patrannastran教程513g msc培训动力分析1章

第一章动力分析概述动力分析过程

其中，m为质量（惯性），

b为阻尼（能量耗散），

k为刚度（恢复力）

n为非线性恢复力

p为作用力

u为位移为加速度为速度 通常，作用力p、位移u、速度、加速度为时间函数，m、b、k为常数，非线性恢复力n为的函数。单自由度系统

动力学方程

单位长度L(inch,m)，质量M（slug,kg），时间T（second）基本单位

基本与推导单位

常用变量工程单位

注意

用一致的单位制常见错误是质量与阻尼单位

Nastran不检验单位，用户应该小心单自由度系统无阻尼自由振动

动力学方程

解：初始条件

其中，解的最后形式：单自由度系统阻尼自由振动

动力学方程

临界阻尼

临界阻尼比解：欠阻尼情况其中，为阻尼固有频率

临界阻尼情况（无振荡发生）

过阻尼情况无振荡发生，系统逐渐回到平衡位置（至少不会扩散）

通常分析欠阻尼情况，结构的粘性阻尼一般在0~10%范围内

单自由度系统无阻尼简谐振动

动力学方程其中，为激励力频率

解的形式

稳态解部分MSC/NASTRAN开发历史l

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/NASTRAN1973年，MSC定为NASTRAN(NASA)维护商

1989年,发布经重大改进的

MSC/NASTRAN661991年，将CAD技术引入MSC/NASTRANV67.5及相应产品NastranforWindow1994年，MSC公司发布了经重大改进的MSC/NASRANV68版l

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.FATIGUE、MSC.ADVANCEDFEA等标志着CAE领域新阶段的开始

1995年,MSC/NASTRANV68.2版

1996年,MSC/NATRANV69版

1997年,MSC/NASTRANV70版

2001年,MSC/NASTRAN2001版MSC/NASTRAN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

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

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

MSC/NASTRAN的前后处理

1、MSC公司直接提供的有MSC/PATRAN和MSC/ARIES2、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，并进行后置处理。MSC/NASTRAN的文档资料

1、MSC/NASTRAN使用入门

（

GettingStartedWithMSC/NASTRANUser’sGuide）

2、用户指南

3、MSC/NASTRAN快速参考手册

(MSC/NASTRANQuickReferenceGuide)

4、MSC/NASTRAN参考手册

(MSC/NASTRANReferemceManual)第二章

有限元分析引言

有限元法在工程分析中的作用

工程分析经典法数值法精确解法近似解法能量法边界元法有限差分法有限元法有限元法的过程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

结构离散形成单元刚度矩阵装配总体刚度矩阵施加约束边界条件施加载荷求解方程计算位移、应力等F=10000磅L=10英寸YINL=10英寸面积A=1.5英寸2弹性模量E=10×106磅/英寸2面积A=2.0英寸2弹性模量E=10×106磅/英寸2例子：1、建立结构有限元模型

L=10英寸A=1.5英寸2L=10英寸A=2.0英寸2结点3#结点1#结点2#单元②单元①2、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,θ,z)与球面坐标系(r,θ,φ)

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）CELAS1～4■

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：CTRIA3

六结点三角形板元：CTRIA6

四结点四边形板元：CQUAD4

八结点四边形板元：CQUAD8

四结点剪力板元：CSHEAR■

六面体元（性质象块料或厚板材）

六面体元

CHEXA五面体元CPENTA四面体元CTETRA■

约束元（无限刚硬，称为刚性元）

l

刚性杆：RRODl

刚性梁：RBARl

刚性三角板：RTRPLTl

刚性体：RBE1，RBE2l

均方加权约束元：RBE3l

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（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：Nastranmodel1.dat4、输入文件包括五个部分，三个限定符NASTRAN语句文件管理语句执行控制语句CEND情况控制指令BEGINBULK模型数据集ENDDATA可选可选必须必须限定符必须限定符必须的限定符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，而在模型数据段前模型数据段（必须）（1）

在情况控制段之后，以限定符“BEGINBULK”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ROD.DBALL包含数据库运行的永久性数据ROD.F04包含数据库文件信息和模块执行摘要ROD.F06包含MSC/NASTRAN的分析结果ROD.LOG包含系统信息和系统错误信息ROD.MASTE数据库运行总辞典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/NASTRAN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量英制SI输入量：

结点坐标英寸米

弹性模量磅/英寸2牛顿/米2

作用力矩英寸磅牛顿米

作用力磅牛顿

质量磅秒2/英寸千克

时间秒秒输出量：

位移英寸米

应力磅/英寸2牛顿/米2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)整数

不能包含小数点实数

必须包含小数点字符以字母开头，其长度最多为8个字母实数可用多种形式输入，如，“7”可采用如下形