放式結(jié)構(gòu)DMAP語言：求解器的二次開發(fā),能夠有效解決各類大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的：強(qiáng)度

11、、剛度、屈曲、共振、動力學(xué)、熱力學(xué)、非線性、噪聲、流體-結(jié)構(gòu)耦合、氣動彈性、保密模型裝配(超單元)、無約束結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、拓?fù)鋬?yōu)化等問題。,Patran完整，統(tǒng)一，先進(jìn)的框架式FEA建模平臺,分析,,,,,CAD/CAM系統(tǒng):CATIAIDEASPro/EngineerUnigraphicsSolidEadgSolidWorksAutodesk MDT用戶自開發(fā)CAD,,ANALYSISPreference,,CAD A

12、ccess,,LMS CADA-XPreference,,ANALYSISMANAGER,FATIGUE,MSC.Patran,,LAMINATEMODELER,,MATERIALSSELECTOR,疲勞仿真,實(shí)驗(yàn)測試,分析管理,材料選擇,復(fù)合材料,設(shè)計(jì),分析求解器,模型,載荷及邊界條件,網(wǎng)格劃分,圖形,結(jié)果評估,幫助系統(tǒng),,MSC/MVISION材料數(shù)據(jù)系統(tǒng),MSC產(chǎn)品:MSC.NastranMSC.DytranMSC

13、.MarcMSC.FLIGHT LOADS ADVANCED FEA THERMALActran第三方產(chǎn)品:ABAQUSANSYSSYSNOISESINDA用戶自行開發(fā),CAE的最佳前后處理器,幫助文檔和參考書目,Nastran幫助文檔在C:\MSC.Software\MSC_Nastran\20121\msc20121\Doc\pdf_nastran文件夾下qrg.pdfPatran

14、幫助文檔安裝盤(patran_2012_windows_doc.exe)安裝完成后可以通過F1進(jìn)入幫助文檔www.mscsoftware.com,Patran和Nastran的常用設(shè)置,系統(tǒng)常用設(shè)置-關(guān)聯(lián)設(shè)置,Patran和Nastran關(guān)聯(lián)用文本編輯器打開C:\MSC.Software\Patran_x64\20121\P3_TRANS.INI修改相應(yīng)版本Nastran的路徑Patran提交計(jì)算時(shí)修改anasysis->

15、Translation parameters->MSC nastran version否則會出現(xiàn)錯(cuò)誤(errno=2),,①,②,③,系統(tǒng)常用設(shè)置-Nastran的設(shè)置,用文本編輯器編輯文件C:\MSC.Software\MSC_Nastran\20121\conf\NAST20121.rcf,Buffzise有利于nastran的I/O，推薦值見下表,Sdir文件夾用于存儲Nastan計(jì)算過程中的臨時(shí)文件，需要比較大的空間。如

16、果rcf文件中沒有定義sdir的位置，則Nastran計(jì)算會自動終止而沒有任何報(bào)錯(cuò)信息。Old關(guān)鍵字可以控制nastran重命名或者刪除已經(jīng)存在的計(jì)算文件(如f06.，f06.1，f06.2，f06.3…)Msgbell關(guān)鍵詞控制nastran計(jì)算結(jié)束時(shí)是否發(fā)出“嘀嘀”的提醒聲,其它有用設(shè)置,Nastran和Patran工作路徑說明不使用 空格和中文字符建議以下命名形式project_abc/ProjectAbc/projec

17、t.abcPatran自定義材料庫的位置 C:\MSC.Software\Patran_x64\20121\shareware\msc\unsupported\utilities\data_files\bv_material_data,如何獲取License授權(quán)：通過FLEXlm,License授權(quán)設(shè)置：客戶端 設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量變量名MSC_LICENSE_FILE變量值27500@hostnameLicense授權(quán)設(shè)置：服

18、務(wù)器端 啟動FLEXlm的License服務(wù),,客戶端,服務(wù)器,Software(e.g.Nastran/Patran),FLEXlm,TCP/IP Port=27500,服務(wù)器防火墻,License文件,log文件,靜力學(xué)分析,受訓(xùn)者自己動手做一個(gè)3維單元的靜力學(xué)分析,分析流程,前處理器5步曲：導(dǎo)入CAD模型Meshing劃分網(wǎng)格Material材料屬性Property物理屬性Load case: BC/LOAD工況：邊界

19、和載荷求解設(shè)置和分析：選擇求解類型 后處理器：查看結(jié)果,關(guān)于B.C/Load的說明,約束和載荷可以施加在幾何(Geometry)上，也可以施加在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)或者單元(FEM)上。傳統(tǒng)做法是將約束和載荷施加在FEM上。比較方便的做法是施加在幾何上：網(wǎng)格重劃分不影響約束和載荷，好處：只要幾何不變，約束和載荷就一直可以使用施加在幾何上的約束和載荷最終都會由Patran轉(zhuǎn)化為FEM上的載荷,Pat

20、ran用戶界面和主要操作,PATRAN 圖形用戶界面,下面給出了用于Windows 和 Unix 平臺的Patran 用戶界面(GUI)。 除了色彩設(shè)計(jì)和圖標(biāo)的分布不太一樣外,其主要部分是一樣的。以后的練習(xí)材料在Windows GUI下進(jìn)行。,Patran的WINDOWS用戶界面,,菜單欄,工具欄,,歷史窗口,,命令行,狀態(tài)圖標(biāo)靜態(tài)的綠色的表示Patran等待用戶輸入旋轉(zhuǎn)的藍(lán)色的表示Patran正在執(zhí)行一個(gè)可以使用abort圖標(biāo)立

21、即停止的程序旋轉(zhuǎn)的紅色的表示Patran正在執(zhí)行一個(gè)不能被打斷的程序,應(yīng)用表格,,,,主菜單,文件保存,打印,復(fù)制到剪切板,Undo – 取消上一步操作,Abort – 終止正在運(yùn)行的程序操作,圖像復(fù)位,圖形刷新,顯示和視圖按鈕,,,,打開最近的文獻(xiàn),主菜單(續(xù)),顯示模式,當(dāng)前組,當(dāng)前視窗,數(shù)據(jù)庫(文件)名稱,視窗,Action,Object,Method,選擇菜單(過濾按鈕),,,,,應(yīng)用窗口,典型的過濾菜單

22、過濾菜單只有當(dāng)鼠標(biāo)光標(biāo)處在選擇數(shù)據(jù)框中的時(shí)候才出現(xiàn)。,使用過濾菜單拾?。ɡm(xù)）,典型的過濾菜單(續(xù))選擇過濾菜單中的圖標(biāo)會帶出另外的選取菜單,使用過濾菜單拾取（續(xù)）,拾取可見元素當(dāng)模型以線隱藏方式或喧嚷方式顯示時(shí)，只有看得見的元素才能被選中拾取可見元素的例子僅選擇模型外部六面體單元的自由面旋轉(zhuǎn)模型繞 Z軸轉(zhuǎn)動180度, 重復(fù)操作,,使用過濾菜單拾取（續(xù)）,拾取可見元素 (續(xù))當(dāng)選擇可見元

23、素選擇過濾菜單時(shí)會出現(xiàn)以下信息可見元素選擇過濾菜單激活后將一直保持激活狀態(tài)，直到用戶取消此菜單設(shè)置如果不需要，記住關(guān)掉此菜單設(shè)置,使用過濾菜單拾取（續(xù)）,套按鈕是一個(gè)選擇/取消轉(zhuǎn)換開關(guān),數(shù)據(jù)框用于輸入數(shù)據(jù)在需要的地方點(diǎn)擊鼠標(biāo),就可以輸入數(shù)據(jù)也可以編輯已有數(shù)據(jù),” ...” 表示點(diǎn)擊此按鈕將展開一個(gè)子窗口,,Apply 執(zhí)行操作連字符表示取消這個(gè)操作需要在執(zhí)行完成后立即進(jìn)行,,,滑動條為相關(guān)變量賦值,控制按鈕允許在不同

24、操作間切換。 此例中, 這個(gè)按鈕可以設(shè)為突出顯示或者下凹顯示。,使表格設(shè)置恢復(fù)默認(rèn)值; 默認(rèn)值可以是常值,也可以改變,,,,,,,,,,,應(yīng)用窗口(續(xù).),實(shí)體選擇,2 種方法,,,鍵盤輸入。 如曲線列表,用鼠標(biāo)圖框/交互式選取,實(shí)體編號語法,實(shí)體圖形選擇,獨(dú)立實(shí)體和集合實(shí)體的選擇由參數(shù)選擇的選擇項(xiàng)控制對于單獨(dú)的實(shí)體選擇, 選擇實(shí)體的一部分必須在指針的范圍內(nèi)對于單獨(dú)的質(zhì)心選擇, 將會選擇最接近質(zhì)心的實(shí)體附加的工具可用于幫助選擇過

25、程, 如循環(huán)選擇窗口預(yù)選設(shè)置在選擇實(shí)體前會將實(shí)體和編號(ID#)高亮度顯示,鼠標(biāo)操作,,選擇其中一個(gè)按鈕, 然后按住鼠標(biāo)中鍵拖動鼠標(biāo),,XY Rotate,Z Rotate,,,,Zoom,,鼠標(biāo)中鍵旋轉(zhuǎn)視圖,Shift,＋,Ctrl,＋,XY Translate,指針選擇,單個(gè)實(shí)體,將指針移動到實(shí)體編號/質(zhì)心處點(diǎn)擊左鍵,,,,,,,,,,,,,,,,多重選擇,按住shift鍵,然后使用左鍵選擇實(shí)體,,,,,,,,,,,,,,,,,

26、,,,,,,,,Shift,＋,指針選擇(續(xù)),矩形選框(拖拉),多邊形選框,注意: 完成時(shí)雙擊左鍵,“Click”,“Click”,也可以在選擇菜單里選擇此按鈕,Ctrl,＋,,,取消選擇,循環(huán)選擇,將指針移動到選擇的實(shí)體編號/質(zhì)心上,點(diǎn)擊右鍵,選擇位于另一個(gè)實(shí)體下部,或者兩個(gè)實(shí)體非常靠近時(shí)使用。當(dāng)循環(huán)選擇窗口彈出時(shí),可以從窗口進(jìn)行選擇。,指針選擇(續(xù)),Ctrl,Shift,＋,＋,PATRAN 在線幫助(1),安裝Patran幫助

27、文檔(patran_2012_windows_doc.exe)設(shè)置環(huán)境變量變量名：P3_HELP_DIRECTORY變量值：C:\MSC.Software\Patran Documentation\20121\html_patran\注意變量值最后的斜杠必須有設(shè)置IE為默認(rèn)瀏覽器,PATRAN 在線幫助(2),使用在線幫助兩種方法使用下拉菜單的到主題幫助, 或者通過互聯(lián)網(wǎng)幫助按“F1”鍵以問題的形式得到內(nèi)容檢索幫助注-

28、 如果用戶已經(jīng)下載和安裝Patran 幫助文檔，按“F1” 鍵可以獲得相關(guān)的幫助信息。 Patran 幫助文檔是一個(gè)單獨(dú)文檔,PATRAN-NASTRAN 工作流程和文件,,,MSC.PATRAN基本文件,workshops,WS01_landing_gear_strut,如果是首次使用Patran/Nastran，請先按照下頁P(yáng)PT的2個(gè)步驟進(jìn)行軟件設(shè)置！,Patran和Nastran初始化設(shè)置(1),Step 1. 提取和粘貼Nas

29、tran安裝路徑Windows“開始”所有程序MSC.Softwate->MSC Nastran 2012->右鍵屬性復(fù)制Nastran目標(biāo)下的全路徑，如 “C:\MSC.Software\MSC_Nastran\20121\bin\nastranw.exe”,a.,b.,c.,d.,Patran和Nastran初始化設(shè)置(2),用文本編輯器打開C:\MSC.Software\Patran_x64\20121

30、\P3_TRANS.INI如果使用win7系統(tǒng)，開始程序->附件->記事本->右鍵“以管理員身份運(yùn)行”記事本 ，然后打開P3_TRANS.INI粘貼Nastran路徑到相應(yīng)版本路徑并保存需要修改2處，如Alocalcommand2012和Acommand2012,f.,Patran和Nastran初始化設(shè)置(3),Step 2. 設(shè)置Nastran的使用版本打開patran，進(jìn)入Analysis界面點(diǎn)擊tr

31、anslation parameters設(shè)置MSC Nastran version點(diǎn)擊ok,workshops,Patran/Nastran軟件設(shè)置完畢，請開始練習(xí)WS01_landing_gear_strut,landing_gear的補(bǔ)充練習(xí),設(shè)置CAD的導(dǎo)入單位,設(shè)置輸出總體載荷信息OLOAD,外載荷檢查(OLOAD),Oload卡片可以計(jì)算并輸出總體的外載荷信息可以定義輸出坐標(biāo)系，默認(rèn)為基礎(chǔ)坐標(biāo)系,由T1平動載荷產(chǎn)生的R3

32、彎矩，數(shù)值和坐標(biāo)原點(diǎn)位置相關(guān)由T3平動載荷產(chǎn)生的R1、R2彎矩，數(shù)值和坐標(biāo)原點(diǎn)位置相關(guān)直接定義的彎矩總載荷,有限元基本知識,節(jié)點(diǎn)和單元,有限元模型的例子,有限元模型的例子,節(jié)點(diǎn)自由度,每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有的移動能力，稱為自由度 (DOF)。廣義上可以認(rèn)為，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有六個(gè)自由度，Nastran通常用123456來表示6個(gè)自由度。自由度的多少是表征模型的大小的重要信息。,DOF1 = T1 = u1 = 在方向 1的平移DO

33、F2 = T2 = u2 = 在方向 2的平移DOF3 = T3 = u3 = 在方向 3的平移,DOF4 = R1 = q1 = 在方向 1的旋轉(zhuǎn)DOF5 = R2 = q2 = 在方向 2的旋轉(zhuǎn)DOF6 = R3 = q3 = 在方向 3的旋轉(zhuǎn),,有限單元,有限元具有相對容易表達(dá)和分析的外形。 三個(gè)基本的有限單元是梁,板,和實(shí)體單元。,,,,,梁(1D),板(

34、2D),實(shí)體(3D),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一維單元,一維梁單元用于對細(xì)長的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,如下的通訊塔有限元模型,,,二維單元,二維板單元用于對比較薄的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,如飛機(jī)機(jī)身蒙皮或者汽車的車體,三維單元,三維實(shí)體單元用于對比較厚的構(gòu)件進(jìn)行建模,如下面所示的活塞頭:,,NASTRAN 單元庫,Nastran單元庫包含50多種單元0維單元一維單元二維

35、單元三維單元標(biāo)量單元軸對稱單元?jiǎng)傂詥卧獰醾鬟f單元流固耦合單元接觸單元P單元通用用戶定義單元,,,,,,,Scalar,Elements,1-D,Elements,2-D,Elements,3-D,Elements,Rigid,Elements,CONM2,,,,,0-D,Elements,CBUSH,CELASi,(i=1,2,3,4),CROD,CONROD,CTUBE,CBAR,CBEAM,CBEND,CQUAD4

36、,CQUAD8,CTRIA3,CTRIA6,CQUADRCTRIARCSHEAR,CHEXA,CPENTA,CTETRA,RBAR,RBE2,RBE3,RSSCON,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Axisymmetric,Elements,CTRIAX6,CTRIAXCQUADX,,,,常用的NASTRAN 單元,,,

37、,,,,,,,有限元基本知識,有限元方法是怎樣工作的？,有限元法是怎樣工作的 ?,基本方法通過將原有模型分為簡單形狀的單元,將給定問題離散化。單元之間通過節(jié)點(diǎn)連接。,,,,,,,,,有限元法是怎樣工作的 ?(續(xù)),三個(gè)平移方向 (ux, uy, uz)三個(gè)轉(zhuǎn)動方向 (qx, qy, qz){u} = 位移向量 = { ux uy uz qx qy qz },每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠在六個(gè)獨(dú)立的方向運(yùn)動:包括三個(gè)平移和

38、三個(gè)轉(zhuǎn)動。 稱為節(jié)點(diǎn)的自由度。,,,,,,,,,有限元法是怎樣工作的 ?(續(xù)),單元和周圍節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系可以描述為:,[ k ]e { u }e = { f }e,單元?jiǎng)偠染仃嘯 k ]e來源于幾何外形,材料屬性,和單元屬性。單元載荷向量{ f }e描述作用于單元上的載荷。位移向量{ u }e在方程中為未知量。 描述了在外部載荷作用下節(jié)點(diǎn)是如何運(yùn)動的。,有限元法是怎樣工作的 ?(續(xù)),接下來單元?jiǎng)偠染仃嚱M成總剛度矩陣, 載荷

39、組成了總載荷向量。 得到下面的整個(gè)結(jié)構(gòu)的矩陣方程:,[ K ] { u } = { F },,[ K ] { u } = { F },[ k ]e { u }e = { f }e,單元方程,總方程,有限元法是怎樣工作的 ?(續(xù)),下一步為模型加載邊界條件(約束模型)。 從數(shù)學(xué)上就是移除總矩陣方程中與約束自由度相對應(yīng)的行和列。,邊界條件,,[ K ] { u } = { F },加載了邊界條件的總方程,有限

40、元法是怎樣工作的 ?(續(xù)),最后求解總矩陣方程得到未知的節(jié)點(diǎn)位移。通過節(jié)點(diǎn)位移再計(jì)算單元應(yīng)變和應(yīng)力。,變形圖,應(yīng)力云圖,有限元法是怎樣工作的 ?(續(xù)),有限元法總結(jié),受扭轉(zhuǎn)的桿單元?jiǎng)偠染仃嚾缦滤?,單元?jiǎng)偠染仃嚨母郊訉?shí)例,e,受面內(nèi)剪切和彎曲的梁單元的剛度矩陣如下所示:,單元?jiǎng)偠染仃嚨母郊訉?shí)例,例子: 兩桿組合,下面例子展示了單元?jiǎng)偠染仃嚨慕M合,解決整個(gè)結(jié)構(gòu)問題。,,,,例子: 兩桿組合(續(xù)),通過相應(yīng)位置的疊加組合兩個(gè)單元?jiǎng)偠染仃?/p>

41、,得到的矩陣稱為總剛度矩陣。,( ),,,,總剛 [K],例子: 兩桿組合(續(xù)),給結(jié)構(gòu)施加外載荷,,,F1 = -PF2 = 0F3 = 0,例子: 兩桿組合(續(xù)),施加邊界條件桿的右端固定,因此 u3 = 0。 實(shí)現(xiàn)的方法是刪除總剛的第3行和第3列。,,,,,,,有限元只有“約束”或者“不約束”，沒有“柔性約束”的概念。,例子: 兩桿組合(續(xù)),下面求解矩陣方程求解此方程的一種方法是在方程

42、兩端同時(shí)乘以 [K]的逆矩陣,,,,or {F} = [K] {u},[K]-1 {F} = {u},實(shí)際上,使用逆剛度矩陣的方法求解系統(tǒng)方程效率很低,因此MSC Nastran 使用了一個(gè)效率更高的矩陣分解過程而不是矩陣求逆方法。,Element 100,Element 200,,,,,有限元矩陣的特點(diǎn),對稱性，稀疏性,有限元法,Nastran有限元法是位移法，即基本未知量是位移應(yīng)力、應(yīng)變等都是由位移量計(jì)算出來的NA

43、S120只考慮線彈性分析，不涉及非線性內(nèi)容,3維體單元網(wǎng)格建模,,PATRAN 實(shí)體模型可以是: 藍(lán)色 – 參數(shù)化實(shí)體白色 – 邊界表示的實(shí)體本例中我們創(chuàng)建一個(gè)參數(shù)化實(shí)體 (藍(lán)色)三個(gè)參變量(x1, x2, x3)的矢量函數(shù)參數(shù)化實(shí)體使用IsoMesh (Mapped)網(wǎng)格劃分器劃分網(wǎng)格 (Hex, Wedge, 或者 Tet 單元),體幾何,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

44、,,,,,,,,,,,,,,五面體網(wǎng)格Wedge mesh,四面體網(wǎng)格Tet mesh,,,劃分一個(gè)簡單體,劃分簡單體網(wǎng)格生成體單元,,,六面體網(wǎng)格Hex mesh,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Patran中創(chuàng)建復(fù)雜體(白色),復(fù)雜體具有任意數(shù)目的定義體邊界的面。稱為邊界表示體(Boundary Representation solid, 即B-Rep體)復(fù)雜體有基于Patran本身的B-Rep

45、體 或者 parasolid格式的 B-Rep體,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,四面體單元Tet mesh,,劃分 B-rep體網(wǎng)格生成體單元,劃分一個(gè)復(fù)雜體,常用3維單元,一階單元和高階單元建議優(yōu)先使用HEX、TET10,體單元的節(jié)點(diǎn)自由度,所有體單元的節(jié)點(diǎn)只有3個(gè)平動自由度，沒有轉(zhuǎn)動自由度。MSC Nastran會自動打開Autospc

46、選項(xiàng)，抑制轉(zhuǎn)動自由度。,Hexa Element,GRID 99剛度矩陣項(xiàng),自動分網(wǎng)(1)-四面體單元,構(gòu)件 (幾何模型),四面體自動網(wǎng)格劃分,自動分網(wǎng)(1)-四面體單元(續(xù)),Patran界面提供3種Tet網(wǎng)格。一般建議使用Tet10計(jì)算精度高于Tet4計(jì)算時(shí)間長于Tet4,自動分網(wǎng)(2)-六面體單元,extrude,幾何,六面體網(wǎng)格劃分,六面體網(wǎng)格劃分自動網(wǎng)格劃分法(如前頁)Sweep法分割幾何法：將復(fù)雜幾何分割為若干簡

47、單幾何,extrude,裝配體協(xié)調(diào)網(wǎng)格,Patran提供了以下幾種常用裝配體協(xié)調(diào)網(wǎng)格做法：布爾運(yùn)算法打印痕法粘接法(Glued)使用裝配選項(xiàng),＋,,裝配體協(xié)調(diào)網(wǎng)格(1)-布爾運(yùn)算法,對于相同材料的裝配體，可以使用幾何布爾運(yùn)算對多個(gè)幾何合并成單個(gè)幾何即可。,,裝配體協(xié)調(diào)網(wǎng)格(2)-打印痕法,對于一般裝配體，可以使用打印痕(Imprint)的方法然后使用合并重復(fù)節(jié)點(diǎn)操作,,裝配體協(xié)調(diào)網(wǎng)格(2)-打印痕法(續(xù)),打印痕(Imprin

48、t)網(wǎng)格之后，需要使用合并重復(fù)節(jié)點(diǎn)操作,,裝配體協(xié)調(diào)網(wǎng)格(3)-粘接法,粘接法(Glued)允許不同部件直接采用不同的網(wǎng)格尺寸，甚至是不同類型的網(wǎng)格(如六面體和四面體的裝配)具體參見后續(xù)的“線性接觸”章節(jié),裝配體協(xié)調(diào)網(wǎng)格(4)-使用裝配選項(xiàng),Assembly Parameters…Create Duplicate Nodes 設(shè)為否 (默認(rèn)) : 在幾何界面處自動消除重復(fù)節(jié)點(diǎn) (單元相連)Match Parasolid Faces

49、: 對parasolid格式裝配體能生成連續(xù)的四面體網(wǎng)格,workshop,WS08A_clamp_sweep_mesherWS08B_clamp_iso_mesherWS09_bracket,坐標(biāo)系,,節(jié)點(diǎn)自由度,每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有的移動能力，稱為自由度 (DOF)。廣義上可以認(rèn)為，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有六個(gè)自由度，Nastran通常用123456來表示6個(gè)自由度。自由度的多少是表征模型的大小的重要信息。,DOF1 = T1 = u

50、1 = 在方向 1的平移DOF2 = T2 = u2 = 在方向 2的平移DOF3 = T3 = u3 = 在方向 3的平移,DOF4 = R1 = q1 = 在方向 1的旋轉(zhuǎn)DOF5 = R2 = q2 = 在方向 2的旋轉(zhuǎn)DOF6 = R3 = q3 = 在方向 3的旋轉(zhuǎn),FieldContents ID節(jié)點(diǎn)編號 CP定義

51、節(jié)點(diǎn)位置的坐標(biāo)系統(tǒng)編號(大于等于0的整數(shù),或者為空; 默認(rèn)為基礎(chǔ)坐標(biāo)系) X1, X2, X3在坐標(biāo)系統(tǒng)CP中的節(jié)點(diǎn)位置(實(shí)數(shù)) CD定義節(jié)點(diǎn)位移,自由度, 約束, 和求解向量的坐標(biāo)系統(tǒng)編號 (大于等于0的整數(shù)或者為空; 默認(rèn)為基礎(chǔ)坐標(biāo)系統(tǒng)). PS與節(jié)點(diǎn)相關(guān)的永久單點(diǎn)約束 (數(shù)字1-6的任何一個(gè),不含空格)  不推薦使用此方法約束結(jié)構(gòu).SEID超單元 ID,Nast

52、ran節(jié)點(diǎn)卡片,Nastran節(jié)點(diǎn)卡片,,,Nastran節(jié)點(diǎn)卡片(續(xù)),每個(gè)節(jié)點(diǎn)輸入卡參照兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)域3的坐標(biāo)系統(tǒng)用于局部節(jié)點(diǎn)。稱為位置坐標(biāo)系統(tǒng).域3的坐標(biāo)系統(tǒng)用于建立節(jié)點(diǎn)位移坐標(biāo)系統(tǒng), 后者用于定義給定節(jié)點(diǎn)的位移方向, 自由度, 約束, 和求解向量.,Nastran常用坐標(biāo)系統(tǒng),節(jié)點(diǎn)位移坐標(biāo)系節(jié)點(diǎn)位移坐標(biāo)系統(tǒng)也稱為輸出坐標(biāo)系統(tǒng),這是因?yàn)樗械墓?jié)點(diǎn)運(yùn)算結(jié)果(位移,節(jié)點(diǎn)力等)的產(chǎn)生和輸出都在這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行.全局坐標(biāo)系Gl

53、obal coordinator system所有位移坐標(biāo)系統(tǒng)的聯(lián)合稱為全局坐標(biāo)系統(tǒng)(Global CS)全局坐標(biāo)系統(tǒng)是不固定的，是有節(jié)點(diǎn)位移坐標(biāo)系統(tǒng)來確定的基本坐標(biāo)系Basic CS(CID≡0)Nastran有唯一的坐標(biāo)系，稱為基本坐標(biāo)系(Basic CS)。這是更通俗意義上的“全局坐標(biāo)系”，是唯一確定不變的坐標(biāo)系統(tǒng)。局部坐標(biāo)系Nastran支持用戶自定義的坐標(biāo)系，稱為局部坐標(biāo)系。,局部坐標(biāo)系,Nastran局部坐

54、標(biāo)系支持直角坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系。注意：不同的坐標(biāo)系下，123456表示的DOF是不一樣的，需仔細(xì)確認(rèn)，具體見下頁介紹！,,Rectangular Local Coordinate System (X, Y, Z),Point A = local coordinate system originPoint B = reference point for z axis directionPoint C =refer

55、ence point in the x-z planePoint P = grid point defined in local rectangular system(ux, uy, uz)= displacement components of P in local system,常用局部坐標(biāo)系(1)-直角坐標(biāo)系,123指(ux, uy, uz),Cylindrical Local Coordinate System (R

56、, q, Z),,Point A =local coordinate system originPoint B =reference point for z axis directionPoint C =reference point in the x-z planePoint P =grid point defined in local cylindrical system(Ur, Uq, Uz) = di

57、splacement components of P in local system,常用局部坐標(biāo)系(2)-柱坐標(biāo)系,123指(Ur, Uq, Uz),Spherical Local Coordinate System (R, q, f),,Point A =local coordinate system originPoint B =reference point for z axis directionPoint C

58、=reference point in the x-z planePoint P =grid point defined in local spherical system(Ur, Uq, Uf) = displacement components of P in local system,常用局部坐標(biāo)系(1)-球坐標(biāo)系,123指(Ur, Uq, Uf),節(jié)點(diǎn)位移坐標(biāo)系實(shí)例,如果關(guān)注節(jié)點(diǎn)10和20的水平方向和垂向的位移和力

59、，可以使用坐標(biāo)系統(tǒng)0定義節(jié)點(diǎn)位移。如果關(guān)注徑向和切向的位移和力，可以將域7的坐標(biāo)系統(tǒng)由0改為5。,,,,,節(jié)點(diǎn)位移坐標(biāo)系實(shí)例(續(xù)),如何在Patran中修改節(jié)點(diǎn)位移輸出的系統(tǒng)？,,局部坐標(biāo)系在約束和載荷中的應(yīng)用,Local CS可以適用于定義約束或者定義載荷等等,,,,RIGID ELEMENTS,,,Force,,,坐標(biāo)系術(shù)語,NASTRAN 和 PATRAN的等效術(shù)語,workshop,WS04_coord_systemWS06

60、_tapered_plate,模型簡化和協(xié)調(diào)分網(wǎng),利用對稱性進(jìn)行簡化，取1/4模型來代替全模型進(jìn)行分析分割幾何功能使用裝配選項(xiàng)產(chǎn)生的協(xié)調(diào)單元,創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫,導(dǎo)入幾何模型將模型打斷為90度的扇形部分, 并創(chuàng)建一個(gè)圓柱坐標(biāo)系,SCUBA TANK ¼模型,遠(yuǎn)離圓角半徑創(chuàng)建一個(gè)點(diǎn),,Point 163,,,SCUBA TANK ¼模型,,在該點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)面,SCUBA TANK ¼模型,,使用這個(gè)參考面

61、打斷實(shí)體,SCUBA TANK ¼模型,對容器底部部分劃分網(wǎng)格, 使用單元尺寸為0.125 inch,SCUBA TANK ¼模型,,對容器圓頂部分劃分網(wǎng)格, 使用單元尺寸為0.25 inch,SCUBA TANK ¼模型,,Solid 9,Solid 7,Solid 8,,,,,最后使用單元尺寸0.521 inch對圓柱部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分。Under assembly parameters, turn o

62、n Match Parasolid Faces to match the mesh on two neighboring solids.,SCUBA TANK ¼模型,,Equivalence the model,SCUBA TANK ¼模型,,workshop,09_Sec_09_Scuba,Nastran的文件格式,NASTRAN 的主要文件,兩類結(jié)果文件的差異,Nastran 結(jié)果文件有兩種類型: .op2 文

63、件和 .xdb文件當(dāng)Patran讀入 .op2文件后, 這個(gè)文件就永久性的變成數(shù)據(jù)庫的一部分.當(dāng)Patran讀入 .xdb文件以后, 這個(gè)文件只是與數(shù)據(jù)卡臨時(shí)連接起來。當(dāng)關(guān)閉數(shù)據(jù)卡后, 這個(gè)文件就與數(shù)據(jù)卡斷開了.,,,,,,truss.db + truss.op2,,,,,NASTRAN 輸入文件,包含有限元模型數(shù)據(jù)的文件是Patran 數(shù)據(jù)庫文件(.db)Nastran 輸入文件(.dat)Nastran的輸入文件在許多方面

64、都很有用 :可使用任何文件編輯器查看與編輯可以包含文檔模型注解允許用戶添加Patran不支持的輸入卡Nastran輸入文件的格式輸入文件稱為“Bulk Data File”可以是任意后綴，只要格式滿足“Bulk Data File”的要求常用的后綴為：.bdf，.dat，.blk等,,NASTRAN 輸入文件的結(jié)構(gòu),Nastran的輸入文件分為五段。,Nastran聲明,文件管理,執(zhí)行控制段,工況控制段,模型數(shù)據(jù)集段,CE

65、ND,BEGIN BULK,ENDDATA,可選段,,,必須段,,,,必須分界符,ID A,B,,可選分界符,NASTRAN 輸入文件段,Nastran 聲明 – 用于修改系統(tǒng)默認(rèn)值。 大多數(shù)運(yùn)行情況下都不需要。文件管理段 – 分配文件, 控制重新啟動和數(shù)據(jù)庫操作執(zhí)行控制段 – 求解類型, 時(shí)間限制, 程序修改, 和系統(tǒng)診斷工況控制段 – 輸出要求和選擇模型數(shù)據(jù)項(xiàng),如使用的載荷和約束模型數(shù)據(jù)集段 – 模型定義, 施加載荷和邊界

66、條件,NASTRAN 輸入文件的分界符,這些分界符為ID A,B執(zhí)行控制段的首要聲明 (可選)CEND執(zhí)行控制段的結(jié)束語,工況控制段的開始BEGIN BULK工況控制段的結(jié)束語,數(shù)據(jù)模型段的開始ENDDATA輸入文件的結(jié)尾,一個(gè)簡單模型,,,E = 30x106 psi n = 0.3 A = 4.0 in2 J = 1.27 in4,ID TRUSS,SAMPLESOL 101TIME 5CEN

67、DTITLE = SAMPLE INPUT FILESUBTITLE = TRUSS STRUCTURELOAD = 10SPC = 11DISP = ALLELFORCE = ALLSPCFORCE = ALLBEGIN BULK$$ GRID POINTS DESCRIBE THE GEOMETRY$GRID 1 0. 0. 0.GRID 2

68、 0. 120. 0.GRID 3 600. 120. 0.GRID 4 600. 0. 0.$$ TRUSS MEMBERS MODELED WITH ROD ELEMENTS$CROD 1 21 2 3CROD 2 21

69、 2 4CROD 3 21 1 3CROD 4 21 1 4CROD 5 21 3 4$PROD 21 22 4. 1.27MAT1 22 30.E6 .3FORCE 10 4 1