Nastran基础培训.ppt
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1、MSC.NASTRAN基础培训,第 0 章 MSC.Software公司,公司概况 MSC公司建于1963年。 总部:美国洛杉机。 分部:欧洲(德国)和日本 办事处:30多个国家设有办事处 亚太办事处:东京总部,大板分公司 汉城,悉尼,台北 中国办事处:北京、上海、成都、深圳 雇员:技术工程师680多人,MSC.Software公司,第一笔业务: NASA通用有限元结构分析程序NASTRAN开发(1963年) 1970年开发NASTRAN商业版本MSC/NASTARN 1983年股票上市 1993年收购世界著名CAD软件供应商Aries Technology 公司 1994年收购CAE领域第二
2、软件供应商PDA工程公司 1998年收购MARC公司 1999年收购Work Model 公司 2001年与法国DASSAULT战略同盟 2002年收购MDI公司(ADAMS机构运动仿真) 2002年收收购波音公司控制仿真系统EASY5,主要产品: 1)大型通用有限元程序 MSC/NASTRAN 2)非线性有限元分析程序 MSC/MARC 3)三维非线性和瞬态动力学软件 MSC/DYTRAN 4)通用有限元前后置处理系统 MSC/PATRAN 5)结构疲劳寿命预测仿真系统 MSC/FATIGUE 6)机构运动仿真软件 MSC/ADAMS 7)通用有限元分析系统 MSC/NASTRAN for
3、Windows 8)基于CAD技术的有限元前后处理器 MSC/ARIES,8)商品化材料数据信息系统 MSC/MVISION 9)锻压仿真系统 MSC/SuperForm 10) 速跌落试验仿真系统 MSC/DropTest 11) 面向设计人员的分析软件 MSC/InCheck 12)车辆舒适性预测仿真系统 MSC/NVH-Manager 13)预测系统 MSC/AKUSMOD 14)汽车有限元模型处理系统 MSC/AMS 15)拓扑及形状优化设计软件系统 MSC/Construct 16)成型仿真系统 MSC/SuperModel 17)机构运动仿真系统 MSC/WORK MODEL 18
4、) 控制仿真系统 MSC/EASY 5,MSC产品应用 航空航天、机械、汽车、船舶、铁道、建筑电子、化工、材料、核能、冶金、地矿、生物医学及教学与科研等领域和部门 92%的机械设计制造; 97%的汽车; 95%的航空航天;98%国防。 MSC公司产品占CAE领域40%市场,服务方式,1)热线咨询服务 2)遍布世界各地的MSC办事处 3)定期与专门培训 4)定期召开MSC用户会议 5)网上服务,第 1 章 MSC.NASTRAN,1 NASTRAN与MSC/NASTRAN,NASTRAN 程序由来 1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis)是一个大 型、通用有限元
5、结构分析计算机程序 2) 在美国国家宇航局 ( National Aeronautics and Space Administration,简称 NASA) 主办下研制与 发展的 3) 1964年1月,NASA制定任务书 4) 由计算机科学(Compnter Sciences)、Martin 公 司和MSC组成研制队承包程序研制 5) 1968年5月 ,该程序首先在Goddard运行,NASTRAN 专利,l COSMIC/NASTRAN:COSMIC维护的非专利版 MSC/NASTRAN:MSC公司发展的专利版 UAI/NASTRAN:通用分析专利版本 SPERRY/NASTRAN: SPE
6、RRY UNIVAC公司专利版 MARC/NASTRAN:MARC分析与研究专利版 DTNSRDC/NASTRAN:David Taylor海军舰艇研究发展 中心专利版 NKF/NASTRAN: NKF工程协会专利版 COSMOS/NASTRAN: COSMOS公司专利版,2 MSC/NASTRAN开发历史,1964年,MSC承担美国航空航天局(NASA)主持 NASTRAN的开发 1971年,MSC推出专利版MSC/NASTRAN 1973年,MSC指定为NASTRAN(NASA)维护商 1989年, 发布经重大改进的 MSC/NASTRAN66 1991年,将CAD技术引入MSC/NAST
7、RAN V67.5及相 应产品 Nastran for Window 1994年,MSC公司发布了经重大改进的MSC/NASRANV68 版,1994年,MSC与PDAE合并,形成了以MSC/ NASTRAN 为核心的MSC产品系列 如:MSC.MVISION、 MSC.PATRAN、 MSC.THERMAL、MSC.FEA、MSC/DYTRAN、 MSC.FATIGUE、MSC.AFEA等 1995年,MSC/NASTRAN V68.2版 1996年,MSC/NATRAN V69版 1997年, MSC/NASTRAN V70版 2001年,MSC/NASTRAN2001版,3 MSC/NA
8、STRAN主要特点与功能,MSC/NASTRAN 的主要特点 1)大型、通用、功能齐全、适用面广 2)极高的软件可靠性 3)世界领先的计算结构技术先进性 4)独特的DMAP语言 5) 标准的输入/输出格式,4 MSC/NASTRAN 主要功能 1)静力分析 l 线性静力分析(包括惯性卸载) l 屈曲分析 包括线弹性屈曲,弹性非线性屈曲和弹塑性屈曲分析。 l 静力几何与材料非线性分析 包括:大变形(大位移、大转动以及跟随力),非线性弹性,弹塑性,蠕变, 粘弹性以及接触问题。 2)动力分析 l 正交模态分析(固有频率与振动模态) l 直接复特征值分析 l 模态复特征值分析 l 直接频率响应分析 l
9、 模态频率响应分析 l 直接瞬态响应分析 l 模态瞬态响应分析 l 响应谱分析 l 随机动力分析 l 具有几何和(或)材料非线性的瞬态响应分析,3)热传导分析 l 线性稳态热传导分析 l 非线性稳态热传导分析 l 瞬态热传导分析 l 非线性瞬态热传导分析 4)气动弹性分析 l 静态气动弹性分析 l 动气动弹性分析 包括颤振分析,频率响应分析,瞬态响应分析,随机响应分析, 以及气动伺服弹性分析。,5) 多级超单元分析 l 线性静力超单元分析 l 屈曲超单元分析 l 动力超单元分析(模态综合法) 包括固有模态分析,直接与模态复特征值,直接与模态频率响 应和直接与模态瞬态响应。 l 气动弹性响应超单
10、元分析 l 颤振超单元分析 l 稳态与瞬态热传导超单元分析 l 循环对称(静力、屈曲)超单元分析 6)设计敏度分析与结构优化 l 设计敏度分析 l 多约束结构优化,7) 通用矩阵运算 l 运用DMAP修改MSC/NASTRAN固定流程 l 建立用户自己的有限元求解系列 8) 特殊分析功能 l 声响分析 l 流体与结构耦合分析 l 循环对称分析 l 层复合材料分析,5 MSC/NASTRAN的前后处理,1、 MSC公司提供的 MSC/PATRAN,MSC/ARIES 2、通用CAD软件 如Unigraphics(UG),Pro/ENGINEER与I-DEAS等 3、所有著名CAD/CAM系统及专
11、用有限元前后处理软件 都与MSC/NASTRAN有接口,均可生成MSC/NASTRAN的 输入文件,并进行后处理。,6 MSC/NASTRAN的文档资料,1、 MSC/NASTRAN 使用入门 ( Getting Started With MSC/NASTRAN Users Guide ) 2、用户指南 3、MSC/NASTRAN 快速参考手册 ( MSC/NASTRAN Quick Reference Guide ) 4、MSC/NASTRAN 参考手册 ( MSC/NASTRAN Referemce Manual ),第 2 章 有限元分析引言,有限元法在工程分析中的作用,有限元法的过程,
12、线性静力分析的基本矩阵方程,单元刚度矩阵,K =刚度矩阵 F =力向量(已知) u =由F引起的未知位移向量,总体刚度矩阵,线性静力有限元分析步骤,例子:,1、建立结构有限元模型,2、形成单元刚度矩阵,3、总装刚度矩阵,4、施加边界条件,5、施加作用载荷,6、求解矩阵方程,7、计算单元应力,第三章,NASTRAN有限元模型知识,离散化结构的描述,l 有限元模型所需数据: l 坐标系 l 模型几何 l 有限单元 l 载荷 l 边界条件 l 材料性质,坐标系 MSC/NASTRAN有直角笛卡尔坐标系,称为基本坐标系,也称缺省坐标系,MSC/NASTRAN允许建局部坐标系,包括直角、柱面(r,z)与
13、球面坐标系(r,),模型几何 MSC/NASTRAN中,模型几何用结点定义,结构结点加载而移动 结构模型每一结点有六个可能位移(自由度) 三个移动(在X、Y和Z方向)和三个转动(关于X、Y和Z轴),有限单元 Nastran中,单元名前字母C是表“connection”, 弹簧元(性质如简单拉伸或扭转弹簧), 线单元(性质象杆、棒或梁) 杆元: CROD,CONROD 直梁元:CBAR,CBEAM 曲梁元:CBEND, 面单元(性质象膜或薄板) 三结点三角形板元:CTRIA 3 六结点三角形板元:CTRIA 6 四结点四边形板元:CQUAD 4 八结点四边形板元:CQUAD 8 四结点剪力板元:
14、CSHEAR, 六面体元(性质象块料或厚板材), 约束元(无限刚硬,称为刚性元) l 刚性杆:RROD l 刚性梁:RBAR l 刚性三角板:RTRPLT l 刚性体:RBE1,RBE2 l 均方加权约束元:RBE3 l 内插约束元:RSPLINE,载荷,(1) MSC/NASTRAN可处理的载荷包括静力载荷、动 力瞬态、振动载荷、热载、地震加速度和随机 载荷 (2) 静力载荷包括: l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷 l 由加速度引起的载荷 l 强迫位移 l 集中力和力矩 l 梁上的分布载荷,边界条件,(1) 结构对载荷的响应通过约束点或结构点处产 生反力来响应 (2)一些简单边界件,(
15、3)MSC/NASTRAN中,边界条件通过约束适当自由度 为零位移来处理,材料性质,NASTRAN可处理材料包括: 各向同性,各向异性,非线性(与应力相关), 流体,温度相关的,以及复合材料等,MSC/NASTRAN输入文件结构,1、MSC/NASTRAN输入文件内容,l 要执行的分析类型 l 计算结果输出要求 l 模型几何 l 单元集 l 材料 l 载荷 l 约束(边界条件),2、输入文件是文本文件,默认扩展名为DAT,由文本编辑软件或有限元前处理软件建立,3、运行MSC/NASTRAN命令,NASTRAN 输入文件名 如:Nastran model1.dat,4、输入文件包括五个部分,三个
16、限定符,NASTRAN 语句(可选的) 主要用来修改一些操作参数 如:工作存储器状况,数据块大小,数据块参数等,文件管理段(可选的) 主要用于初始化数据库和FORTRAN 文件,执行控制段(必须的) (1)主要功能:规定执行作业分析解法类型 (2)其它一般功能:1)可选ID语句,识别作业 2)可选TIME语句,设置作业执行最大时间限 (3)结束用CEND限定符标识,情况控制段(必须) (1) 规定与控制分析结果输出要求(即力、应力和位移的输出要求) (2) 管理一组模型数据输入 (3) 定义分析子情况(如一个作业中施加多组载荷),选取载荷和边界条件 (4) 位于执行控制段后,而在模型数据段前
17、模型数据段(必须) (1) 在情况控制段之后,以限定符“BEGIN BULK”开始 (2) 包含描述有限元模型的全部数据:几何、坐标系、有限单元、单 元性质、载荷、边界条件以及材料性质模型数据段记录可以按任 何秩序排列,但最后一条必是限定符“ENDDATA”,例子 截面直径0.25英寸 ,一端固定,另一端作用20磅轴力。求轴力引起的伸长,MSC/NASTRAN输入文件ROD.DAT为,MSC/NASTRAN输出文件,MSC/NASTRAN输出文件包括,无重起动, MASTER和DBALL文件在作业完成后自动清除,F06文件部分结果,MSC/NASTRAN输入数据,数据单位,MSC/NASTRA
18、N对物理单位无限制 用户在形成有限元模型时使用一致性单位制,输入数据格式,实数、整数和符号输入数据,MSC/NASTRAN有三种可能数据 整数、实数和字符(也称文字型、或BCD),实数可用多种形式输入,如,“7”可采用如下形式输入,自由域、小域与大域格式,(1) MSC/NASTRAN 三种输入数据格式,(2) NASTRAN语句、文件管理段、执行控制段、情况控制段用自由格式 (3) 模型数据段用三种格式中任何一种 (4) NASTRAN 模型数据段每一个输入数据记录(卡)包含十个字域 (5) 第一个字域填入该模型数据卡的特征名(如GRID,CBAR,MAT1,等等) 4) 第二字域至第九字域
19、包含模型数据记录(卡)的数据输入信息 第十字域不填数据,为继续信息记录(卡)预备,典型NASTRAN模型数据记录格式,GRID记录(卡),自由域格式,自由域格式必须从第一列开始填数据; 跳过字域,用逗号实现 整数和字符字域不能超过八个字符 由域数据不能包含嵌入的空格。,小域格式,第1字域和第10字域必须是左对齐 第2字域至第9字域无需左或右对齐 小域输入数据不能包含任何嵌入空格,大域格式,要求高数字精度,采用大域格式 大域格式表示的每个记录只少有两行,继续卡,模型数据记录多于八个字域的数据,需要继续卡 如:简单梁性质卡PBAR:,输入(.DAT)文件,第 4 章,执行控制与情况控制,典型Nas
20、tran输入文件,执行控制语句,执行控制语句 (1) 该段语句用自由格式书写 (2) 执行控制段基本功能 a) 识别作业 b) 选择分析类型 c) 设置允许CPU时间 d) 输出诊断信息 e) 设定用户编写的DMAP系列,ID语句是可选的,其作用为识别作业; 必须为执行控制段第一条语句 ID语句格式为: ID i1,i2 其中,i1和i2为字符串,i1可为1至8个字符串,i2可为任何长度的字符串。 每一字符串以字母开头,ID语句,SOL 语句,SOL 语句是必须,用于选择分析类型(求解系列) SOL 语句格式为: SOL n 其中,n是识别解法类型的正整数或解法系列的字符名 如:SOL 101
21、 (或SOL SESTATIC ),即线性静力分析;SOL 103(模态分析) 和SOL 105(屈曲分析)等,Time 语句是可选的,设置最大CPU时间和作业I/O时间 它格式为: TIME t1 , t2 其中, t1为最大允许CPU执行时间,以分计(实数或整数, 缺省值为1分钟); t2 为最大允许I/O时间,以秒计(缺省值是无限大),TIME 语句,CEND 语句,GEND 语句必须,作用是作为执行控制段的结束(情况控制段的开始) 格式为: CEND,一个简单模型线性静力分析执行控制段 ID SIMPLE, MODEL SOL 101 TIME 5 CEND,例 子,MSC/NASTR
22、AN结构化求解序列,MSC/NASTRAN结构化求解序列,MSC/NASTRAN结构化求解序列,情况控制指令,情况控制段是MSC/NASTRAN输入文件必须部分 跟在执行控制段(CEND)后,在模型数据集(BEGIN BULK)前 基本功能: 选取载荷与约束条件等模型数据; 选取输出结果; 定义子情况; 情况控制指令均用自由格式书写,输出选择,TITLE = 任何BCD数据 SUBTITLE = 任何BCD数据 LABEL=任何BCD数据 TITLE、SUBTITLE和LABEL 分别定义输出每页第一行、第二行和 第三行标题。 ECHO = SORT,打印分好类的模型数据; = UNSORT,
23、打印未分类的模型数据; = BOTH,打印分类和未分类两种数据; = NONE,不打印模型数据; = PUNCH 将分类模型数据记入穿孔文件。,输出一组(n)或全部结点的位移,选取一组(n)或全部结构单元的单元力输出,选取一组(n)或全部板单元或体单元的应变输出,输出一组(n)或全部单元的应变能,选取一组(n)或全部结构单元的应力输出,要求一组(n)或全部结点的平衡力输出,选取一组(n)或全部结点的应力输出,请求一组(n)或全部作用载荷的输出,要求一组(n)或全部结点单点约束力输出,SET n = i1 , i2 , i3 , THRU i4 , EXCEPT i5 , i6 , i7 , i
24、8 , THRU i9 ,定义一组输出请求中使用的结点号或单元号,用于得到输出量的部份选择输出,例如: SET 1 = 3,4,7,9,11 SET 5 = 2,9,15,THRU 21,33 DISP = 1 FORCE = 1 STRESS = 5 GPFORCE=all 对于该例题,表示输出下列内容: 结点3、4、7、9 和 11的位移; 单元3、4、7、9 和 11的力; 单元2、9、15 至 21和 33 的应力; 全部节点的约束反力。,数据选择 LOAD = n 选取静力载荷条件(集中载荷或分布载荷),n与模型数据卡(FORCE、MOMENT和PLOAD等)标识号相对应。 DEFO
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