Nastran静力分析7-9章

1、第7章材料性质材料性质 MSC/NASTRAN 可处理多种材料性质可处理多种材料性质 NASTRAN 可处理的可处理的适于适于线性静力分析线性静力分析 的材料类型的材料类型： 各向同性材料（各向同性材料（MAT1） 二维各向异性材料（二维各向异性材料（MAT2） 轴对称体正交异性材料（轴对称体正交异性材料（MAT3） 二维正交异性材料（二维正交异性材料（MAT8） 三维各向异性材料（三维各向异性材料（MAT9） 层复合材料层复合材料PCOMP 各向同性材料（各向同性材料（MAT1） 各向同性材料在各方向都具有同样的材料性质各向同性材料在各方向都具有同样的材料性质典型应力典型应力应变曲线应变曲线

2、 当应力超过弹性极限，材料进入非线性，需用非线性分析方法当应力超过弹性极限，材料进入非线性，需用非线性分析方法 材料常数材料常数E、G、NU满足满足 。需提供。需提供E、G、NU中两个中两个质量密度质量密度RHO用于计算重力载荷及动力分析用于计算重力载荷及动力分析 热膨胀系数热膨胀系数A和参考温度和参考温度TREF仅用于热分析仅用于热分析结构阻尼结构阻尼GE不用于静力分析不用于静力分析 )1/(EGMSC/NASTRAN中用中用MAT1卡描述，格式如下卡描述，格式如下 名 称 内 容MID材料标识号（整数0）。E扬氏模量（实数0.0或空白）。G剪切模量（实数0.0或空白）。MU泊桑比（-1.0

3、0）。）。Gij材料性质矩阵材料性质矩阵(实数实数)。RHO质量密度质量密度(实数实数)。Ai热膨胀系数向量热膨胀系数向量(实数实数)。TREF参考温度参考温度(实数实数)。GE结构单元阻尼系数结构单元阻尼系数(实数实数)。ST、SC、SS分别为拉伸、压缩和剪切应力极限分别为拉伸、压缩和剪切应力极限(实数，用于计算安全裕度实数，用于计算安全裕度)。MCSID材料坐标系标识号（整数材料坐标系标识号（整数0，或空白）。，或空白）。用用PCOMPPCOMP卡进行复合材料分析时，卡进行复合材料分析时，MAT2MAT2卡自动生成卡自动生成 轴对称体正交异性材料（轴对称体正交异性材料（MAT3MAT3）

4、轴对称体正交异性材料，应力轴对称体正交异性材料，应力应变关系应变关系 其中，为轴对称体横剖面坐标系其中，为轴对称体横剖面坐标系MAT3MAT3仅适用于仅适用于CTRIAX6CTRIAX6单元单元为保证对称性，必须满足如下关系为保证对称性，必须满足如下关系 MAT3卡格式卡格式 名名 称称内内 容容MID材料标识号（整数材料标识号（整数0）。）。EX、ETH、EZX、和、和Z方向扬氏模量（实数方向扬氏模量（实数0）MUXTH、MUTHZ、MUZX泊桑比（实数）。泊桑比（实数）。RHO质量密度（实数）。质量密度（实数）。GZX剪切模量（实数剪切模量（实数0.0）。）。AX、ATH、AZ热膨胀系数（

5、实数）。热膨胀系数（实数）。TREF参考温度（实数）。参考温度（实数）。GE阻尼系数（实数）。阻尼系数（实数）。二维正交异性材料（二维正交异性材料（MAT8MAT8） 二维正交异性材料：二维正交异性材料： 平面应力平面应力应变关系应变关系 横向应力横向应力横向应变关系横向应变关系 MAT8MAT8卡只适用于卡只适用于板（壳）板（壳）单元，格式如下单元，格式如下 名名 称称内内 容容MID材料标识号（整数材料标识号（整数0）。）。E1纵向弹性模量纵向弹性模量(实数实数)。E2横向弹性模量横向弹性模量(实数实数)。MU12泊桑比（泊桑比（1方向单轴载荷作用下的）方向单轴载荷作用下的）(实数实数)。

6、G12面内剪切模量面内剪切模量(实数实数0.0)。G1Z1-Z平面受剪的剪切模量平面受剪的剪切模量(实数实数0.0或空白或空白)。G2Z2-Z平面受剪的剪切模量平面受剪的剪切模量(实数实数0.0或空白或空白)。RHO质量密度质量密度(实数实数)。Aii方向的热膨胀系数方向的热膨胀系数(实数实数)。TREF参考温度参考温度(实数实数)。Xt、Xc分别为纵向拉伸、压缩时的允许应力或允许应变分别为纵向拉伸、压缩时的允许应力或允许应变(实数实数0.0)。Yt、Yc分别为横向拉伸、压缩时的允许应力或允许应变分别为横向拉伸、压缩时的允许应力或允许应变(实数实数0.0)。S允许的面内剪切应力或应变允许的面内

7、剪切应力或应变(实数实数0.0)。GE结构阻尼系数结构阻尼系数(实数实数)。F12TsaiWu理论中的交互项理论中的交互项(实数实数)。STRN最大应变理论要求的应力（或应变）识别码，若最大应变理论要求的应力（或应变）识别码，若STRN=1.0，则，则Xt、Yt、Xc、Yc及各项输入应变值；若及各项输入应变值；若STRN为空白，则为应力值。为空白，则为应力值。三维各向异性材料（三维各向异性材料（MAT9MAT9） 三维各向异性材料，应力三维各向异性材料，应力应变关系应变关系 MAT9MAT9卡格式如下卡格式如下 66 名名 称称 内内 容容MID材料标识号（整数材料标识号（整数0）。）。Gij

8、材料坐标系中的对称材料性质矩阵元素材料坐标系中的对称材料性质矩阵元素(实数实数)。RHO质量密度质量密度(实数实数)。Ai热膨胀系数热膨胀系数(实数实数)。TREF参考温度参考温度(实数实数)。GE结构阻尼系数结构阻尼系数(实数实数)。MAT9MAT9卡适用于体元卡适用于体元CHEXACHEXA、CPENTACPENTA和和CTETRA CTETRA 层复合材料（PCOMP） 层复合材料，层复合材料，NASTRAN提供材料性质卡提供材料性质卡PCOMP，格式如下，格式如下 名名 称称 内内 容容PID性质标识号（整数性质标识号（整数0）。）。Z0参考面至底面之距参考面至底面之距(实数实数)。N

9、SM单位面积非结构质量单位面积非结构质量(实数实数)。SB胶接材料允许剪应力胶接材料允许剪应力(实数实数0.0)。FT破坏准则识别码（破坏准则识别码（BCD值）：值）：FT = HILL，HILL准则；准则；FT = HOFF， Hoffman准则；准则；FT = TSNI，Tsai-Wu准则；准则；FT =STRN，最大应变破坏准，最大应变破坏准 则。则。TREF参考温度参考温度(实数实数)。LAM叠层排列方式识别码（叠层排列方式识别码（BCD值）：值）：LAM = SYM，对称铺层，仅需输入半，对称铺层，仅需输入半铺铺 层；层；LAM为空白，需输入全部层数据。为空白，需输入全部层数据。MI

10、Di不同层的标识号不同层的标识号ID，各层是以底层为，各层是以底层为1号依次定义的。号依次定义的。Ti各铺层的厚度各铺层的厚度(实数实数)。THETAi每层纵向与单元材料轴的夹角每层纵向与单元材料轴的夹角(实数实数)。SOUTi应力或应变输出请求（应力或应变输出请求（YES或或NO）。）。第8章静力载荷静力载荷 Nastran中，每一类载荷可以单独或以任何线性组合形式施加给结构中，每一类载荷可以单独或以任何线性组合形式施加给结构。集中力和力矩集中力和力矩 集中力和力矩直接施加给结点集中力和力矩直接施加给结点 集中力用集中力用FORCE、FORCE1和和FORCE2卡定义卡定义 FORCE卡格式

11、卡格式 概 述 名名 称称 内内 容容SID载荷集标识号（整数载荷集标识号（整数0）。）。G结点标识号（整数结点标识号（整数0）。）。CID坐标系标识号（整数坐标系标识号（整数0，缺省值，缺省值= 0）。）。F比例系数（实数）。比例系数（实数）。Ni集中力向量的分量，在集中力向量的分量，在CID坐标系中定义（实数，只少有一个坐标系中定义（实数，只少有一个Ni0）。）。例子：集中力例子：集中力F F作用于悬臂梁自由端作用于悬臂梁自由端 自由域格式为：自由域格式为： 或FORCE , 100 , 2 , , 10. , 0. , -1. , 0.或或 FORCE , 100 , 2 , , 1.

12、, 0. , -10. , 0 FORCE1和和FORCE2卡定义集中力卡定义集中力方向：方向：FORCE1用两个结点的连线用两个结点的连线FORCE2用四个结点组成两个向量（用四个结点组成两个向量（G1-G2，G3-G4）的向量积，）的向量积，格式格式 （下面（下面force1、force2位置有错，刚好相反）位置有错，刚好相反）名名 称称 内内 容容SID载荷集标识号（整数载荷集标识号（整数0）。）。G结点标识号（整数结点标识号（整数0）。）。F力的系数（实数）。力的系数（实数）。Gi定义力方向的结点标识号（整数定义力方向的结点标识号（整数0）。）。作用于结点的集中力矩，用作用于结点的集中

13、力矩，用MOMENT卡定义，格式卡定义，格式 SID载荷集标识号（整数载荷集标识号（整数0）。）。G为力矩作用的结点标识号（整数为力矩作用的结点标识号（整数0）。）。CID坐标系标识号（整数坐标系标识号（整数0，或空白）。，或空白）。M比例系数（实数）。比例系数（实数）。Ni力矩向量分量，在由力矩向量分量，在由CID定义的坐标系中量度（实数，只少有一个定义的坐标系中量度（实数，只少有一个Ni0）。）。MOMENT1MOMENT1和和MOMENT2MOMENT2也可定义集中力矩，同也可定义集中力矩，同FORCE1FORCE1和和FORCE2FORCE2。 分布载荷作作用于一维单元上的分布载荷用于

14、一维单元上的分布载荷（PLOAD1） 用用PLOAD1PLOAD1卡对一维单元（卡对一维单元（CBARCBAR、CBEAMCBEAM和和CBENDCBEND）施加分布载）施加分布载荷；荷； 对对CBARCBAR和和CBEAMCBEAM单元，分布载荷可沿单元全长或部分长度来施单元，分布载荷可沿单元全长或部分长度来施加；加； 对对CBENDCBEND单元，分布载荷限沿单元全长线性变化单元，分布载荷限沿单元全长线性变化 PLOAD1PLOAD1卡的格式如下卡的格式如下 名名 称称 内内 容容SID载荷集标识号（整数载荷集标识号（整数0）。）。EIDCBAR、CBEAM或或CBEND单元的识别号（整数

15、单元的识别号（整数0）。）。TYPE载荷类型。用如下字符表示：载荷类型。用如下字符表示：“FX”、“FY”或或“FZ”：分别为基本坐标系中：分别为基本坐标系中X、Y或或Z方向的力；方向的力；“MX”、“MY”或或“MZ”： 分别为单元坐标系中分别为单元坐标系中X、Y或或Z方向的力矩；方向的力矩；“MXE”、“MYE”或或“MZE”： 分别为单元坐标系中分别为单元坐标系中X、Y或或Z方向的力矩；方向的力矩；SCALE为为X1、X2确定比例系数，用如下字符表示：确定比例系数，用如下字符表示：“LE”（实际长度）（实际长度），Xi值是沿单元轴的实际距离，若值是沿单元轴的实际距离，若X1X2，Pi值是

16、单元值是单元每单位长度的载荷密度；每单位长度的载荷密度；“FR”（比例长度）（比例长度），Xi值是沿单元轴距离与单元总长度之比，如果值是沿单元轴距离与单元总长度之比，如果X1X2，Pi值是单元每单位长度的载荷密度；值是单元每单位长度的载荷密度；“LEPR”（投影长度）（投影长度），Xi值是沿单元轴的实际距离；值是沿单元轴的实际距离；“FRPR” （比例投影长度（比例投影长度），），Xi值为沿单元轴实际距离与总长之比，值为沿单元轴实际距离与总长之比，Pi值为值为单元每单位投影长度载荷密度；单元每单位投影长度载荷密度；X1，X2从梁（从梁（CBAR、CBEAM或或CBEND）端）端A起算的沿梁轴线

17、之距（实数，起算的沿梁轴线之距（实数，X2可为可为空白，）。空白，）。P1，P2分别为分别为X1和和X2处的载荷系数（实数，或空白）。若处的载荷系数（实数，或空白）。若X1X2，则在，则在X1和和X2之间之间载荷呈线性分布，而载荷呈线性分布，而X1，X2处之单位长度载荷分别为处之单位长度载荷分别为P1及及P2；若；若X1=X2，或或X2为空白，表示在为空白，表示在X1处作用一大小为处作用一大小为P1的集中力。的集中力。例例1 均布载荷均布载荷 用比例长度用比例长度“FR”FR”来确定来确定X1X1和和X2X2，有，有X1 = 0.0, X2 = 1.0X1 = 0.0, X2 = 1.0，P1

18、= P2=12.6P1= P2=12.6磅磅/ /英英寸寸 用用“LE”来确定来确定X1和和X2 例例2，线性分布载荷，线性分布载荷对沿梁轴线线性分布载荷 PLOAD1卡为：卡为： 例例3 ，集中载荷，集中载荷 对作用于梁上的集中载荷对作用于梁上的集中载荷 PLOAD1PLOAD1卡为卡为 作用于二维单元上的均布压力（作用于二维单元上的均布压力（PLOAD2） 对有相同均布压力的多个二维单元（对有相同均布压力的多个二维单元（CQUAD4CQUAD4或或CTRIA3CTRIA3），），PLOAD2PLOAD2卡卡十分方便十分方便PLOAD2PLOAD2卡格式：卡格式： 或 名称名称 内内 容容S

19、ID载荷集识别号（整数载荷集识别号（整数0），由情况控制指令），由情况控制指令LOAD = SID选取。选取。P压力值（实数），压力方向按单元连接结点顺序，以右手定则定义。压力值（实数），压力方向按单元连接结点顺序，以右手定则定义。EIDi单元识别号（整数单元识别号（整数0，或空白，对于替换形式，或空白，对于替换形式，EID2EID1,并且要求其并且要求其间的所有单元号是实际存在的）。间的所有单元号是实际存在的）。PLOAD名称名称 内内 容容SID载荷集标识号（整数载荷集标识号（整数0）。）。Gi结点号结点号P压力（实数），方向按单元结点连接顺序，以右手定则确定。压力（实数），方向按单元结点

20、连接顺序，以右手定则确定。作作用于二维或三维单元面上的分布压力用于二维或三维单元面上的分布压力（PLOAD4） PLOAD4PLOAD4定义多种二维或三维单元面上的压力载荷定义多种二维或三维单元面上的压力载荷 这种压力载荷可垂直或不垂直于单元面这种压力载荷可垂直或不垂直于单元面 可在单元面各角点输入不同压力值可在单元面各角点输入不同压力值 PLOAD4卡的格式如下卡的格式如下 替换格式（仅适于面单元）替换格式（仅适于面单元） 名称名称 内内 容容SID载荷集标识号（整数载荷集标识号（整数0）。）。单元标识号（整数单元标识号（整数0，对于，对于“THRU”选择，选择，EID10，或为空白）。，或

21、为空白）。G3与与G1结点同一面上的对角结点编号，仅对于体单元结点同一面上的对角结点编号，仅对于体单元CHEXA和和CPENTA才要求的。对于才要求的。对于CPENTA单元的三角面是不要求的。单元的三角面是不要求的。G4四面体元四面体元CTETRA不受压力的角结点编号（整数不受压力的角结点编号（整数0）。）。CID坐标系标识号（整数坐标系标识号（整数0，缺省值，缺省值= 0）。）。N1，N2，N3在坐标系在坐标系CID中定义的向量分量，用于定义载荷密度向量方向（实中定义的向量分量，用于定义载荷密度向量方向（实数）。数）。2EID1EIDEID4P, 3P2P, 1P例例1： 作作用于曲板上的均

22、布压力用于曲板上的均布压力（PLOAD4）用PLOAD4卡替换形式定义 例例2： 作作用于六面体用于六面体CHEXA单元上的均布压力载荷单元上的均布压力载荷重力和离心力（重力和离心力（GRAVGRAV，RFORCERFORCE） 在在NASTRANNASTRAN中，重力载荷用中，重力载荷用GRAVGRAV卡来施加，格式卡来施加，格式 名称名称 内内 容容SID重力载荷集标识号（整数重力载荷集标识号（整数0）。）。CID坐标系标识号（整数坐标系标识号（整数0，缺省值为零）。，缺省值为零）。G重力加速度向量比例系数（实数）。重力加速度向量比例系数（实数）。Ni在坐标系在坐标系CID中定义的加速度向

23、量分量（实数，只少有一个中定义的加速度向量分量（实数，只少有一个Ni0）。）。旋转引起的离心惯性力，用旋转引起的离心惯性力，用RFORCE卡定义。格式卡定义。格式 名称名称 内内 容容SID离心载荷集标识号（整数离心载荷集标识号（整数0，为零时代表基本坐标系原点）。，为零时代表基本坐标系原点）。G结点标识号（整数结点标识号（整数0）。）。CID定义选转向量的坐标系标识号（整数定义选转向量的坐标系标识号（整数0，缺省值为，缺省值为0）。）。AR1,R2,R3单位时间旋转角速度标量系数（实数）。单位时间旋转角速度标量系数（实数）。旋转向量的分量，该向量过旋转向量的分量，该向量过G点（实数）。点（实

24、数）。METHOD 计算离心力所用的方法（整数计算离心力所用的方法（整数= 1，2，或空白）。，或空白）。 METHOD=1METHOD=1（或空白），耦合质量矩阵；（或空白），耦合质量矩阵； METHOD=2METHOD=2，集中质量矩阵，集中质量矩阵 强迫位移 静力分析中，用静力分析中，用DEFORMDEFORM卡定义卡定义强迫变形强迫变形DEFORMDEFORM卡在情况控制集中用指令卡在情况控制集中用指令DEFORM = SIDDEFORM = SID来选取来选取 DEFORM卡格式卡格式 名称名称 内内 容容SID强迫变形集标识号（整数强迫变形集标识号（整数0）。）。EIDi单元标识号

25、（整数单元标识号（整数0）。）。Di变形（实数，正值表示伸长）。变形（实数，正值表示伸长）。对静力分析中的对静力分析中的强迫位移强迫位移，用，用SPCD施加施加SPCDSPCD卡由情况控制指令卡由情况控制指令LOAD = SIDLOAD = SID来选取来选取 DEFORMDEFORM格式格式 名称名称 内内 容容SID载荷集识别号（整数载荷集识别号（整数0）。）。Gi结点或标量点标识号（整数结点或标量点标识号（整数0）。）。Ci位移分量号（位移分量号（0整数整数6，1至至6个的唯一整数，无嵌入空白）。个的唯一整数，无嵌入空白）。Di与与Gi和和Ci对应的强迫位移值（实数）。对应的强迫位移值（

26、实数）。热热 载载 温度场用结点温度和单元温度数据定义温度场用结点温度和单元温度数据定义（ TEMP TEMP和和TEMPDTEMPD模型数据卡定义结点温度模型数据卡定义结点温度TEMPTEMP卡卡格式格式 名称名称 内内 容容SID温度集标识号（整数温度集标识号（整数0）。）。G结点标识号（整数结点标识号（整数0）。）。T温度值（实数）。温度值（实数）。一张一张TEMP卡最多可定义三个结点的温度，由情况控制卡最多可定义三个结点的温度，由情况控制TEMP = SID选取选取 TEMPD卡卡定义结点温度场，格式定义结点温度场，格式 名称名称 内内 容容SID载荷集标识号（整数载荷集标识号（整数0

27、）。）。T结点温度原设定值（实数）。结点温度原设定值（实数）。该卡最多可定义四组温度场，它由情况控制指令该卡最多可定义四组温度场，它由情况控制指令TEMP = SID选取。选取。 对于对于一维单元一维单元：ROD、BAR、BEAM、BEND和和CONROD或或TUBE，用，用 TEMPRB卡来定义温度场，格式卡来定义温度场，格式： 第二继续卡的替换形式第二继续卡的替换形式 ijT名称名称 内内 容容SID温度集标识号（整数温度集标识号（整数0）。）。EIDn单元标识号。单元标识号。TA、TB分别为在端点分别为在端点A和和B剖面之平均温度（实数）。剖面之平均温度（实数）。在端点在端点j处处i方向

28、的等效线性梯度（只用于方向的等效线性梯度（只用于CBAR、CBEAM和和CBEND，实数）。，实数）。端点端点j剖面上剖面上i位置的温度（位置的温度（i位置由位置由PBAR、PBEAM或或PBEND卡所定义，只卡所定义，只用于应力恢复，实数）。用于应力恢复，实数）。ijTijT二维单元二维单元，用，用TEMPP1和和TEMPP3卡来定义温度场，卡来定义温度场， TEMPP1卡卡定义二维单元面上温度场，格式定义二维单元面上温度场，格式 继续卡的替换格式为继续卡的替换格式为 T名称名称 内内 容容SID温度集标识号（整数温度集标识号（整数0）。）。EIDn单元标识号（整数单元标识号（整数0）。）。

29、T平均温度（实数）。平均温度（实数）。等效温度梯度（实数，不用于膜单元）。等效温度梯度（实数，不用于膜单元）。T1、T2单元性质卡单元性质卡PSHELL上规定的计算应力点的温度（实数）。上规定的计算应力点的温度（实数）。TTEMPP3卡卡定义定义二维单元二维单元剖面剖面温度梯度温度梯度，格式，格式 第三继续卡的替换格式为第三继续卡的替换格式为 名称名称 内内 容容SID温度集标识号（整数温度集标识号（整数0）。）。EIDn单元标识号（整数单元标识号（整数0）。）。Z0底面至参考面之距（实数）。底面至参考面之距（实数）。Zi平面平面i至参考面之距（实数）。至参考面之距（实数）。T0底面温度（实数

30、）。底面温度（实数）。Ti平面平面i的温度（实数）。的温度（实数）。组合载荷 LOAD模型数据卡可用来进行静力载荷的线性组合（叠加）模型数据卡可用来进行静力载荷的线性组合（叠加） 所组合的载荷是用所组合的载荷是用FORCE、MOMENT、FORCE1、MOMENT1、FORCE2、MOMENT2、PLOAD、PLOAD1、PLOAD2、PLOAD3、PLOAD4、PLOADX、SLOAD、SPCD、RFORCE或或GRAV卡来定义卡来定义 LOAD卡格式：卡格式： 名称名称内内 容容SID载荷集标识号（整数载荷集标识号（整数0）。）。S总比例系数（实数）。总比例系数（实数）。Si分比例系数（实

31、数）。分比例系数（实数）。Li可组合载荷卡上定义的载荷集标识号（整数可组合载荷卡上定义的载荷集标识号（整数0）。）。由由LOAD定义的组合载荷为定义的组合载荷为 LiiiPSP例子例子:(1) Y向向15.2磅的集中力磅的集中力F作用于结点作用于结点12上上(2) 6.4英寸英寸-磅关于磅关于X-轴的集中弯矩轴的集中弯矩M作用于结点作用于结点127上。上。 要求要求:组合载荷为：组合载荷为：2倍集中力倍集中力F和和3倍的集中力矩倍的集中力矩M。即。即 400.3300.20.1PSiSPiLi式中式中30和和40分别为集中力分别为集中力F和集中力矩和集中力矩M的载荷集标识号。的载荷集标识号。

32、在在情况控制集中情况控制集中： LOAD = 2 2 在在模型数据集模型数据集中中 注意： NASTRAN可用情况控制可用情况控制SUBCASE在一次程序运行中分析多种载在一次程序运行中分析多种载荷工况（每一种子情况定义一种唯一的载荷工况）荷工况（每一种子情况定义一种唯一的载荷工况） 还可用情况控制指令还可用情况控制指令SUBCOM和和SUBSEQ定义子情况（不同载荷定义子情况（不同载荷条件）的线性组合。条件）的线性组合。例子：说明SUBCOM和SUBSEQ应用 F124315ZF2X2000F11000F2第一种载荷情况：同时加上第一种载荷情况：同时加上F1和和F2；第二种载荷情况：同时加上

33、第二种载荷情况：同时加上F1和半倍的反向和半倍的反向F2。在情况控制集中：在情况控制集中： SUBCASE 1 （选取垂直载荷（选取垂直载荷F1） LABEL = VERTLCAL LOAD 2000.0 LBS LOAD = 10 SUBCASE 2 （选取水平载荷（选取水平载荷F2） LABEL = HORIZONTAL LOAD 1000.0 LBS LOAD = 20 SUBCASE 100 （组合（组合F1和和F2） SUBTITLE = COMBINATION OF THE PREVIOUS SUBCASES LABEL = FIST COMBINATION SUBSEQ = 1.

34、 , 1. SUBCASE 200 （组合（组合F1和和-0.5F2） LABEL = SECOND COMBINATION SUBSEQ = 1. , -0.5在模型数据集中：在模型数据集中：FORCE , 10 , 3 , , -2000. , 0. , 0. , 1.FORCE , 20 , 5 , , 1000. , 1. , 0. , 1.第9章约束处理约束处理 MSC/NASTRANMSC/NASTRAN两种基本约束类型：两种基本约束类型：单点约束（单点约束（SPCSPC）和多点约束（）和多点约束（MPCMPC） 单点约束单点约束 单点约束是约束单个自由度的一种约束单点约束是约束单

35、个自由度的一种约束用途：用途： 支持一个结构，或将一结构支持一个结构，或将一结构“固定固定”于地面；于地面； 处理对称或反对称边界条件；处理对称或反对称边界条件； 消除结构分析中未用自由度；消除结构分析中未用自由度； 消除非常弱的耦合自由度消除非常弱的耦合自由度； 给结点施加零或非零强迫位移给结点施加零或非零强迫位移 永久性固定约束永久性固定约束 对永久性固定约束，用永久性固定约束，用GRIDGRID模型数据卡中第模型数据卡中第8 8域域PSPS来定义来定义; ; 如果分析模型中仅有几个结点需施加零位移约束，则采用如果分析模型中仅有几个结点需施加零位移约束，则采用GRIDGRID卡。卡。 单点

36、约束（单点约束（SPC） 用用SPC模型数据卡施加一组单点约束或模型数据卡施加一组单点约束或强迫位移强迫位移 SPC的格式的格式 名名 称称 内内 容容SID单点约束集标识号（整数单点约束集标识号（整数0）。）。Gi结点标识号。结点标识号。Ci位移分量号（位移分量号（1整数整数6，可填由，可填由1至至6组成的多至组成的多至6个唯一的整数，其间不个唯一的整数，其间不允许堪入空格）。允许堪入空格）。Di由由Gi 和和Ci指定的自由度强迫位移值（实数，缺省值为指定的自由度强迫位移值（实数，缺省值为0.0）。）。 SIDSID是是SPCSPC集识别号，由情况控制指令集中集识别号，由情况控制指令集中SP

37、C=SID SPC=SID 指令来选取指令来选取 一个一个SPCSPC卡可定义两组（卡可定义两组（G G、C C、D D）值）值 单点约束（单点约束（SPC1SPC1） SPC1SPC1模型数据卡用于定义模型数据卡用于定义零位移单点约束零位移单点约束，格式，格式 替换格式替换格式 名名 称称 内内 容容SID单点约束集标识号（整数单点约束集标识号（整数0）。）。C分量号（任何唯一的由分量号（任何唯一的由1至至6的整数组合，不允许堪入空格。对于结点必须的整数组合，不允许堪入空格。对于结点必须为整数；标量点则为空白）。为整数；标量点则为空白）。Gi结点或标量点标识号（整数结点或标量点标识号（整数0

38、或为替代格式中的或为替代格式中的“THRU”，要求，要求G1G2）。）。 SID SID是由情况控制指令集中是由情况控制指令集中SPC = SID SPC = SID 指令来选取，指令来选取， 任何数量的任何数量的SPC1SPC1卡可用来定义一个约束集。卡可用来定义一个约束集。AUTOSPC在在MSC/NASTRANMSC/NASTRAN中，利用在模型数据集中加入参数卡：中，利用在模型数据集中加入参数卡：PARAMPARAM，AUTOSPCAUTOSPC，YES YES 可自动识别与消除刚度矩阵的奇异性可自动识别与消除刚度矩阵的奇异性消除未用自由度和非常弱的耦合自由度消除未用自由度和非常弱的耦

39、合自由度 边界条件例题边界条件例题1一根梁，边界条件为一端固支、另一端铰支。具有一根梁，边界条件为一端固支、另一端铰支。具有5 5个结点，个结点，4 4个梁元个梁元对于结点对于结点1 1需约束全部需约束全部6 6个自由度，三个移动（个自由度，三个移动（1 1，2 2，3 3）和三个转动（）和三个转动（4 4，5 5，6 6）。对于结点）。对于结点5 5，需约束三个移动自由度（，需约束三个移动自由度（1 1，2 2，3 3）和两个转动自由度（）和两个转动自由度（4 4， 6 6）。）。用用SPCSPC卡，假定情况控制约束集中已选定卡，假定情况控制约束集中已选定SPC=100SPC=100。强迫位

40、移的值为零，取缺省值。强迫位移的值为零，取缺省值。SPCSPC卡为卡为 用自由域格式，则为：用自由域格式，则为： SPCSPC，100100，1 1，123456123456， ，5 5，12346 12346 边界条件例题边界条件例题2 一四边固支板，四个板元，一四边固支板，四个板元，9个结点。个结点。 边界结点边界结点1 1，2 2，3 3，4 4，6 6，7 7，8 8和和9 9必须约束所有必须约束所有6 6个自由度（个自由度（1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6）。假定在情况控制约束集已选定）。假定在情况控制约束集已选定SPC=100SPC=100。 采用采用SPC1SPC1

41、卡，则有卡，则有 多点约束多点约束NASTRAN中，多点约束（中，多点约束（MPC）描述两个或多个自由度间的线性关系：）描述两个或多个自由度间的线性关系： 式中式中 u uj j为节点或标量点的任何自由度；为节点或标量点的任何自由度； R Rj j为用户定义的比例系数。为用户定义的比例系数。多点约束用途：多点约束用途：(1)(1) 将两个结点间的相关运动定义为一个自由度；将两个结点间的相关运动定义为一个自由度；(2)(2) 将几个运动平均值定义为一个自由度；将几个运动平均值定义为一个自由度；(3)(3) 在结构部件间提供铰链或滑动连接；在结构部件间提供铰链或滑动连接；(4)(4) 连接不同种类

42、的单元，将具有转动自由度的单元与仅有移动自由度的单元相连连接不同种类的单元，将具有转动自由度的单元与仅有移动自由度的单元相连接（壳元与体元的连接就是一例）；接（壳元与体元的连接就是一例）；(5)(5) 获得作用于结构或结构部件上的合力；获得作用于结构或结构部件上的合力；(6)(6) 将一个力分配到结构中几个点。当一个力是未知的时候，这是实际有用的，例将一个力分配到结构中几个点。当一个力是未知的时候，这是实际有用的，例如，要求压缩流体的力；如，要求压缩流体的力；0uRjjj (7) (7) 连接具有不一致结点的单元，例如，在结构内部改变网格尺寸便会出连接具有不一致结点的单元，例如，在结构内部改变

43、网格尺寸便会出现这种情况；现这种情况； (8)(8) 替换具有刚性连接的极刚硬结构元件。这只当需改善刚度矩阵的数值替换具有刚性连接的极刚硬结构元件。这只当需改善刚度矩阵的数值状态时才用，且是不推荐的，最好采用刚性元来处理；状态时才用，且是不推荐的，最好采用刚性元来处理； (9)(9)定义结点的运动分量，该分量方向不是与结点的局部坐标系轴向一致定义结点的运动分量，该分量方向不是与结点的局部坐标系轴向一致多点约束用多点约束用MPC卡卡描述，其格式如下描述，其格式如下 域域 内内 容容SID多点约束集标识号，由情况控制指令选定。多点约束集标识号，由情况控制指令选定。Gi结点或标量点识别号。结点或标量

44、点识别号。Ci自由度分量号。自由度分量号。Ai比例系数。比例系数。第10章线性静力分析线性静力分析 基本有限元方程基本有限元方程 静力分析的基本有限元方程为：静力分析的基本有限元方程为：Ku=P 式中式中 K为结构的弹性刚度矩阵；为结构的弹性刚度矩阵； u为结点广义位移向量；为结点广义位移向量； P为结点载荷向量。为结点载荷向量。 刚度矩阵按结点自由度装配而成的，对应刚度矩阵按结点自由度装配而成的，对应位移集称之为位移集称之为g-集；集； 该矩阵往往是可能奇异的，不能直接被分解的。一般需进行如下该矩阵往往是可能奇异的，不能直接被分解的。一般需进行如下运算：运算： 多点约束减缩（多点约束减缩（M

45、PC），消去线性相关自由度（可选的）；），消去线性相关自由度（可选的）； 单点约束减缩（单点约束减缩（SPC），消去刚体运动自由度；），消去刚体运动自由度； 静力减缩（静力减缩（OMIT），减小求解问题的规模（可选），减小求解问题的规模（可选） 自由体支持（自由体支持（SUPORTSUPORT），分析惯性卸载问题），分析惯性卸载问题 上面运算由一个或多个模型数据卡所控制：上面运算由一个或多个模型数据卡所控制： 运运 算算模模 型型 数数 据据 卡卡多点约束多点约束MPC，MPCADD，RROD，RBAR，RTRPLT，RBE1，RBE2，RBE3，RSPLINE单点约束单点约束SPC，SPC1

46、，SPCADD，GRID，GRDSET，PARAM，AUTOSPC，YES静力减缩静力减缩OMIT，OMIT1，ASET，ASET1自由体支持自由体支持SUPORT解题过程解题过程 确定物理模型确定物理模型简单物理模型：承受集中载荷作用简支梁。简单物理模型：承受集中载荷作用简支梁。 材料特性：弹性模量材料特性：弹性模量 E=30E6 泊桑比泊桑比 v=0.3载荷：载荷： 承受集中力承受集中力F，见图，见图边界条件：两端简支。边界条件：两端简支。 求解：确定在载荷求解：确定在载荷F作用点处作用点处梁的挠度和应力，不考虑横向剪梁的挠度和应力，不考虑横向剪切的影响。切的影响。 建立有限元模型的输入数

47、据文件建立有限元模型的输入数据文件按按MSC/NASTRANMSC/NASTRAN的输入数据格式，建立相应有限元模形的数据文件的输入数据格式，建立相应有限元模形的数据文件第1步 确定分析类型，形成输入文件的执行控制语句集 ID MPM，CH 12 EXAMPLESOL 101TIME 100CEND第第2步步 离散物理模型以形成有限元模型离散物理模型以形成有限元模型对承受集中力梁弯曲问题。因杆单元对承受集中力梁弯曲问题。因杆单元CROD不能承弯，故不能选用它。不能承弯，故不能选用它。CBAR是常用的等剖面直梁元，满足本问题的要求。是常用的等剖面直梁元，满足本问题的要求。 最后形成具有四个结点、

48、三个最后形成具有四个结点、三个CBAR单元、在结点单元、在结点3处作用集中力处作用集中力F的两端铰的两端铰支梁模型支梁模型 第第3步步 形成模型数据集形成模型数据集建立有限元模型的建立有限元模型的“几何几何”、“单元单元”、“材料材料”、“载荷载荷”与与“约束约束”五类五类数据数据几何数据几何数据 GRID卡如下：卡如下： 若采用自由域格式若采用自由域格式,则为则为:GRID , 1 , 0. , 0. , 0.GRID , 2 ,10. , 0. , 0.GRID , 3 , 20. , 0. , 0. GRID , 4 , 30. , 0. , 0. 单元数据单元数据 CBAR CBAR单

49、元卡中第单元卡中第6 6、7 7、8 8项为梁端点项为梁端点GAGA处的定位向量分处的定位向量分量（量（X1X1，X2X2，X3X3）；）； 该向量确定梁元坐标系该向量确定梁元坐标系和主平面和主平面1 1的位置，据此计算的位置，据此计算梁剖面性质。梁剖面性质。尽管的选择有点尽管的选择有点任意，但其方向必须与梁剖面任意，但其方向必须与梁剖面的惯性主平面相一致。的惯性主平面相一致。 定义平面定义平面1 1和和Y-Y-单元轴单元轴单元性质卡标识号为单元性质卡标识号为101101，三个梁单元的，三个梁单元的CBARCBAR卡数据卡数据CBARCBAR单元的性质单元的性质PBARPBAR卡：卡：a)a) PBAR PBAR卡第卡第5 5项和第项和第6 6项。项。, ,两者不能颠倒。两者不能颠倒。 应力恢复系数应力恢复系数CiCi、DiDi、EiEi和和FiFi的选取，由用户在梁剖面（的选取，由用户在梁剖面（Y-ZY-Z平面）上任平面）上任选的四点局部坐标值。选的四点局部坐标值。 考虑横向剪切影响，需剪力面积系数考虑横向剪切影响，需剪力面积系数K1K1和和K2K2填入适当的值，对矩形剖面，填入适当的值，对矩形剖面，K1=K2=5/6K1=K2=5/6。若不填，其缺省值为无穷大，意味着剪切对挠度无影响。若不填，其缺省值为无穷大，意味着剪切对挠度无影响。 对于无剪