NASTRAN结构有限元分析实例

ExampleShowstepbysteptheproceduresofusingthePatrantodothestressanalysis7/25/20241双向受拉开孔板应力及变形分析计算参数：7/25/20242问题分析由于结构与受力的对称性，故取如图所示1/4板为研究对象，其中左侧约束其X向位移，底侧约束其Y向位移。平面问题，采用壳单元来模拟7/25/20243前处理后处理变形图应力图报告，曲线商用有限元软件分析的一般过程7/25/20244

Pre-processing(前处理)7/25/20245Tostart,doubleclick7/25/20246步骤1：创建库函数（DB函数）输入文件名双击此图标操作顺序：红黄蓝黑7/25/20247步骤2：输入或建立几何模型使用MSC.Patran可输入或建立几何模型从以下CAD系统输入几何模型：CATIAPro/EUgCADDS5EUCLID3用以下通用格式输入几何模型：STEPParasolid

xmtIGES用MSC.Patran建立几何模型7/25/20248步骤2：输入或建立几何模型—

由CATIA直接导入路径为模型文件所在位置单击此图标7/25/20249步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模创建无孔平面输入四个顶点坐标7/25/202410步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）对平面开孔输入孔的半径确定圆心位置选择平面7/25/202411步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）创建此直线输入起点终点坐标对平面分割7/25/202412步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）创建此直线输入起点终点坐标对平面分割7/25/202413步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）选择此平面选择此直线用新建的两条直线对平面进行分割7/25/202414步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）删除原始平面7/25/202415步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）选择右侧平面选择此直线用新建的两条直线对平面进行分割7/25/202416步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）删除原始平面7/25/202417步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）删除多余线与平面只保留1/4平面输入要删除的线与面或者在图上选择7/25/202418步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）7/25/202419步骤3：划分有限元网格-布置seed由于孔边存在应力集中现象，故孔边单元需要加密，通过布置种子来实现设置种子个数选择此边7/25/202420步骤3：划分有限元网格-划分单元采用四边形等参单元单元平均尺寸为3选择此平面7/25/202421步骤3：划分有限元网格（续）7/25/202422步骤4：施加边界条件<0,,0>表示X，Z方向平动被固定，Y方向平动位移任意7/25/202423步骤4：施加边界条件（续）选择左边界7/25/202424步骤4：施加边界条件（续）<,0,0>表示Y，Z方向平动被固定，X方向平动位移任意7/25/202425步骤4：施加边界条件（续）选择下边界7/25/202426步骤4：施加边界条件（续）左边界显示约束为13456，除了第二自由度（Y方向）都施加了约束，以消除刚体位移，下边界同理7/25/202427步骤5：施加载荷条件7/25/202428Note<f1,f2,f3>=<0,-10,0>arethreecomponentsoftheforcevectorinlocalcoordinatesystem.1234

Forexample,thelocalxaxisofside2-3isalongdirection2-3andthelocalxaxisofside1-4isalongthedirection4-1.sincezaxisisalreadydefined,thusyouknowthelocalyaxis.7/25/202429步骤5：施加载荷条件（续）选择右边界7/25/202430步骤5：施加载荷条件（续）若将载荷加在几何上，软件会自动将其换算到节点上7/25/202431步骤6：创建材料性能注意单位的封闭性mm,MPa,N是一组封闭的单位7/25/202432步骤7：创建单元性能7/25/202433步骤7：创建单元性能(续)选择此平面7/25/202434

Runningthejob(Takeafewseconds,minutesorhours,dependingonthejobsize,typeofthejobandthecomputeryouusedtorunthejob)(求解)7/25/202435步骤8：提交分析将模型提交MSC.Nastran

进行线性静力分析7/25/202436

Post-processing(后处理)7/25/202437步骤9：结果导入automatically7/25/202438步骤10：结果显示-变形图

7/25/202439步骤10：结果显示-X方向应力云图

7/25/202440步骤10：结果显示-Y方向应力云图

7/25/202441步骤10：结果显示-最大主应力云图

7/25/202442步骤10：结果显示-最大主应力云图2D

7/25/202443步骤10：结果显示-最小主应力云图

7/25/202444步骤10：结果显示-最小主应力云图2D

7/25/202445Note:thedifferencebetweenMaxPrincipal2D---MaxPrincipalMinPrincipal2D----MinPrincipalForexample,inplanestress,oneprincipalstressiszero.InMaxPrincipal2D,thisstressisnotconsidered.Thusthefringeplotsaredifferentsincethestressstateisdifferentatdifferentpoint.Intheexamplegiven,theplotsare2Dprincipalstresses.7/25/202446Theresultsofstressesarenotveryaccurate.Themeshcanbeimprovedfurther.7/25/202447如何增加椭圆孔7/25/202448如何增加椭圆孔创建无孔平面输入四个顶点坐标7/25/202449如何增加椭圆孔(续）输入半径输入圆心创建圆曲线7/25/202450如何增加椭圆孔(续)拉伸原点将圆变换为椭圆拉伸向量删除原曲线操作对象为圆曲线7/25/202451如何增加椭圆孔(续)删除原始曲线7/25/202452如何增加椭圆孔(续）选择平面选择椭圆分割平面7/25/202453删除原始平面如何增加椭圆孔(续）7/25/202454如何增加椭圆孔(续）删除椭圆面7/25/202455如何增加椭圆孔(续）7/25/202456非均布分布载荷的施加（field)首先建立一空间场建立载荷边界条件仍取1/4模型分析7/25/202457PCL函数设Field的建立场的名称向量场实际坐标系注意自变量写法7/25/202458Field的显示设定自变量取值范围选择要显示的分量7/25/202459Field的显示（续）7/25/202460施加载荷条件单击场即可选择右边界选择右边界即可7/25/202461施加载荷条件（续）7/25/202462桁架分析（Example4.5)xy为简化计算，设参数如下：则1点的位移理论解为：7/25/202463几何建模-创建如图所示五个点点1点2点3点4点57/25/202464几何建模-创建如图所示五个点7/25/202465几何建模-创建四条直线直线1直线2直线3直线47/25/202466几何建模-创建四条直线7/25/202467网格划分-布置种子（seed）每根杆布置一个种子选择这四条直线7/25/202468网格划分-划分单元选择这四条直线7/25/202469网格划分-消除重复接点左下角信息提示栏中显示有3个节点被删除7/25/202470施加边界条件7/25/202471施加边界条件（续）7/25/202472施加边界条件-1点位移边界的建立建立局部坐标系首先建立两个点（X轴上一点，Y轴上一点）点6点77/25/202473施加边界条件-1点位移边界的建立建立局部坐标系选择局部坐标系的原点，X轴上点以及Y轴上点7/25/202474施加边界条件-1点位移边界的建立选择刚建立的局部坐标系固定其X向位移，Y向自由选择点17/25/202475施加边界条件7/25/202476施加载荷条件选择点17/25/202477施加载荷条件7/25/202478显示节点的分析坐标系因为节点1在定义边界条件时的分析坐标系为局部坐标系，而节点1所显示的分析坐标系为整体坐标系，故需要修改7/25/202479修改节点的分析坐标系7/25/202480创建材料性能注意单位的封闭性mm,MPa,N是一组封闭的单位7/25/202481创建单元性能7/25/202482创建单元性能7/25/202483提交分析将模型提交MSC.Nastran

进行线性静力分析7/25/202484结果导入automatically7/25/202485结果显示7/25/202486结果显示7/25/202487因为点1的分析坐标系为局部坐标系，故其结果也是显示在局部坐标系中（default),也就是说Patran默认将结果显示在各自的分析坐标系中结果分析7/25/202488结果显示-修改显示坐标系7/25/202489结果显示与理论结果一致7/25/202490结果显示与理论结果一致7/25/202491结果显示与理论结果一致7/25/202492Patran

的结果文件为*.f06Patran

的有限元数据文件为*.bdfNotePatran

最常见的错误为约束不足，即存在刚体位移查看f06文件，提示信息如下原因1：位移边界设置错误，如角位移未限制原因2：未消除重复节点7/25/202493网格划分的基本知识（1）

几何清理是得到高质量网格的关键，通常也是有限元分析(FEA)中花费时间最多的工作。而网格质量往往对结果