Natran官方培训教程-Nastran静力分析7-9章ppt课件

1、第7章资料性质 MSC/NASTRAN 可处置多种资料性质 NASTRAN 可处置的适于线性静力分析 的资料类型： 各向同性资料MAT1 二维各向异性资料MAT2 轴对称体正交异性资料MAT3 二维正交异性资料MAT8 三维各向异性资料MAT9 层复合资料PCOMP 各向同性资料MAT1 各向同性资料在各方向都具有同样的资料性质典型应力应变曲线 当应力超越弹性极限，资料进入非线性，需用非线性分析方法 资料常数E、G、NU满足 。需提供E、G、NU中两个质量密度RHO用于计算重力载荷及动力分析 热膨胀系数A和参考温度TREF仅用于热分析构造阻尼GE不用于静力分析 MSC/NASTRAN中用MAT

2、1卡描画，格式如下 名 称 内 容MID资料标识号整数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-1.00。Gij资料性质矩阵(实数)。RHO质量密度(实数)。Ai热膨胀系数向量(实数)。TREF参考温度(实数)。GE构造单元阻尼系数(实数)。ST、SC、SS分别为拉伸、紧缩和剪切应力极限(实数，用于计算平安裕度)。MCSID资料坐标系标识号整数0，或空白。用PCOMP卡进展复合资料分析时，MAT2卡自动生成 轴对称体正交异性资料MAT3 轴对称体正交异性资料，应力应变关系 其中，为轴对称体横剖面坐标系MAT3仅适用于CTRIAX6单元为保证对称性，必需满足如下关系

3、 MAT3卡格式 名 称内 容MID资料标识号整数0。EX、ETH、EZX、和Z方向扬氏模量实数0MUXTH、MUTHZ、MUZX泊桑比实数。RHO质量密度实数。GZX剪切模量实数0.0。AX、ATH、AZ热膨胀系数实数。TREF参考温度实数。GE阻尼系数实数。二维正交异性资料MAT8 二维正交异性资料： 平面应力应变关系 横向应力横向应变关系 MAT8卡只适用于板壳单元，格式如下 名 称内 容MID资料标识号整数0。E1纵向弹性模量(实数)。E2横向弹性模量(实数)。MU12泊桑比1方向单轴载荷作用下的(实数)。G12面内剪切模量(实数0.0)。G1Z1-Z平面受剪的剪切模量(实数0.0或空

4、白)。G2Z2-Z平面受剪的剪切模量(实数0.0或空白)。RHO质量密度(实数)。Aii方向的热膨胀系数(实数)。TREF参考温度(实数)。Xt、Xc分别为纵向拉伸、紧缩时的允许应力或允许应变(实数0.0)。Yt、Yc分别为横向拉伸、紧缩时的允许应力或允许应变(实数0.0)。S允许的面内剪切应力或应变(实数0.0)。GE构造阻尼系数(实数)。F12TsaiWu实际中的交互项(实数)。STRN最大应变实际要求的应力或应变识别码，假设STRN=1.0，那么Xt、Yt、Xc、Yc及各项输入应变值；假设STRN为空白，那么为应力值。三维各向异性资料MAT9 三维各向异性资料，应力应变关系 MAT9卡格

5、式如下 名 称 内 容MID资料标识号整数0。Gij资料坐标系中的对称资料性质矩阵元素(实数)。RHO质量密度(实数)。Ai热膨胀系数(实数)。TREF参考温度(实数)。GE构造阻尼系数(实数)。MAT9卡适用于体元CHEXA、CPENTA和CTETRA 层复合资料PCOMP 层复合资料，NASTRAN提供资料性质卡PCOMP，格式如下 名 称 内 容PID性质标识号整数0。Z0参考面至底面之距(实数)。NSM单位面积非构造质量(实数)。SB胶接资料允许剪应力(实数0.0)。FT破坏准那么识别码BCD值：FT = HILL，HILL准那么；FT = HOFF， Hoffman准那么；FT =

6、TSNI，Tsai-Wu准那么；FT =STRN，最大应变破坏准 那么。TREF参考温度(实数)。LAM叠层陈列方式识别码BCD值：LAM = SYM，对称铺层，仅需输入半铺 层；LAM为空白，需输入全部层数据。MIDi不同层的标识号ID，各层是以底层为1号依次定义的。Ti各铺层的厚度(实数)。THETAi每层纵向与单元资料轴的夹角(实数)。SOUTi应力或应变输出恳求YES或NO。第8章静力载荷 Nastran中，每一类载荷可以单独或以任何线性组合方式施加给构造。集中力和力矩 集中力和力矩直接施加给结点 集中力用FORCE、FORCE1和FORCE2卡定义 FORCE卡格式 概 述 名 称

7、内 容SID载荷集标识号整数0。G结点标识号整数0。CID坐标系标识号整数0，缺省值= 0。F比例系数实数。Ni集中力向量的分量，在CID坐标系中定义实数，只少有一个Ni0。例子：集中力F作用于悬臂梁自在端 自在域格式为： 或FORCE , 100 , 2 , , 10. , 0. , -1. , 0.或 FORCE , 100 , 2 , , 1. , 0. , -10. , 0 FORCE1和FORCE2卡定义集中力方向：FORCE1用两个结点的连线FORCE2用四个结点组成两个向量G1-G2，G3-G4的向量积，格式 下面force1、force2位置有错，刚好相反名 称 内 容SID载

8、荷集标识号整数0。G结点标识号整数0。F力的系数实数。Gi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MOMENT卡定义，格式 SID载荷集标识号整数0。G为力矩作用的结点标识号整数0。CID坐标系标识号整数0，或空白。M比例系数实数。Ni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Ni0。MOMENT1和MOMENT2也可定义集中力矩，同FORCE1和FORCE2。 分布载荷作用于一维单元上的分布载荷PLOAD1 用PLOAD1卡对一维单元CBAR、CBEAM和CBEND施加分布载荷； 对CBAR和CBEAM单元，分布载荷可沿单元全长或部分长度来施加； 对CBEND单

9、元，分布载荷限沿单元全长线性变化 PLOAD1卡的格式如下 名 称 内 容SID载荷集标识号整数0。EIDCBAR、CBEAM或CBEND单元的识别号整数0。TYPE载荷类型。用如下字符表示：“FX、“FY或“FZ：分别为根本坐标系中X、Y或Z方向的力；“MX、“MY或“MZ： 分别为单元坐标系中X、Y或Z方向的力矩；“MXE、“MYE或“MZE： 分别为单元坐标系中X、Y或Z方向的力矩；SCALE为X1、X2确定比例系数，用如下字符表示：“LE实践长度，Xi值是沿单元轴的实践间隔，假设X1X2，Pi值是单元每单位长度的载荷密度；“FR比例长度，Xi值是沿单元轴间隔与单元总长度之比，假设X1X

10、2，Pi值是单元每单位长度的载荷密度；“LEPR投影长度，Xi值是沿单元轴的实践间隔；“FRPR 比例投影长度，Xi值为沿单元轴实践间隔与总长之比，Pi值为单元每单位投影长度载荷密度；X1，X2从梁CBAR、CBEAM或CBEND端A起算的沿梁轴线之距实数，X2可为空白，。P1，P2分别为X1和X2处的载荷系数实数，或空白。假设X1X2，那么在X1和X2之间载荷呈线性分布，而X1，X2处之单位长度载荷分别为P1及P2；假设X1=X2，或X2为空白，表示在X1处作用一大小为P1的集中力。例1 均布载荷 用比例长度“FR来确定X1和X2，有X1 = 0.0, X2 = 1.0，P1= P2=12.

11、6磅/英寸 用“LE来确定X1和X2 例2，线性分布载荷对沿梁轴线线性分布载荷 PLOAD1卡为： 例3 ，集中载荷 对作用于梁上的集中载荷 PLOAD1卡为 作用于二维单元上的均布压力PLOAD2 对有一样均布压力的多个二维单元CQUAD4或CTRIA3，PLOAD2卡非常方便PLOAD2卡格式： 或 称号 内 容SID载荷集识别号整数0，由情况控制指令LOAD = SID选取。P压力值实数，压力方向按单元衔接结点顺序，以右手定那么定义。EIDi单元识别号整数0，或空白，对于交换方式，EID2EID1,并且要求其间的一切单元号是实践存在的。PLOAD称号 内 容SID载荷集标识号整数0。Gi

12、结点号P压力实数，方向按单元结点衔接顺序，以右手定那么确定。作用于二维或三维单元面上的分布压力PLOAD4 PLOAD4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 可在单元面各角点输入不同压力值 PLOAD4卡的格式如下 交换格式仅适于面单元 称号 内 容SID载荷集标识号整数0。单元标识号整数0，对于“THRU选择，EID10，或为空白。G3与G1结点同一面上的对角结点编号，仅对于体单元CHEXA和CPENTA才要求的。对于CPENTA单元的三角面是不要求的。G4四面体元CTETRA不受压力的角结点编号整数0。CID坐标系标识号整数0，缺省值= 0。N1，N2，

13、N3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数。例1： 作用于曲板上的均布压力PLOAD4用PLOAD4卡交换方式定义 例2： 作用于六面体CHEXA单元上的均布压力载荷重力和离心力GRAV，RFORCE 在NASTRAN中，重力载荷用GRAV卡来施加，格式 称号 内 容SID重力载荷集标识号整数0。CID坐标系标识号整数0，缺省值为零。G重力加速度向量比例系数实数。Ni在坐标系CID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RFORCE卡定义。格式 称号 内 容SID离心载荷集标识号整数0，为零时代表根本坐标系原点。G结点标识号整数0。CID定义

14、选转向量的坐标系标识号整数0，缺省值为0。AR1,R2,R3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G点实数。METHOD 计算离心力所用的方法整数= 1，2，或空白。 METHOD=1或空白，耦合质量矩阵； METHOD=2，集中质量矩阵 强迫位移 静力分析中，用DEFORM卡定义强迫变形DEFORM卡在情况控制集中用指令DEFORM = SID来选取 DEFORM卡格式 称号 内 容SID强迫变形集标识号整数0。EIDi单元标识号整数0。Di变形实数，正值表示伸长。对静力分析中的强迫位移，用SPCD施加SPCD卡由情况控制指令LOAD = SID来选取 DEFORM格式 称

15、号 内 容SID载荷集识别号整数0。Gi结点或标量点标识号整数0。Ci位移分量号0整数6，1至6个的独一整数，无嵌入空白。Di与Gi和Ci对应的强迫位移值实数。热 载 温度场用结点温度和单元温度数据定义 TEMP和TEMPD模型数据卡定义结点温度TEMP卡格式 称号 内 容SID温度集标识号整数0。G结点标识号整数0。T温度值实数。一张TEMP卡最多可定义三个结点的温度，由情况控制TEMP = SID选取 TEMPD卡定义结点温度场，格式 称号 内 容SID载荷集标识号整数0。T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TEMP = SID选取。 对于一维单元：ROD、B

16、AR、BEAM、BEND和CONROD或TUBE，用 TEMPRB卡来定义温度场，格式： 第二继续卡的交换方式 称号 内 容SID温度集标识号整数0。EIDn单元标识号。TA、TB分别为在端点A和B剖面之平均温度实数。在端点j处i方向的等效线性梯度只用于CBAR、CBEAM和CBEND，实数。端点j剖面上i位置的温度i位置由PBAR、PBEAM或PBEND卡所定义，只用于应力恢复，实数。二维单元，用TEMPP1和TEMPP3卡来定义温度场， TEMPP1卡定义二维单元面上温度场，格式 继续卡的交换格式为 称号 内 容SID温度集标识号整数0。EIDn单元标识号整数0。T平均温度实数。等效温度梯

17、度实数，不用于膜单元。T1、T2单元性质卡PSHELL上规定的计算应力点的温度实数。TEMPP3卡定义二维单元剖面温度梯度，格式 第三继续卡的交换格式为 称号 内 容SID温度集标识号整数0。EIDn单元标识号整数0。Z0底面至参考面之距实数。Zi平面i至参考面之距实数。T0底面温度实数。Ti平面i的温度实数。组合载荷 LOAD模型数据卡可用来进展静力载荷的线性组合叠加 所组合的载荷是用FORCE、MOMENT、FORCE1、MOMENT1、FORCE2、MOMENT2、PLOAD、PLOAD1、PLOAD2、PLOAD3、PLOAD4、PLOADX、SLOAD、SPCD、RFORCE或GRA

18、V卡来定义 LOAD卡格式： 称号内 容SID载荷集标识号整数0。S总比例系数实数。Si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0。由LOAD定义的组合载荷为 例子:(1) Y向15.2磅的集中力F作用于结点12上(2) 6.4英寸-磅关于X-轴的集中弯矩M作用于结点127上。 要求:组合载荷为：2倍集中力F和3倍的集中力矩M。即 式中30和40分别为集中力F和集中力矩M的载荷集标识号。 在情况控制集中： LOAD = 2 2 在模型数据集中 留意： NASTRAN可用情况控制SUBCASE在一次程序运转中分析多种载荷工况每一种子情况定义一种独一的载荷工况 还可用情况控制指令S

19、UBCOM和SUBSEQ定义子情况不同载荷条件的线性组合。例子：阐明SUBCOM和SUBSEQ运用 F124315ZF2X第一种载荷情况：同时加上F1和F2；第二种载荷情况：同时加上F1和半倍的反向F2。在情况控制集中： SUBCASE 1 选取垂直载荷F1 LABEL = VERTLCAL LOAD 2000.0 LBS LOAD = 10 SUBCASE 2 选取程度载荷F2 LABEL = HORIZONTAL LOAD 1000.0 LBS LOAD = 20 SUBCASE 100 组合F1和F2 SUBTITLE = COMBINATION OF THE PREVIOUS SUBC

20、ASES LABEL = FIST COMBINATION SUBSEQ = 1. , 1. SUBCASE 200 组合F1和-0.5F2 LABEL = SECOND COMBINATION SUBSEQ = 1. , -0.5在模型数据集中：FORCE , 10 , 3 , , -2000. , 0. , 0. , 1.FORCE , 20 , 5 , , 1000. , 1. , 0. , 1.第9章约束处置 MSC/NASTRAN两种根本约束类型：单点约束SPC和多点约束MPC 单点约束 单点约束是约束单个自在度的一种约束用途： 支持一个构造，或将一构造“固定于地面； 处置对称或反对

21、称边境条件； 消除构造分析中未用自在度； 消除非常弱的耦合自在度； 给结点施加零或非零强迫位移 永久性固定约束 对永久性固定约束，用GRID模型数据卡中第8域PS来定义; 假设分析模型中仅有几个结点需施加零位移约束，那么采用GRID卡。 单点约束SPC 用SPC模型数据卡施加一组单点约束或强迫位移 SPC的格式 名 称 内 容SID单点约束集标识号整数0。Gi结点标识号。Ci位移分量号1整数6，可填由1至6组成的多至6个独一的整数，其间不允许堪入空格。Di由Gi 和Ci指定的自在度强迫位移值实数，缺省值为0.0。 SID是SPC集识别号，由情况控制指令集中SPC=SID 指令来选取 一个SPC

22、卡可定义两组G、C、D值 单点约束SPC1 SPC1模型数据卡用于定义零位移单点约束，格式 交换格式 名 称 内 容SID单点约束集标识号整数0。C分量号任何独一的由1至6的整数组合，不允许堪入空格。对于结点必需为整数；标量点那么为空白。Gi结点或标量点标识号整数0或为替代格式中的“THRU，要求G1G2。 SID是由情况控制指令集中SPC = SID 指令来选取， 任何数量的SPC1卡可用来定义一个约束集。AUTOSPC在MSC/NASTRAN中，利用在模型数据集中参与参数卡：PARAM，AUTOSPC，YES 可自动识别与消除刚度矩阵的奇特性消除未用自在度和非常弱的耦合自在度 边境条件例题

23、1一根梁，边境条件为一端固支、另一端铰支。具有5个结点，4个梁元对于结点1需约束全部6个自在度，三个挪动1，2，3和三个转动4，5，6。对于结点5，需约束三个挪动自在度1，2，3和两个转动自在度4， 6。用SPC卡，假定情况控制约束集中已选定SPC=100。强迫位移的值为零，取缺省值。SPC卡为 用自在域格式，那么为： SPC，100，1，123456， ，5，12346 边境条件例题2 一四边固支板，四个板元，9个结点。 边境结点1，2，3，4，6，7，8和9必需约束一切6个自在度1，2，3，4，5，6。假定在情况控制约束集已选定SPC=100。 采用SPC1卡，那么有 多点约束NASTRA

24、N中，多点约束MPC描画两个或多个自在度间的线性关系： 式中 uj为节点或标量点的任何自在度； Rj为用户定义的比例系数。多点约束用途：(1) 将两个结点间的相关运动定义为一个自在度；(2) 将几个运动平均值定义为一个自在度；(3) 在构造部件间提供铰链或滑动衔接；(4) 衔接不同种类的单元，将具有转动自在度的单元与仅有挪动自在度的单元相衔接壳元与体元的衔接就是一例；(5) 获得作用于构造或构造部件上的合力；(6) 将一个力分配到构造中几个点。当一个力是未知的时候，这是实践有用的，例如，要求紧缩流体的力； (7) 衔接具有不一致结点的单元，例如，在构造内部改动网格尺寸便会出现这种情况； (8)

25、 交换具有刚性衔接的极刚硬构造元件。这只当需改善刚度矩阵的数值形状时才用，且是不引荐的，最好采用刚性元来处置； (9)定义结点的运动分量，该分量方向不是与结点的部分坐标系轴向一致多点约束用MPC卡描画，其格式如下 域 内 容SID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。Ci自在度分量号。Ai比例系数。第10章线性静力分析 根本有限元方程 静力分析的根本有限元方程为：Ku=P 式中 K为构造的弹性刚度矩阵； u为结点广义位移向量； P为结点载荷向量。 刚度矩阵按结点自在度装配而成的，对应位移集称之为g-集； 该矩阵往往是能够奇特的，不能直接被分解的。普通需进展如下运算： 多

26、点约束减缩MPC，消去线性相关自在度可选的； 单点约束减缩SPC，消去刚体运动自在度； 静力减缩OMIT，减小求解问题的规模可选 自在体支持SUPORT，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： 运 算模 型 数 据 卡多点约束MPC，MPCADD，RROD，RBAR，RTRPLT，RBE1，RBE2，RBE3，RSPLINE单点约束SPC，SPC1，SPCADD，GRID，GRDSET，PARAM，AUTOSPC，YES静力减缩OMIT，OMIT1，ASET，ASET1自在体支持SUPORT解题过程 确定物理模型简单物理模型：接受集中载荷作用简支梁。 资料特性：弹性模量 E=

27、30E6 泊桑比 v=0.3载荷： 接受集中力F，见图边境条件：两端简支。 求解：确定在载荷F作用点处梁的挠度和应力，不思索横向剪切的影响。 建立有限元模型的输入数据文件按MSC/NASTRAN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，构成输入文件的执行控制语句集 ID MPM，CH 12 EXAMPLESOL 101TIME 100CEND第2步 离散物理模型以构成有限元模型对接受集中力梁弯曲问题。因杆单元CROD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。 最后构成具有四个结点、三个CBAR单元、在结点3处作用集中力F的两端铰支梁模型 第

28、3步 构成模型数据集建立有限元模型的“几何、“单元、“资料、“载荷与“约束五类数据几何数据 GRID卡如下： 假设采用自在域格式,那么为:GRID , 1 , 0. , 0. , 0.GRID , 2 ,10. , 0. , 0.GRID , 3 , 20. , 0. , 0. GRID , 4 , 30. , 0. , 0. 单元数据 CBAR单元卡中第6、7、8项为梁端点GA处的定位向量分量X1，X2，X3； 该向量确定梁元坐标系和主平面1的位置，据此计算梁剖面性质。虽然的选择有点恣意，但其方向必需与梁剖面的惯性主平面相一致。 定义平面1和Y-单元轴单元性质卡标识号为101，三个梁单元的CBAR卡数据CBAR单元的性质PBAR卡：a) PBAR卡第5项和第6项。,两者不能颠倒。 应力恢复系数Ci、Di、Ei和Fi的选取，由用户在梁剖面Y-Z平面上任选的四点部分坐标值。 思索横向剪切影响，需剪力面积系数K1和K2填入适当的值，对矩形剖面，K1=K2=5/6。假设不填，其缺省值为无穷大，意味着剪切对挠度无影响。 对于无剪切影响，