NX-Nastran-超单元用户指南

Nastran超单元详细用户指南

目录

第1章介绍和基础

■为什么使用超单元？

*减少费用

*快速获得结果

*降低风险

*解决大问题的能力

*分开输入和输出

*安全

■超单元分析基础

■分区求解

■用小例子说明静力分析中的超单元用法

*超单元分析

*超单元1

*超单元2

*残余结构

第2章如何定义超单元

■使用分区模型数据定义超单元(PARTS)

*定义PARTS

*使用PARTS的模型数据段

*使用PARTS时的输入文件格式

*将PARTS自动连接到模型的其它组件

*连接点上的约束

*手工定义一个PART的外部点

*移动和/或转动PARTs

■在主模型数据段定义超单元

*超单元定义

*内部点和外部点

*模型数据分区

*模型数据分区的例子

*超单元MAP-SEMAP

第3章单级超单元分析

■介绍

■单级超单元的简单输入

*采用主模型数据超单元的单级分析

*单级分析的例子

*快速回顾

*存在PARTs时的单级分析

第4章静力分析中的载荷、约束和情况控制

■介绍

■静力分析中的载荷

*主模型数据中载荷数据的例子

*超单元中的热载荷

■边界条件

*超单元中的单点约束

*多点约束(MPCs)和R-类单元

■超单元中的情况控制

*SUPER命令-情况控制分区

*常规的情况控制

*压缩的情况控制

*超单元情况控制

*一种载荷条件-扩充的情况控制

*情况控制节的参数

第5章使用超单元的惯性释放分析

■介绍

■惯性释放的概念

■使用超单元时的惯性释放的界面

■使用超单元的惯性释放的例子

*由inrel2.f06选择输出

第6章多个载荷的静力分析

■介绍

■如何对情况控制进行内部分区和使用

■多个载荷情况的例子

第7章多级超单元分析

■多级分析的概念

■单级与多级分析比较

*单级分析

■多级超单元的用户界面

*当模型只使用主模型数据时的多级处理

*处理树的自动创建

*对于只使用主模型数据的模型手工定义处理树

*当模型使用PARTS时的多级处理

■例：多级问题手工求解

■多级超单元的例子

*输入文件multil.dat-只用主模型数据的多级超单元

*输入文件seset.mult

*输入文件multi2.dat-使用PARTs的多级超单元

第8章超单元静力分析的输出

■对PARTs的分类模型结果

■对于PARTs的边界点搜索输出

■超单元定义表

第9章动力分析中的超单元

■动力减缩过程的说明

■用于超单元的减缩方法

*静力凝聚(Guyan减缩)

*动力减缩

*固定边界动力减缩

*对超单元2的数据恢复演示

*对超单元1重复同一过程

*自由-自由动力减缩

*混合边界动力减缩

*在C-和/或R-集中有外部自由度时的CMS

第10章动力减缩的输入和输出

■动力减缩的情况控制

*对于动力减缩的情况控制

■单级动力减缩

*用于主模型数据超单元的单级动力减缩模型数据

*主模型数据超单元的单级动力减缩的例子

*文件canlbeam.dat-本例的输入模型

*文件seg10_a.dat-超单元的静力减缩

*文件seglO_bl.dat-超单元的固定边界CMS

*文件seglO-cl-超单元的自由-自由CMS

*文件seglO_dl.dat-混合边界CMS

*对于使用PARTS的单级动力减缩的模型数据项

*对于使用PARTs的单级动力减缩的例子

*文件cantpl.dat-对于PART1的模型数据

*文件cantp2.dat-对•于PART2的模型数据

*文件seg10p_a.dat-使用PARTs的静力减缩

*文件seglOp_bl.dat-使用PARTs的固定边界

*文件seglOp_cl.dat-使用PARTs的自由-自由CMS

*文件seglOp_dl.dat-使用PARTs的混合边界CMS

■多级动力减缩

*对于多级动力减缩的模型数据项

*对于没有PARTs的模型的多级动力减缩

*存在PART超单元时的多级动力减缩的模型数据项

*使用PARTs的多级CMS的例子

第11章超单元上的动力载荷

■如何定义超单元上的动力载荷

*用LOADSET-LSEQ定义超单元上的动力载荷

*超单元动力载荷的演示例

附录A

参考资料■参考资料

索引・NXNastran超单元用户指南

第一章介绍和基础

■为什么使用超单元?

■超单元分析基础

■分区求解

■静力分析中使用超单元的小例子

■示例问题

在有限元分析中，对计算机资源的要求总是超过它的现存能力。在计算机发

展早期，工程师用手工求解3X3的问题，计算机可以处理11X11的问题。当

工程师发现计算机的这一能力时，工程问题的大小马上增加到超过这一能力。这

一过程随着时间而不断重复。现在计算机已经能够求解具有百万未知数的百万个

方程，但仍不能满足许多工程的需要。

硬件资源的这一限制，以及经费的限制（大的计算可能是费时又昂贵的），

制约了工程师求解大的、复杂问题的要求。解决硬件和经费问题的一个有效办法

是使用NXNastran中的超单元。

通过使用超单元，不仅可以分析大模型（包括超过你的硬件能力的模型），

而且可以是分析更有效率，允许在分析中进行多次设计循环和迭代。

用于超单元分析的原理通常称为子结构。即：模型被分为一系列部件（超单

元），分别单独处理各超单元以得到•组减缩矩阵，代表从结构的其余部分看到

的超单元的行为。将各超单元的这些减缩矩阵组合到•起形成一个装配（或残余

结构）解。然后用装配解的结果对各超单元进行数据恢复（计算位移、应力等）。

在静力分析中，用于超单元分析的理论是精确的。在动力分析中，刚度矩阵

的减缩是精确的，而质量矩阵和阻尼矩阵的减缩是近似的。这一近似可以用一种

被称为部件模态综合的方法来改善,它在第9章“超单元动力分析”中介绍。

本用户指南的目的是作为一本教程。即，重点是如何使用超单元，而不是超

单元的理论。对于想要了解超单元操作过程的用户提供了足够的理论知识。包含

了手工求解的例子以帮助用户了解使用超单元时的操作过程。为了清楚，在合适

的地方页提供了示例的NXNastran输入文件和输出选择。

本用户指南的安排对一个有经验的有限元分析者可以从头开始并只阅读与

有关分析有关的信息。首先提供超单元的全面信息，然后是静力分析的信息，再

是动力学和其它特性。推荐用户从头开始阅读这本指南，因为在静力部分提供的

信息在后续部分将会用到（类似与工程本身）；但是，工程师也可以只阅读需要

的部分，而不管不需要的信息。

1.1为什么使用超单元？

效率是使用超单元的主要理由。一个有限元模型很少只分析一次。通常，模

型要一次次的修改和分析。不使用超单元，每次分析都要求解整个模型，导致在

短时间内耗费大量的经费。以下是超单元的优点的列表：

减小费用

代替每次求解整个模型，超单元的优点随着处理次数的增加而提高。在重启

动时，由于只需要处理受到修改影响的部分结构，这一优点变得明显。这意味着，

如果用户事先想到了定义超单元可能使执行效率比不使用超单元时快2到30

倍（甚至更多）。采用分区数据库可以控制硬盘的使用并减少单个运行所需的计

算机资源，而不会牺牲结果的精度。

加快计算速度

因为处理单个超单元对计算机资源的需求比不使用超单元的整个模型要

少，因此可以使用快速序列提交各超单元的处理（或者甚至在不同的计算机上处

理），而不是通宵等待整个问题的一次性求解。

减小风险

处理一个不使用超单元的模型，是一种要么全有要么全无的做法。如果出现

错误，必须在改正错误后重新处理整个模型。在使用超单元时，每个超单元只需

处理一次，除非需要修改超单元以重新处理。如果在处理中发生错误，只有受影

响的超单元和残余结构（最后处理的超单元）需要重新处理。无错误的超单元不

需要重新处理，除非对该超单元进行修改。

求解大问题的能力

所有的计算机硬件都是有限的。NXNastran的设计使问题的尺寸不受程序

的限制。这就意味着用户所遇到的限制仅源于可用的硬盘空间或内存。但模型的

尺寸变得过大，不使用超单元就无法处理时.，用户可以对增加的处理使用分区数

据库，并将数据恢复时才需要的数据库信息拷贝到磁带上。这一处理可以释放文

件空间，减小硬盘的使用和储存费用。例如，用户要求解一个包含20万自由度

（D0F）的问题，而计算机的硬盘空间是有限的（如不使用超单元，只能处理1.5

万自由度），则需要将大模型划分为超单元。

分区输入和输出

由于超单元可以分别处理，可以对结构的零件分组建立分析模型，并进行检

查和装配分析，而不需其它组的信息。一个极好的例子是空间站，它的结构由许

多承包商分担。每一个承包商对其自己的部件建模，然后将整个或减缩的模型发

送给系统集成者，系统集成者对这些模型进行装配以代表多种可能的配置，对每

一种配置进行分析，将结果返回给各个承包商供它们使用。在超单元分析的分区

输出方式顾及了分段数据恢复，即可以只对结构种需要的部分进行数据恢复。同

样，在将结构划分为多个组的情况，用户可以利用分区输出方式选择每个组中需

要恢复的数据。

安全性

许多公司进行私人或保密的项目。包括为了竞争而开发的新设计，到高度机

密的国防项目。即使在安全程序下工作，有时也需要发送模型给合作者，以便他

们进行部件的耦合分析。使用外部超单元允许用户发送减缩后的边界矩阵，其中

不包含实际部件的几何信息，只有从边界上看到的质量、刚度、阻尼和载荷。在

收到一组可以由NXNastran读出的任意格式的减缩矩阵后，工程师可以用这些

矩阵定义一个外部超单元，并将外来结构附加到自己的模型上。

1.2超单元分析基础

超单元可以看作一种子结构。即，一个模型可以由用户划分为超单元，NX

Nastran将独立于其它超单元，分别处理每个超单元。

每个超单元的处理都形成一组减缩矩阵（质量、阻尼、刚度和载荷），代表

从相连的邻近结构所看到的超单元的特性。当所有超单元都被处理之后，这些减

缩矩阵被装配到所谓残余结构中，并对其进行求解。然后使用与超单元的初始减

缩类似的转换过程，对每个超单元扩展（它在残余结构上的）附着点的数据，进

行数据恢复

超单元可以由物理数据组成（单元和节点），以也可以定义为其它超单元的

映象或外部超单元（一组外来矩阵，附加到模型上）。

下图举例说明了超单元的类型。在图1T中，显示了一个齿轮的一部分。

一个齿的物理模型可以作为一个超单元。这一类超单元可以称为原始超单元一

该超单元的实际儿何在模型数据（bulkdata）中定义。

图bl中，齿轮的另一个齿是第一个（原始）齿的映象。对于NX

Nastran,映象超单元是用其它超单元的几何来描述。这种映象超单元可以节省

处理时间，因为它们可以使用原始超单元的刚度、质量和阻尼矩阵，从而减少了

所需的计算量。对映象超单元可以进行完全的数据恢复。映象超单元可以与原始

超单元相同的（如图1T所示）或原始超单元的镜像（如图12所示）。在图

1-2中，板的右侧是原始超单元的镜像拷贝。需要注意：映象可以有自己的独立

载荷。只有刚度、质量和阻尼与原始超单元相同。

图原始超单元和几个映象超单元

原始的镜像的

图1-2原始超单元和镜像超单元

另一类超单元是外部超单元模型的一个零件由一组源于外部的矩阵所代表

（该矩阵也可以来自另一个NXNastran分析的结果）。对这些矩阵，没有任何内

部的几何信息可用，只有这些矩阵所附着的节点是已知的。图1-3显示了一个

外部超单元的例子。图中，左边是有限元模型，右边虚线表示外部超单元。

图1-3外部超单元

在静力分析中，用于超单元处理的理论是精确的。在动力分析中，对质量、

阻尼和载荷矩阵的减缩是近似的。在第9章“动力分析超单元介绍”中对这

些近似作了解释，并说明了改善近似性的方法（特别是部件模态综合方法）。

1.3分区求解

当NXNastran处理模型数据时，输入数据被按超单元分割为单独的数据

组，取决于用户指令。用于完成这一分割的输入在第2章“如何定义超单元”

中讨论。

一旦模型数据被分割为单独的组，每个超单元将独立处理。每个超单元的自

由度（DOFs）将按常规分析中相同的方式划分为不同的集。即，组合超单元的所

有自由度组，创建一个G集。然后，用MPC和R类单元定义M集和N集，

等。（见NXNastran用户指南关于集的完整说明）。在集的定义中惟一的变化

是外部自由度的定义。对每个超单元，外部自由度定义为A集。

外部自由度是对为未来分析保留的自由度的最好描述或者可以吧它们想象

为附着自由度，超单元通过它们连接到其余结构上。对每个超单元装配结构矩

阵，然后对结构矩阵进行减缩处理，只保留与A集或附着自由度有关的项。这

些减缩矩阵用来表示超单元附着到其余模型时的特性。

除去外部自由度，超单元中其余的自由度称为内部自由度（省略集或0

集）。这些自由度在减缩处理时被浓缩掉。使用静力或动力减缩，这些内部自由

度的刚度、质量、阻尼和载荷转换到外部自由度上。每个超单元都是独立处理的。

静力凝聚是对减缩过程的最好说明。这一处理将从对MPCs、R-类单元和

SPCs进行处理后的矩阵开始。此时所保留的自由度集为F集（无约束的自由

度），它包含0集和A集作为其子集。虽然内部自由度也包括M集和S集,

在本指南中内部自由度通常指0集。

对F集的静力方程是：

KffUf=Pr（1-1）

这一方程可以写成：

jF—J卜J一f=（1-2）

U«「a

其中任意项上面的短横（例如和Pa）表示读子矩阵代表减缩操作前与

该项相关的矩阵。展开方程（1-2）的上部，得到，

[Koo]{U。}+Ra]{1}={Po}（1-3）

在方程两侧同乘区。。]二得到：

1-1

{U。}=-[Koo]-[Koa]{UJ+[Koo]{Po}（1-4）

在此，需要定义几个术语：

作者注：‘「集是集的一个子集。'『集包含任何‘物理’的外部自

由度。在静力分析中，'『集通常指飞'集。在这」部分（关于静力分析）二

者通常可以交换使用。

外部和内部运动^间的静力动界转换矩阵称为G…定义为：

-1

[Got]=-[K«][KcJ（1-5）

物理上，这一矩阵代表边界运动问题的解。即，这一矩阵的每一列表示当一

个外部自由度运动一个单位，而其它外部自由度为约束状态时，内部自由度的运

动。

因此，对应每个外部（边界）自由度（超单元的A集），转换矩阵中有一

列，而其函数等于内部自由度的个数（超单元的0集）。

同样，超单元的固定边界位移。为：

1

{U：}=-[Koof{Po}（1-6）

这一矩阵表示在外部自由度为固定的情况下，由超单元自身的边界条件和载

荷所产生的超单元静态位移解。

基于这些定义，内部点的位移可以写成:

{u。}={U：}+[Got]{Ut}(1-7)

其中{ut}是外部(边界)点的位移解。将这一方程代入(1-2)的下部，

得到：__

[K；]([Got]{Ut}+{U：})+[Ku]{UtJ={Pt}(1-8)

由这一表达式得到超单元的减缩刚度和载荷矩阵。减缩刚度矩阵[Ku]为：

T

KJ=[Kot][Got]+[Klt](1-9)

减缩载荷矩阵{PJ为：

{Pt}=[Got!{Po}+{Pt}(1-10)

按这一方式处理各超单元，将相关矩阵减缩到外部自由度上。当所有超单元

都处理完毕，将减缩矩阵装配为系统矩阵以进行残余结构的处理。残余结构由模

型中所有未分配给其它超单元的部件，加上各超单元的减缩矩阵装配到•起所组

成。

对残余结构的系统或装配矩阵进行求解。在得到装配解后，可以求出各超单

元的边界解。用边界解计算各超单元的内部位移，然后可以对各超单元(包括残

余结构)进行标准的数据恢复。可以用于标准(无超单元)分析的所有输出都可

以用于超单元分析。不同只是按超单元分区输出。

1.4在静力分析中使用超单元的小例子

下面的小问题用来演示然后使用超单元进行静力分析。首先用常规分析求解

该问题，然后使用超单元。

.V=自由度

图1Y示例模型

对这一例子，仅考虑各点的轴向运动，则此问题简化为只有5个自由度。

常规分析

对此问题进行常规分析的过程是：构造结构矩阵、施加约束、求解简化的问

题。其5X5的刚度矩阵为：

K

*12|~ni0100

1-T

­+%]~K23I00

1

———-

一rI

01K23+K340(1-11)

11

11!K”+“

0101~K45

_____1.11

K

010\0!~45

此矩阵中的每一行（或列）代表与模型中一个自由度相关的项。这些项是升

序排列的；即第一列代表自由度1,最后一列代表自由度5o将弹簧刚度用其数

值替换，得到:

1-1000

-12-100

KGG=0-12-10(1-12)

00-12-1

_000-11

现在对此问题施加约束。在有限元分析中，通过从矩阵中删除相关的行和列

来施加约束。因此，在施加约束后得到约束结构的静力方程为:

或以数值代入:

'、

-1

%2—10-1

%=-12-12(1-14)

%0—123

-一

1)求解

此方程，结果为:

2.5

4.0(1-15)

3.5

超单元分析

现在用超单元推导和求解同一问题，如图「6所示。由于定义超单元的方

法尚未讨论，下面些内容可能不清楚。不过，只要读下去，更多信息就会变得

清楚。

首先，在图1-15中给出了一个如何进行超单元分析的流程图:

DOLABELB

I=1.NSE

阶段III

数据诙复

LABELS

图1-5超单元处理的流程图

这三个阶段（I,II和HI）用于所有超单元，在本书后面会提到。

如图6所示，模型的定义为：

*超单元1（SEID=1）

阶段1和2是内部点。（这些节点在第一阶段处理超单元1时将被浓缩

掉）。

单元K12和K23是超单元1的内部单元或属于超单元lo

节点1的约束在超单元1中。

节点3是超单元1的外部点。在阶段I对超单元1的减缩全部完成后，

所保留的是将超单元1附着在节点3上的矩阵。

*超单元2（SEID=2）

节点4和5是超单元2的内部点。

节点3是超单元2的外部点。

节点4上的载荷在超单元2内部。

单元K34和K45是超单元2的内部单元或属于超单元2o

节点5的约束在超单元2中。

*残余结构（R.S.或SEID=0）

节点3在残余结构的内部。

没有单元属于残余结构。

节点3上的载荷在残余结构的内部。

对超单元1和2单独处理，然后将减缩矩阵装配到残余结构上。

超单元1

在模型划分为超单元后，超单元1的数据包含如下信息:

图IT超单元1

根据这一模型，对于超单元1,禽是外部自由度，属于A集。因此，需要

对超单元1生成矩阵、施加约束，然后将矩阵减缩到外部自由度上。这一超单

元的G集由节点1,2,3组成。以下为G集对应的矩阵：

(1-16)

(1-17)

上标1表示该矩阵属于超单元lo注意没有包括节点3上的力。因为这个

力施加在外部点上，不包含在超单元中。这一事实通过在载荷矩阵中相应项上的

横线来表示，它也表示只有在与超单元1关联的节点3上有载荷。

看一下模型，可以看到节点1是约束的。因为该节点是超单元1的内部

点，约束作为对超单元1的处理的一部分而施加。所形成的（减缩）刚度矩阵

为：

Ik12+心；-《23）心；

叫d1---I=|■一工一（1-18）

现在，这一矩阵已划分为内部（0集）和外部（A集）自由度，下面进行常

规静态减缩将矩阵减缩到外部自由度上。首先计算边界转换矩阵:

这一转换表示：如果节点3移动一个单位。则节点2将移动0.5个单位,

这是在节点1约束的情况下预期的结构。

现在用该转换矩阵将刚度矩阵减缩到边界上：

(1-20)

这一结果的含义是：超单元1包含两个串联弹簧，在节点3处看到的刚度

是0.50

现在将所施加的外载荷减缩到边界上在将约束施加到载荷矩阵上后得到

(1-21)

其减缩到边界上，有:

(1-22)

同样的，这是我们预期的结果。如果约束节点3,并在节点2施加单位力,

在节点3处的反力是0.5个单位。

超单元2

超单元2的施加包括如下信息：

图1-8超单元2

对于超单元2,U3是外部点，属于超单元2的A集。因此，需要生成超

单元2的矩阵，施加约束，并将矩阵减缩到外部自由度上。

注意：在节点3上的力也没有出现在超单元2上。同样，外部点上的力不包括

在超单元的矩阵中。施加约束，这一次是自由度50然后计算边界转换矩阵并用

于超单元2的计算，得到结果如下：

转换和减缩矩阵是有意义的。如果节点3移动1.0个单位，节点4将移

动0.5个单位。与以前一样，两个串联弹簧的组合刚度是0.5；而如果约束节

点3的话，节点4上1个单位的载荷在节点3上将产生1.5单位的反

力。

1.4在静力分析中使用超单元的小例子(续)

残余结构

其余的结构，或节点3,定义为残余结构。基于其余的单元和载荷生成残余

结构的矩阵，然后将各超单元的减缩矩阵添加到相应的自由度上。在完成残余结

构矩阵的组合装配后，施加其余的约束并求解残余结构。

图1-9显示了残余结构。用于装配残余结构的各部件显示在左边，装配结

构显示在右边。本模型的残余结构装配中没有单元，只有一个节点，在该节点上

的物理载荷，以及来自超单元的减缩矩阵。

对于本模型，由于所有的物理约束都施加在超单元--级，在残余结构部分不

再进行(对于约束条件的)减缩。如果一个物理模型的残余结构中存在约束，则

应该进行减缩处理以得到对应最终求解组的矩阵。因此，本模型的装配矩阵是节

点3处超单元矩阵相加的结果，或者：

0、

4

=心+舄+6】(.26)

K=Kl+K2=1,

其中，矩阵K.；和K;表示减缩的超单元刚度矩阵，K［表示残余结构本身

的单元所生成的刚度矩阵。本例中，我余结构没有单元，因而不存在K：。

类似的，载荷矩阵是施加在残余结构上的物理载荷加上减缩的超单元载荷。

最终在残余结构的内部节点一节点3上施加了2个单位的力：

(PE}={pa)={p：+p：+p；}(1-27)

120

P=P3+P3+P3(1-28)

至此刚度矩阵和载荷矢量均已生成并减缩下面将准备求解残余结构A集

的位移：

{%}["』一'=俨】(1-29)

U：=p/k=4(1-30)

现在得到了残余结构的位移解，可以开始进行数据恢复。数据恢复是对每一

个超单元分别进行的，允许分段或选择性的进行数据恢复。

超单元1

现已得到了外部节点(节点3)的解，准备对超单元1内部节点进行数据

恢复。首先计算固定边界条件的解，即在外部节点保持受约束，并施加载荷的条

件下，计算超单元1的运动：

然后计算边界运动情况(节点3位移u3=4)下超单元1的运动:

最后，将二者相加得到内部位移为：

[UJ={U：}+{U；}(1-31)

u2=0.5+2.0=2.5

这个结果与不使用超单元时节点2的结果是一致的。然后可以对超单元1

计算和输出单元结果、SPC力，以及其它的标准输出。

超单元2

同样，超单元2的边界解来自残余结构，数据恢复过程与超单元1类似，

因而不再详细叙述。所得结果与不使用超单元的结果一致。

简单的说，静力超单元的解是固定边界的解与由边界位移产生的解的叠加。

在静力分析中，使用超单元不会造成任何近似。

例题：

为了连贯性，本指南中始终使用如图1-12所示的模型作为例子来演示NX

Nastran的输入和输出。该模型可以看作一个金属压模（或双头的苍蝇拍），决

不与任何实际问题雷同。这样选择的原因如下：多数实际模型都很复杂，不适合

作为简单例题（输入太麻烦），而且对一个行业认为是合适的模型，未必适合其它

的行业。本模型很简单，无需多加说明。

本模型的数据见表1-1o该表的许多卡片大量使用了复制方法来生成。在后

续章节和例题中将使用INCLUDE卡来引用这个表。为此，此处的表仅包含必

要的信息以避免混乱。

本结构为钢制品，杨氏模量30,000,000psi,重量密度0.283lb/in,泊松比

0.3o节点1和2被约束。在静力分析时，本结构将承受三种载荷：

1.施加在单元18到67上的压力；

2.在节点93和104施加同向的2pounds的Z向点载荷；

3.在节点93和104施加反向的2pounds的Z向点载荷。

图1-12双头苍蝇拍

表1-1简单例题的模型数据

$

$**************************************************************

$BASICMODELDEFINITION-SAMEFORALLRUNS

$**************************************************************

$

$FILENAMEISMODEL.DAT

GRDSET,,,,,,,6

GRID」,,-.4,0.,0,123456

GRID,3,,-.4,0.9,0.

———*Q__

一,乙,一,一，・b，——

=1

GRID,2„.4,0.,0.„123456

GRID,4„.4,0.9,0.

一_，/，_一,_一，4r.QV，_一—

=1

GRID,9,,-3.6,3.6,0.

=*1,=,*.8==

=8

GRID,19„-3.6,4.4,0.

=*1,=,*.8==

=8

GRID,29„-3.6,5.2,0.

GRID,30,,28,5.2,0.

GRID,31,,2.8,5.2,0.

GRID,32,,3.6,5.2,0.

GRID,33,,52,6.,0.

=*1,=*.8==

=4

GRID,39,,1.26,0.

=,*1,=,*.8,==

=4

GRID,45„-5.2,6.8,0.

=*1-*O==

>11，〜，

=4

GRID,51,,1.2,6.8,0.

=*1=,*.8==

=4

GRID,57„-5.2,7.6,0.

=,*1,=,*.8==

=4

GRID,63,,1.2,7.6,0.

=*1,=*.8==

=4

GRID,69,,-528.4,0.

=,*1,=*.8,==

=4

GRID,75,,1.2,8.4,0.

=*1,=,*.8==

=4

GRID,81„-5.2,9.2,0.

=*1,=,*.8==

=4

GRID,87„1.2,9.2,0.

=*1,=,*.8,==

=4

GRID,93,,-5.2,10.,0.

——*Q==

=4

GRID,99,,1.2,10.,0.

=*1=,*.8,==

=4

$

$ELEMENTS

$

CQUAD4,1,1,1,2,4,3

=,*1=,*2,*2,*2,*2

=1

CQUAD4,4,1,7,8,14,13

CQUAD4,6,1,9,10,20,19

=2

CQUAD4,5,1,13,14,24,23

CQUAD4,10,1,14,15,25,24

=2

CQUAD4,14,1,19,20,30,29

CQUAD4,15,1,29,30,36,35

CQUAD4,16,1,27,28,32,31

CQUAD4.17,1,31,32,42,41

CQUAD4,18,1,33,34,46,45

=,*1

=3

CQUAD4,23,1,45,46,58,57

=*〔=*〔*〔

=3

CQUAD4,28,1,57,58,70,69

=,*1

=3

CQUAD4,33,1,69,70,82,81

_*[

=3

CQUAD4,38,1,81,82,94,93

=,*1

=3

CQUAD4,43,1,39,40,52,51

=*[=*〔*〔*]

=3

CQUAD4,48,1,51,52,64,63

=,*1

=3

CQUAD4,53,1,63,64,76,75

=*1

=3

CQUAD4,58,1,75,76,88,87

=3

CQUAD4,63,1,87,88,100,99

=

=3

MAT1,1,30.+6„.3,.283

PARAM,WTMASS..00259

PARAM,AUTOSPC,YES

PSHELL,1,1,.051,1

$

$*******************************************************************

$ENDOFBASICMODELDEFINITION

$*******************************************************************

第2章如何定义超单元

■使用零件模型数据定义一个超单元(PARTS)

■使用主模型数据定义一个超单元

上面解释了超单元的基本概念，现在学习在NXNastran中如何定义超单

元。超单元使用输入文件中的BulkData(模型数据)数据段来定义。有两种定

义超单元的方法主模型数据(mainbulkdata)超单元和零件(PARTs)数据超

单元。残余结构作为超单元0。

以下分别给出了两种方法的说明和示例。在NXNastran中，每个超单元

都有一个整数识别号，标记为SEIDo每个SEID都必须是唯的正整数(残余

结构为例外，作为超单元0)。

如果没有定义超单元，则认为模型中只有残余结构，将执行常规的求解(没

有超单元)。默认的，如果没有定义超单元，对所有的超单元解都将执行常规的

求解。

顾名思义，主模型数据超单元(mainbulkdatasuperelements)是在输入文

件的主模型数据段中定义的。在使用这一方法定义超单元时，输入数据被分割为

几个部分，每个部分是一个超单元。这一方法好比将糕点切割为几块，即将一个

完整的模型分割为若干超单元。

零件超单元(PARTsuperelements)定义的方法不同。每个超单元在自己

的分块模型数据段中定义。这些独立的数据段都是自身完整的，包括其所描述部

件的所有几何、单元、属性、约束和载荷数据。然后，一系列单独的部件装配成

最终的有限元模型。

两种方法可以单独或合并使用取决于用户的选择。在MSC.Nastran69版

之前，只有主模型数据超单元可以使用。MSC.Nastran69版及之前版本的输入

文件可以用于后续的版本，任何超单元的输入都和以前…样处理。

如果定义了零件超单元程序将使用不同的分组方法将主模型数据段分割为

超单元。同样的，如果用户在MSC.Nastran69及以前版本的输入文件中添加

了零件超单元的数据，则主模型超单元定义的数据将失效。

2.1使用零件(PARTS)模型数据定义超单元

零件是用单独的模型数据段定义的单个的部件。因此，每个零件可以看

作一个单独的部件模型。NXNastran自动确定不同零件中的一致节点并连接部

件模型以创建装配模型。

对每个零件，模型数据段可以分为单独的数据段。使用BEGINSUPER卡

进行分割。这一卡的形式如下：

BEGIN[BULK]SUPER=i

其中：i是要定义的超单元的编号。这一命令的常用格式如下：

BEGINSUPER=i

这也是本指南中所使用的格式。

在MSC.Nastran69及以前版本的输入文件中，模型数据段是单独的一

段，包含除了优化以外的全部模型数据。整个模型数据定义在BEGINBULK和

ENDDATA之间。每个节点都必须是唯一的，每个单元编号也必须是唯一的。在

MSC.Nastran69版的输入文件中，可以用BEGINSUPER命令将模型数据段

分割为单独的部件模型。这样，每个部件模型都是一个自身完整的模型，定义了

总模型中的一个零件。在每一个部件的数据段中，节点和单元的编号仍必须是唯

-的，但是，不同的零件可以使用相同的节点或单元编号，因为在数据文件中他

们是独立的数据段。

使用零件（PARTS）模型的数据段

当使用零件模型数据段时，整个模型被分为不同的数据段。包含在BEGIN

BULK和第一个BEGINSUPER或ENDDATA之间的数据段称为主模型数

据段。如果只有这一个数据段，这文件和MSC.Nastran69及以前的版本兼容。

在这一段中可以使用后面在“在主模型数据段中定义超单元”中说明的方法来

g义超单元（虽然是不必要的）。在这一段中定义的超单元称为主模型数据超单

元

定义零件时.，无需告诉NXNastran何处与其它超单元连接。程序本身会

自动确定那些节点是重合的，并（默认）自动连接任何重合的节点。本节后面将

讨论如何防止自动连接。

使用零件超单元时输入文件的格式

在使用零件超单元时，执行控制段合情况控制段不变，只有模型数据段不

同。一个输入文件的例子如下：

SOL101

CEND

TITLE=SampleInputFileDemonstratingPARTs

BEGINBULK

$

$MAINBULKDATASECTION

$

BEGINSUPER=1

$

$dataforPART1

$

BEGINSUPER=25

$

$dataforPART25

$

ENDDATA

本例中，有一个主模型数据段（在其中可以定义一些主模型数据超单元）和

两个零件超单元（1and25）0每一段都是自身完整的，也就是说，零件1中的

卡片不能被该输入文件中其它任何数据段所引用，对其它零件也是如此，他们都

必须是自身完整的。

有几个主模型数据卡可以用来移动、拷贝或手工连接零件，除了这几个卡，

没有任何其它的卡可以在不同的模型数据段之间互相引用数据。

下面说明如何使用零件超单元定义双头苍蝇拍模型（使用前面的数据）。将

定义7个超单元和一个残余结构。下图显示如何将这一模型分割为超单元：

Figure2-1对于示例的超单元和残余结构划分

本例中，每个超单元用一个Part,或单独的模型数据段来定义。因此，在输

入文件中有7个BEGINSUPER分段。残余结构在主模型数据段定义（这不

是必须的，只是一个可选项）。以下为求解这一问题的输入文件：

$

$file-se1s101p.dat

$

$all7s.e.broughtinusingbeginsuper

$duplicateboundarygridids

$eachs.e.containsitsownpropertydescription

$

SOL101

CEND

TITLE=S.E.SAMPLEPROBLEM1

SUBTITLE=S.E.STATICS-RUN1-MULTIPLELOADS

DISP=ALL

$

$defaultissuper=allforV69

$

$setdefaultsforallse-seesection5

$

PARAM,GRDPNT.O

PARAM,WTMASS,.00259

SUBCASE101

LABEL=PRESSURELOAD

LOAD=101

$

SUBCASE201

LABEL=2#NORMALLOADS

LOAD=201

$

SUBCASE301

LABEL=OPPOSINGLOADS

LOAD=301

$

include'plot.daf

$

BEGINBULK

$

$mainbulkdatasection

$

include'partO.daf

$

beginsuper=1

$

include'Ioadprt1.dat'

include'parti.dat*

$

beginsuper=2

$

include'Ioadprt2.dat'

include'part2.dat'

$

beginsuper=3

$

include'part3.dat'

$

beginsuper=4

$

include'part4.dat'

$

beginsuper=5

$

include'part5.daf

$

beginsuper=6

$

include'part6.dat*

$

beginsuper=7

$

include'part7.daf

$

Enddata

各Include语句引用的文件的内容在后面给出。执行控制采用SOL101,

包含超单元的静力求解。情况控制部分定义了三个子情况，在模型中提供了对所

有超单元的默认参数（对于超单元的情况控制的详细说明见第5节）。文件

plot.dat是个绘图输出要求文件，在超单元绘图要求部分说明。

由于这•模型包含残余结构的物理模型，因此存在主模型数据段，但非常

短。相应模型定义在文件partO.dat中，其内容如下：

CQUAD45113142423

$

GRDSET6

GRID13-.43.60.

GRID14.43.60.

GRID23-.44.40.

GRID24.44.40.

$

MAT1,1,30+6„.3,.283

PSHELL,1,1,.051,1

$

param,wtmass,.002588

这一文件包含了残余结构的物理模型，其中有5个单元、其附属节点，以

及相关的属性和参数。注意，这一文件只包含这些信息，不包含用于在零件之间

进行连接的节点的拷贝（如果愿意，也可以把这些节点的拷贝放到残余结构中，

结果和单级求解是一样的）。残余结构的结束为主模型数据段的结束或超单元说

明的开始-BEGINSUPER=1o后续卡片属于各零件。

第2章如何定义超单元（续）

下面是定义Part1的输入文件，包含两个include语句，分别插入文件：

loadprtl.dat（载荷数据）和partl.dat（零件1的模型数据）。这两个文件的内容如下：

$

$文件-loadprtl.dat

$loadsons.e.1

$

$LOADCASE1-PRESSURELOAD

$

PLOAD2,101,-1.,18,THRU,42

$

$LOADCASE2-2POINTLOADSATCORNERS

$

FORCE,201,93„2.,0.,0.,l.

$

$LOADCASE3-OPPOSINGPOINTLOADSATCORNERS

$

FORCE,301,93„2.,0.,0.,l.

$

文件loadprtl.dat包含了施加到零件1上的三种静力载荷情况的数据。

$

$文件partl.dat

$

CQUAD418133344645

CQUAD419134354746

CQUAD420135364847

CQUAD421136374948

CQUAD422137385049

CQUAD423145465857

CQUAD424146475958

CQUAD425147486059

CQUAD426148496160

CQUAD427149506261

CQUAD428157587069

CQUAD429I58597170

CQUAD430159607271

CQUAD431160617372

CQUAD432161627473

CQUAD433169708281

CQUAD434170718382

CQUAD435171728483

CQUAD436172738584

CQUAD437173748685

CQUAD438181829493

CQUAD439182839594

CQUAD440183849695

CQUAD441184859796

CQUAD442185869897

$

GRDSET6

$

$boundarygrids

$

GRID35-3.66.0.

GRID36-2.86.0.

$

GRID33-5.26.0.

GRID34-4.46.0.

GRID37-2.6.0.

GRID38-1.26.0.

$

GRID45-5.26.80.

GRID46-4.46.80.

GRID47-3.66.80.

GRID48-2.86.80.

GRID49-2.6.80.

GRID50-1.26.80.

GRID57-5.27.60.

GRID58-4.47.60.

GRID59-3.67.60.

GRID60-2.87.60.

GRID61-2.7.60.

GRID62-1.27.60.

GRID69-5.28.40.

GRID70-4.48.40.

GRID71-3.68.40.

GRID72-2.88.40.

GRID73-2.8.40.

GRID74-1.28.40.

GRID81-5.29.20.

GRID82-4.49.20.

GRID83-3.69.20.

GRID84-2.89.20.

GRID85-2.9.20.

GRID86-1.29.20.

GRID93-5.210.0.

GRID94-4.410.0.

GRID95-3.610.0.

GRID96-2.810.0.

GRID97-2.10.0.

GRID98-1.210.0.

$

MATl」,30.+6,,.3,.283

PARAM,WTMASS,.00259

PARAM,AUTOSPC,YES

PSHELL,1,1,.O5,1„1

$

文件partl.dat包含了零件1的物理模型数据。如果看一下前面提供的图例，将会注意到：

本零件通过节点35和36连接到零件3上。在本部件的模型数据中也包含了这一点。

零件2由类似的文件所定义，这里不再讨论。

零件3由单独的文件part3.dat所定义，内容如下：

$

$part3.dat

$

CQUAD414119203029

CQUAD415129303635

$

GRDSET6

$

$boundarygrids

$

GRID19-3.64.40.

GRID20-2.84.40.

GRID35-3.66.0.

GRID36-2.86.0.

$

GRID29-3.65.20.

GRID30-2.85.20.

$

MATl,l