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MSC.NASTRAN基础培训


MSC.NASTRAN 基础培训
MSC公司成都办事处

第 0 章 MSC.Software公司
公司概况
MSC公司建于1963年。 总部:美国洛杉机。 分部:欧洲(德国)和日本 办事处:30多个国家设有办事处 亚太办事处:东京总部,大板分公司 汉城,悉尼,台北 中国办事处:北京、上海、成都、深 圳 雇员:技术工程师680多



MSC.Software公司
第 一 笔 业 务 : NASA 通 用 有 限 元 结 构 分 析 程 序 NASTRAN开发(1963年) 1970年开发NASTRAN商业版本MSC/NASTARN 1983年股票上市 1993 年 收 购 世 界 著 名 CAD 软 件 供 应 商 Aries Technology 公司 1994年收购CAE领域第二软件供应商PDA工程公司 1998年收购MARC公司 1999年收购Work Model 公司 2001年与法国DASSAULT战略同盟 2002年收购MDI公司(ADAMS机构运动仿真) 2002年收收购波音公司控制仿真系统EASY5

? 主要产品:
? 1)大型通用有限元程序 MSC/NASTRAN

? 2)非线性有限元分析程序 MSC/MARC
? 3)三维非线性和瞬态动力学软件 MSC/DYTRAN ? 4)通用有限元前后置处理系统 MSC/PATRAN ? 5)结构疲劳寿命预测仿真系统 MSC/FATIGUE ? 6)机构运动仿真软件 MSC/ADAMS ? 7)通用有限元分析系统 MSC/NASTRAN for Windows ? 8)基于CAD技术的有限元前后处理器 MSC/ARIES

8)商品化材料数据信息系统 MSC/MVISION 9)锻压仿真系统 MSC/SuperForm

10) 速跌落试验仿真系统 MSC/DropTest
11) 面向设计人员的分析软件 MSC/InCheck 12)车辆舒适性预测仿真系统 MSC/NVH-Manager 13)预测系统 MSC/AKUSMOD 14)汽车有限元模型处理系统 MSC/AMS 15)拓扑及形状优化设计软件系统 MSC/Construct 16)成型仿真系统 MSC/SuperModel

17)机构运动仿真系统 MSC/WORK MODEL
18) 控制仿真系统 MSC/EASY 5

MSC产品应用
航空航天、机械、汽车、船舶、铁道、建筑电 子、化工、材料、核能、冶金、地矿、生物医 学及教学与科研等领域和部门
92%的机械设计制造; 97%的汽车; 95%的 航空航天;98%国防。 MSC公司产品占CAE领域40%市场

服务方式
1)热线咨询服务
2)遍布世界各地的MSC办事处 3)定期与专门培训 4)定期召开MSC用户会议 5)网上服务

第 1 章 MSC.NASTRAN

1 NASTRAN与MSC/NASTRAN
NASTRAN 程序由来
1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis)是一个大

2)

3) 4) 5)

型、通用有限元结构分析计算机程序 在美国国家宇航局 ( National Aeronautics and Space Administration,简称 NASA) 主办下研制与 发展的 1964年1月,NASA制定任务书 由计算机科学(Compnter Sciences)、Martin 公 司和MSC组成研制队承包程序研制 1968年5月 ,该程序首先在Goddard运行

? NASTRAN 专利
l COSMIC/NASTRAN:COSMIC维护的非专利版
lMSC/NASTRAN:MSC公司发展的专利版 l UAI/NASTRAN:通用分析专利版本

l SPERRY/NASTRAN: SPERRY UNIVAC公司专利版
lMARC/NASTRAN:MARC分析与研究专利版 l DTNSRDC/NASTRAN:David Taylor海军舰艇研究发展 中心专利版 lNKF/NASTRAN: NKF工程协会专利版

lCOSMOS/NASTRAN: COSMOS公司专利版

?2

MSC/NASTRAN开发历史

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/NASTRAN 1973年,MSC指定为NASTRAN(NASA)维护商

1989年, 发布经重大改进的 MSC/NASTRAN66
1991年,将CAD技术引入MSC/NASTRAN V67.5及相 应产品 Nastran for Window 1994年,MSC公司发布了经重大改进的MSC/NASRANV68 版

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/DYTRAN、 MSC.FATIGUE、MSC.AFEA等 1995年,MSC/NASTRAN V68.2版 1996年,MSC/NATRAN V69版

1997年, MSC/NASTRAN V70版
2001年,MSC/NASTRAN2001版

3

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

?4

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 l l l l l l l l l 正交模态分析(固有频率与振动模态) 直接复特征值分析 模态复特征值分析 直接频率响应分析 模态频率响应分析 直接瞬态响应分析 模态瞬态响应分析 响应谱分析 随机动力分析 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 l l l 线性稳态热传导分析 非线性稳态热传导分析 瞬态热传导分析 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 l l 线性静力超单元分析 屈曲超单元分析 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 l l 声响分析 流体与结构耦合分析 循环对称分析

l 层复合材料分析

5 MSC/NASTRAN的前后处理
1、 MSC公司提供的
MSC/PATRAN,MSC/ARIES

2、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,并进行后处理。

6 MSC/NASTRAN的文档资料
1、 MSC/NASTRAN
2、用户指南 3、MSC/NASTRAN 快速参考手册

使用入门

( Getting Started With MSC/NASTRAN User’s Guide )

( MSC/NASTRAN Quick Reference Guide )

4、MSC/NASTRAN 参考手册
( MSC/NASTRAN Referemce Manual )

第2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

? F1 ? EA ? 1 ? 1? ? u1 ? ? ?? ? ? ?u ? ? F2 ? L ?? 1 1 ? ? 2 ?
[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量

?F?? ?K ??u?

总体刚度矩阵

? F1 ? ? K a ? K a ? ? u1 ? ? ??? ? ? F2 ? ?? K a K a ? ?u 2 ? ? ? ?F2 ? ? K b ? K b ? ?u 2 ? ? ??? ?? ? ? F3 ? ?? K b K b ? ? u 3 ?

? Ka 0 ? ? u1 ? ? F1 ? ? K a ? ? ? ? ?u ? ?F2 ? ? ?? K a K a ? K b ? K b ? ? 2 ? ?F ? ? 0 ? Kb K b ? ?u 3 ? ? 3? ? ?? ?

线性静力有限元分析步骤
结构离散 施加载荷

形成单元刚度矩阵
求解方程

装配总体刚度矩阵
计算位移、应力等

施加约束边界条件

F = 10000 磅

例子:

面积 A = 1.5 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2

L = 10 英寸YIN

面积 A = 2.0 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2

L = 10 英寸

1、建立结构有限元模型
L=10英寸 A=1.5英寸2

结点 3#

单元 ②

结点 2# L=10英寸 A=2.0英寸2 单元 ①

结点 1#

2、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
?(el1) ?
?(el2) ?

?L u 2 ? u1 ? 0.005 ? 0.0 ? ? ? ? 0005 0. L L 10
?L u 3 ? u 2 ? 0.01167 ? 0.005 ? ? ? ? 0006667 0. L L 10

1 1 σ (el ) = Eε (el ) = 10 ×10 6 ×(-5) ×10 -4 = -  (磅 / 英寸) 2 5000

σ (el2 ) = Eε (el2 ) = 10 ×10 6 ×(-6.667 ) ×10 -4 = -  (磅 / 英寸) 2 6667

第三章

NASTRAN有限元模型知识

离散化结构的描述
l
l l

有限元模型所需数据:
坐标系 模型几何

l
l l l

有限单元
载荷 边界条件 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:CTRIA 3 六结点三角形板元:CTRIA 6 四结点四边形板元:CQUAD 4 八结点四边形板元:CQUAD 8

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


l
l l

约束元(无限刚硬,称为刚性元)
刚性杆:RROD
刚性梁:RBAR 刚性三角板:RTRPLT

l
l l

刚性体:RBE1,RBE2
均方加权约束元:RBE3 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 l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷 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:Nastran model1.dat

4、输入文件包括五个部分,三个限定符

NASTRAN语句

可选

文件管理语句

可选

执行控制语句

必须

CEND 情况控制指令

必须限定符

BEGIN BULK 模型数据集

必须限定符

ENDDATA

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) (2) 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) 管理一组模型数据输入

(3)
(4)

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
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“BEGIN

BULK”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
ID ROD EXAMPLE 执行控制段 SOL 101

TIME 5 限定符 CEND LOAD=8 情况控制段 DISP=ALL SPCF=ALL ECHO=BOTH 限定符 BEGIN BULK GRID,1, ,0.,0.,0., ,123456 GRID,2, ,0.,8.0,0., , FORCE,8,2, ,20.,0.,1.,0. 模型数据段 CROD,1,15,1,2 PROD,15,5,4.909E-2 MAT1,5,30.E6, ,0.3 ENDDATA

MSC/NASTRAN输出文件
MSC/NASTRAN输出文件包括
ROD.DBALL ROD.F04 ROD.F06 ROD.LOG ROD.MASTE 包含数据库运行的永久性数据 包含数据库文件信息和模块执行摘要 包含MSC/NASTRAN的分析结果 包含系统信息和系统错误信息 数据库运行总辞典

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 输入量: 结点坐标 弹性模量 作用力矩 作用力 质量 时间 输出量: 位移 应力 英制 英寸 磅/ 英寸2 英寸磅 磅 磅秒2/英寸 秒 英寸 磅/ 英寸2 SI 米 牛顿/米2 牛顿米 牛顿 千克 秒 米 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 实数 字符 不能包含小数点 必须包含小数点 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”可采用如下形式输入

自由域、小域与大域格式
(1) MSC/NASTRAN 三种输入数据格式
自由域格式 小域格式 大域格式 输入数据字域是用逗号分开 共十个字域,每个字域有八个字符 十个字域,每个字域包含16个字符

(2) NASTRAN语句、文件管理段、执行控制段、情况控制段用自由格式
(3) 模型数据段用三种格式中任何一种 (4) NASTRAN 模型数据段每一个输入数据记录(卡)包含十个字域 (5) 第一个字域填入该模型数据卡的特征名(如GRID,CBAR,MAT1,等 等) 4) 第二字域至第九字域包含模型数据记录(卡)的数据输入信息 第十字域不填数据,为继续信息记录(卡)预备

典型NASTRAN模型数据记录格式,GRID记录(卡)

自由域格式

自由域格式必须从第一列开始填数 据; 跳过字域,用逗号实现 整数和字符字域不能超过八个字符 由域数据不能包含嵌入的空格。

小域格式

第1字域和第10字域必须是左对齐 第2字域至第9字域无需左或右对齐 小域输入数据不能包含任何嵌入空格

大域格式

要求高数字精度,采用大域格式 大域格式表示的每个记录只少有两行

继续卡
模型数据记录多于八个字域的数据,需要继续卡 如:简单梁性质卡PBAR:

输入(.DAT)文件

第4章
执行控制与情况控制

典型Nastran输入文件

执行控制语句
执行控制语句
(1)

(2)
a) b) c) d) e)

该段语句用自由格式书写 执行控制段基本功能
识别作业 选择分析类型 设置允许CPU时间 输出诊断信息 设定用户编写的DMAP系列

ID语句
ID语句是可选的,其作用为识别作业; 必须为执行控制段第一条语句 ID语句格式为: ID i1,i2 其中,i1和i2为字符串,i1可为1至8个字符串,i2可为任何长度的字符串。 每一字符串以字母开头

SOL 语句
SOL 语句是必须,用于选择分析类型(求解系列) SOL 语句格式为:

SOL

n

其中,n是识别解法类型的正整数或解法系列的字符名 如:SOL 101 (或SOL SESTATIC ),即线性静力分析;SOL 103(模态分析) 和SOL 105(屈曲分析)等

TIME 语句
Time 语句是可选的,设置最大CPU时间和作业I/O时间 它格式为: TIME t1 , t2 其中, t1为最大允许CPU执行时间,以分计(实数或整数, 缺省值为1分钟); t2 为最大允许I/O时间,以秒计(缺省值是无限大)

CEND 语句
GEND 语句必须,作用是作为执行控制段的结束(情况控制段的开始)

格式为:
CEND

例子
一个简单模型线性静力分析执行控制段

ID
SOL

SIMPLE,
101

MODEL

TIME 5

CEND

MSC/NASTRAN结构化求解序列
SOL号 101 103 SOL 名 SESTATIC SEMODES 说 明 包括如下选择的静力分析:线性热传导、替代减缩、惯性卸载、设计敏度(静力) 正则模态含设计敏度(模态)

105
106 107 108 109 110 111 112 114 115 118

SEBUCKL
NLSTATIC SEDCEIG SEDFREQ SETRAN SEMCEIG SEMFREQ SEMTRAN CYCSTATX CYCMODE CYCFREQ

屈曲分析含静力分析、设计敏度(屈曲)
非线性静力分析 直接复特征值分析 直接频率响应 直接瞬态响应 模态复特征值分析 模态频率响应 模态瞬态响应 循环对称静力,含替代减缩 循环对称正则模态 循环对称直接频率响应

129
144 145 146 153 159 190 200

NLTRAN
AESTAT SEFLUTTR SEAERO NLHEAT TRHEAT DBTRANS DESOPT

非线性瞬态响应
静力气弹响应 气动颤振 气弹响应 稳态非线性热传导 瞬态热传导 数据库变换 优化设计

情况控制指令
情况控制段是MSC/NASTRAN输入文件必须部分

跟在执行控制段(CEND)后,在模型数据集(BEGIN BULK)前
基本功能:
选取载荷与约束条件等模型数据; 选取输出结果; 定义子情况;

情况控制指令均用自由格式书写

输出选择
TITLE = {任何BCD数据} SUBTITLE = {任何BCD数据} LABEL={任何BCD数据} TITLE、SUBTITLE和LABEL 分别定义输出每页第一行、第二行和 第三行标题。 ECHO = SORT,打印分好类的模型数据; = UNSORT,打印未分类的模型数据; = BOTH,打印分类和未分类两种数据; = NONE,不打印模型数据; = PUNCH 将分类模型数据记入穿孔文件。
?ALL? DISP  ( LACEM ENT)     ? ?? ? n ?

输出一组(n)或全部结点的位移

?ALL? ELFORCE  FORCE    (或 )  ? ? ? n ? ?

选取一组(n)或全部结构单元的 单元力输出

?ALL? STRAIN    ? ?? ? n ?
? ALL? ESE     ? ? ? n ? ?

选取一组(n)或全部板单元或体单元的应变输出 输出一组(n)或全部单元的应变能 选取一组(n)或全部结构单元的应力输出

?ALL? ELSTRESS  STRESS    (或 )  ? ? ? ? n ?

?ALL? GPFORCE ?    ? ? n ? ?

要求一组(n)或全部结点的平衡力输出

?ALL? GPSTRESS     ? ?? ? n ? ?ALL? OLOAD    ?? ? n ? ?

选取一组(n)或全部结点的应力输出 请求一组(n)或全部作用载荷的输出

?ALL? SPCFORCE    ?? ? 要求一组(n)或全部结点单点约束力输出 ? n ?

SET n = {i1[ , i2 , i3 , THRU i4 , EXCEPT i5 , i6 , i7 , i8 , THRU i9 ]} 定义一组输出请求中使用的结点号或单元号,用于得到输出量的部份 选择输出

例如:
SET 1 = 3,4,7,9,11 SET 5 = 2,9,15,THRU 21,33 DISP = 1 FORCE = 1 STRESS = 5 GPFORCE=all 对于该例题,表示输出下列内容: 结点3、4、7、9 和 11的位移; 单元3、4、7、9 和 11的力;

单元2、9、15 至 21和 33 的应力;
全部节点的约束反力。

数据选择 LOAD = n
选取静力载荷条件(集中载荷或分布载荷),n与模型数据卡(FORCE、MOMENT和 PLOAD等)标识号相对应。

DEFORM = n
选取初始单元强迫变形,n与模型数据卡DEFORM标识号相对应。

SPC = n
选取单点约束,n与模型数据卡(SPC、SPC1或SPCADD)标识号相对应。

MPC = n
选取多点约束,n与模型数据卡(MPC或MPCADD)标识号相对应。

TEMP(LOAD)= n
选取由模型数据卡(TEMP或TEMPD)定义的温度载荷。

METHOD = n
选取特征值提取方法,n与模型数据卡(EIGR、EIGRL或EIGB)标识号相对应。

子情况定义
SUBCASE n 定义和标识一个子情况。n为子情况的标识号,由用户指定的任 何整数,但必须满足由上至下的子情况号是依次递增。 SUBCOM n 定义和标识一个线性组合子情况。

SUBSEQ = R1[ , R2 , R3 , … Rn ]
定义线性组合情况的系数,R1至 Rn为SUBSOEQ卡前出现的1至n个 子情况的系数(实数)。 下面给出一个3种载荷子情况及其组合的例题。

SUBCASE 1 SUBTITLE = Dead Load LOAD = 10 SUBCASE 2 SUBTITLE = NW wind Load

LOAD = 20
SUBCASE 3 SUBTITLE = SW Wind Load LOAD = 30 SUBCOM 10 SUBTITLE = Load Combination 1 LABLE = Dead Load +NW Wind SUBSEQ = 1.0 , 1.0 , 0.0 SUBCOM 20 SUBTITLE = Load Combination 2 LABLE = Dead Load + ( - ) 1.5 SW Wind

SUBSEQ = 1.0 , 0.0 , -1.5

SYM n
定义一个对称子情况,n为子情况标识号。 SYMCOM n

定义和标识一个对称组合子情况。
SYMSEQ = R1[ , R2 , R3 , … Rn ] 定义对称组合子情况中1至 n 被组合子情况的系数。

REPCASE n
定义和标识一个重复的子情况。一般用于对前面实际子情况提出另外 的输出请求。 MODES = n 用于特征值问题中,重复N个连续模态的同样输出。n为模态数,由第 一个开始并依次处理,为此需定义子情况。

第5章
结点与坐标系

结点
结点用于定义结构几何; 每一结点有6个自由度(DOF):三个移动分量(1、2、 3)与三个转动分量(4、5、6)。 结点六个自由度以1,2,3,4,5和6标明

结点的位移分量与自由度的关系表示为

结点模型数据“卡”GRID 格式

名 称 ID CP X1,X2,X3 CD PS SEID 结点号( 0 <整数 <106 )





定义结点坐标的坐标系号(整数 ≥ 0,或空格) 结点在坐标系CP中的位置(坐标值)(实数,缺省值为 0.0) 定义结点的位移、自由度、约束和解向量的坐标系号。(整数 ≥ -1 或空格) 与该结点相关的永久单点约束(由1至6组成的无嵌入空格的任何整数,或空格) 超单元标识号(整数 ≥ 0,缺省值为 0)

字域4至6中X1,X2和X3在不同坐标系中对应量如下:
类 型 直角 柱面 球面 X1 X R R X2 Y θ(度) θ(度) X3 Z Z φ(度)

字域8中PS施加结点任何自由度方向的约束;字域9仅用于超单元分析

标量点
标量点是空间的一个点,仅具有一个自由度

标量点不需任何空间坐标系来定义
标量点用于表示非结构特性,如相对位移、梁元翘曲影响 等

标量点用SPOINT“卡”定义,格式如下:

名 称
IDi





标量点标识号

坐标系
基本坐标系 MSC/NASTRAN 有一种固定直角坐标系,称为基本坐标 系; 所有坐标系都有坐标系识别号(CID),基本坐标系坐 标系识别号为零或空

用户定义局部坐标系时,基本坐标系是参考坐标系

局部坐标系 MSC/NASTRAN 提供定义局部坐标系的六种模型数据卡 每一局部坐标系直接或间接与基本坐标系相关

六种选择是:
CORD1R CORD2R CORD1C CORD2C CORD1S CORD2S

} } }

直角坐标系

柱坐标系

球坐标系

CORD1R、CORD1C和CORD1S是用三个结点定义局部 坐标系,模型修改,该参考结点位置改变,局部坐标系定向 亦改变 CORD2R、CORD2C和CORD2S是用三点定义局部坐标系

CORD2C卡格式如下

名 称 CID RID Ai,Bi,Ci





坐标系识别号(整数 > 0) 定义Ai,Bi和Ci的坐标系识别号(整数≥0,缺省值为零,指基本坐标系) 在 RID 坐标系中三点的坐标(实数)
z

B

C A p z θ

R y

x

点(A1,A2,A3),(B1,B2,B3)和(C1,C2,C3)非共线的 任何坐标系中,角度输入按度表示,输出(如转动位移)以弧度表示

例题
一半圆顶拱。为方便结点位移输出,将3至7点建立局部坐标系

采用柱坐标系,标识号为100, 定义为

各结点定义如下

结点 3 至 7 采用(r,θ,Z)坐标,r =15.0 时,θ从 30°( 结点7 ) 至150° (结点3)变化。 所有结点的输出采用基本坐标系,因为在字域 7(CD) 是 空

第6章
基本单元库

概 述
基本MSC/NASTRAN单元
标量单元
标量弹簧元 CELASi (i=1,2,3,4) 标量质量元 CMASSi (I=1,2,3,4)

线单元

面单元

体线单元

刚性单元
约束元 RRPD RBAR RBEi (i=1,2,3) RTRPLT RSPLINE 质量元 CONM2 一般单元 GENEL

CROD CONROD CTUBE CBAR CBEAM CBEND

CQUAD4 CQUAD8 CTRIA3 CTRIA6 CSHEAR

CHEXA CPENTA CTETRA CTRIAX6

标量单元
标量单元,也称0维单元

所有标量单元都在结构模型两个自由度间或一个自由度和“地面”间来 定义
标量单元刚度由用户直接定义,静力分析中的标量单元如下:
标量弹簧单元:CELAS 1,CELAS 2,CELAS 3,CELAS 4;
标量质量单元:CMASS 1,CMASS 2, CMASS 3, CMASS 4

四种形式标量弹簧元,格式如下:

名 称 EID K PID G1,G2 C1,C2





唯一的单元标识号(整数>0) 标量弹簧的刚度(实数) 性质卡PELAS的标识号(整数>0) 几何结点或标量点标识号(整数≥0) 分量号(0≤整数≤6,如果为标量,为零或空) 标量点标识号(整数>0) 阻尼系数(实数) 应力系数(实数)

S1,S2
GE S

CELAS 1和CELAS 3性质卡格式

名 称 PIDi Ki GEi Si





性质卡标识号(整数>0) 弹簧刚度值(实数) 阻尼系数(整数) 应力系数(整数)

例题
问题:弹簧一端固定,另一端受10磅轴力,弹簧轴 向刚度(K)为100磅/英寸,求:结点1202位移

模型数据卡为

NASTRAN 101静力分析中,PARAM,AUTOSPC可自动约束不相关自 由度 阻尼(第8字场GE)不适于静力分析,未计入 第9字场应力系数S是可选,用关系式 接计算弹簧应力 (P为作用载荷),直 ? ? S?P

将CELAS2卡上G1和G2顺序倒过来,则单元力的符号也反号 部分输出结果

线单元
线单元,也称一维单元,用于表示杆和梁性质;

杆单元支持拉、压和轴向扭转,但不允许弯曲;
梁单元则包括弯曲,MSC/NASTRAN 有三种梁元;
CBAR简单梁元,梁剖面剪心和形心吻合,不能用于具有翘曲的梁 CBEAM复杂梁元,具有CBAR的全部能力,允许锥形剖面性质,非吻 合 的形心和剪心,以及剖面的翘曲; CBEND常曲率半径简单曲梁元

杆单元(CONROD)
CONROD单元,连接两结点,允许承受轴向力和绕轴向的扭转

不需性质卡,定义多个不同性质杆单元
CONROD格式

内 EID



单元标识号( 整数 > 0 )。

G1,G2
MID

单元结点标识号( 整数 > 0,G1≠G2 )。
材料标识号( 整数 > 0 )

A
J C

杆的面积( 实数 )
扭转常数( 实数 ) 扭转应力系数( 实数 )

NSM

单位长度非结构质量( 实数 )

扭转应力系数C用于计算扭矩引起的扭转应力
??C M? J

杆单元(CROD)
CROD单元同CONROD单元 CROD有单独的性质卡(PROD)

定义杆单元有同样性质时,用CROD
CROD格式

名 称 EID PID G1,G2

内 容 单元标识号( 整数 > 0 ) PROD的性质识别号(整数 > 0;缺省值为EID) 结点标识号(整数>0,G1≠G2)

CROD单元性质卡PROD格式

名 称 PID MID A J C NSM





性质标识号(整数 > 0) 材料标识号(整数 > 0) 杆的面积(实数) 扭转常数(实数) 确定扭转应力的系数(实数,缺省值 = 0.0) 单位长度非结构质量(实数)

杆单元(CTUBE) CTUBE性质与CROD相同,专用管

数据格式如下

名 称 EID PID G1,G2





管单元标识号(整数 > 0) 管单元性质卡(PTUBE)标识号(整数 > 0) 管单元结点标识号(整数 > 0,G1≠G2)。

性质卡PTUBE格式

名 称 PID MID OD T NSM OD2





管单元性质卡标识号(整数 > 0) 材料卡标识号(整数 > 0) 管的外径(大于零的实数) 管壁厚度(实数,T≦1/2OD) 非结构质量(实数)。 G2结点处的管的外径(实数,或空,专为热传导分析之用)。

简单梁单元(CBAR)
CBAR单元特性
CBAR单元可承受拉伸或压缩,两互相垂直平面内的扭转与弯曲,及两互相垂 直 平面内的剪切; CBAR单元特征:
必须是直的、剖面性质不沿长度变化;

剪心和形心吻合(不能用于翘曲梁);
惯性主轴不需要与单元轴吻合; 中性轴可偏离结点 (用于加筋板或格板) 铰接标记,允许任意端结点的力或弯矩的释放

CBAR单元格式

替代格式

名 称





EID PID
GA,GB X1,X2,X3 G0 PA,PB

单元标识号(整数>0) PBAR性质卡识别号(整数>0或空)
结点号(整数>0,GA≠GB) 起于GA的位移坐标系空间的向量分量(实数) 用结点G0提供位移坐标系定向向量,方向从GA至GB(整数>0,G0≠GA 或GB)。 结点A、B的铰接标记,用于释放梁元结点自由度 该自由度按梁元坐标系定义(由数字1~6组成的不超过5整数,在该域中, 可放从1至6的任何多至5个的唯一整数,不允许插入空格) 分别为在GA和GB处偏离向量和在位移坐标系中的分量(实数或空白)。

W1A,W2A,W3A W1B,W2B,W3B

平面之一。选取(1.0,1.0,0.0)给出如下的:

? ? V 的方向与梁剖面是任意的,但 V 通常对准梁的惯性主

梁单元性质(PBAR )

名 称 PID MID A I1,I2,I12 J NSM K1,K2 Ci,Di,Ei,Fi





性质卡标识号(整数>0) 材料卡标识号(整数>0) 梁剖面面积(实数) 剖面惯性矩(实数,I1≥0.0,I2≥0.0,I1*I2>0.0) 扭转常数(实数) 单位长度非结构质量(实数) 剪切面积系数(实数) 应力恢复系数(实数,缺省值为0.0)

剖面形状 矩形 实圆 薄壁空心圆

K 值 K1 = K2 = 5/6 K1 = K2 = 9/10 K1 = K2 = 1/2
? A f 1.2A

宽突缘梁: 次轴 主轴

? Aw

A

应力恢复系数点(Ci,Di,Ei,Fi),与Y、Z单元轴坐标有关

应力计算点位置(CBARAO)
CBARAO卡:定义沿CBAR单元轴上应力/内力计算点位置,格式

或:

名 称 EID SCALE





CBAR单元的标识号(整数>0)。 SCALE = LE,Xi为沿梁长实际距离;SCALE = FR,Xi为实际距离 与梁长之比 梁剖面面积(实数)。 应力恢复点个数,不包括端点(整数>0)。

Xi
NPTS

复杂梁单元(CBEAM)
CBEAM单元具有CBAR单元的全部功能,还具有: 面形质允许沿梁长变化;

中性轴、重心轴与剪心轴不要求重合;
考虑剖面翘曲对扭转刚度的影响; 考虑锥度对横向剪切刚度的影响; 数据格式

第二继续卡中SA和SB为端点A和B标量点或 结点标识号,这些点有翘曲自由度(dx ) d? / CBEAM单元性质卡PBEAM格式

名 称 PID MID A(A) I1(A), I2(A), I12(A) J(A) NSM(A)





性质卡标识号(整数>0)。 材料卡标识号(整数>0)。 梁端A剖面的面积(实数)。 端A剖面面积惯性矩(实数>0.0)。 梁端A剖面扭转常数(实数)。 梁端A处单位长度非结构质量(实数)。 梁端A剖面应力计算点

SO X /XB
A、I1、I 2、I12? ? J、NSM ? Ci( A )、Di( A ) ? ? Ei ( A )、Fi( A ) ?

应力输出选择(BCD): SO = YES,要求输出继续卡定义 X点距A端长度与梁长之比 X处剖面面积、面积惯性矩、扭转常数和非结构质量(实 数)。 应力计算点Y、Z坐标(实数) 对平面1和平面2的剪切刚度( K ? A ? G)系数

K1,K2

S1,S2 NSI(A)、NSI(B)

变剖面梁剪力释放系数(实数)。 端点A、B处非结构质量惯性矩

CW(A)、CW(B)
M1( A )、M 2( A ) ? ? M1( B)、M 2( B) ?

端点A、B翘曲系数

端点A、B非结构质量重心坐标(Y,Z)

N1( A)、N 2( A) ? ? N1( B)、N 2( B) ?

端点A、B中性轴坐标(Y,Z)

曲梁元(CBEND)
CBEND单元是连接两结点的一段园弧 具有定常曲率半径

具有拉伸刚度、弯曲刚度及横向剪切柔度
压力管和弯头是CBEND单元的典型应用例子

CBEND单元的性质卡为PBEND,其格式

替换格式

名 称 PID MID A I1, I2, I12 J FSI





该性质卡的标识号(整数>0)。 材料卡标识号(整数>0)。 剖面面积(实数)。 剖面的惯性矩(实数>0.0)。 扭转常数(实数)。 选择应力或柔性强化因子的标记(1-3的任意整数)。

r
t p RB

弯管之平均半径(内外半径之平均值)(实数>0.0)。
弯管的壁厚(实数 ? 0.0 ) 压力值(实数)。 梁的曲率半径(实数)。 梁的圆弧中心角(实数)。

Ci~Fi K1, K2 NSM RC, ZC

应力计算点的Y、Z坐标(实数)。 剪力刚度系数(实数)。 非结构质量(实数)。 单元两端剖面形心与结点GA、GB之偏离向量分量(实数),见图6-9。 中性轴与形心之径向间距(实数),见图6-9。

面单元
面单元用于板、壳 刚度项存在五个自由度,板法线转动自由度“不连接”,必须 约束掉 对线性分析,NASTRAN用薄板经典假设
在MSC/NASTRAN二维单元库中,存在如下一般的单元: l
l l l 三结点等参三角形单元CTRIA3; 四结点等参四边形单元CQUAD4; 六结点等参三角形单元CTRIA6; 八结点等参四边形单元CQUAD8;

l
l l

四结点剪力板单元CSHEAR;
三结点等参平板单元CTRIAR; 四结点等参平板单元CQUADR;

用户最常用的是CQUAD4和CTRIA3单元

四边形板元(CQUAD 4)

名 称





EID

单元标识号(整数>0)。

PID

性质卡PSHELL或PCOMP标识号(缺省值为EID)。

Gi

结点标识号(整数>0)。

THETA

材料性质定向角(以度表示,缺省值为0.0)。

MCID

材料坐标系标识号。该坐标系X轴是由MCID坐标系的X轴投影到单元面上来确定 的(整数≥0,如果为空白,则THETA=0.0 )。

ZOFFS

结点面至单元参考面的偏离(实数)

Ti

单元结点G1至G4处膜厚度(整数≥0.0,或空白,不能全为0)。

CQUAD4 力和力矩
FX   FY , 
FXY  
M X   MY , 
单位长度的薄膜力; 单位长度的薄膜剪力; 单位长度弯矩; 单位长度扭矩; 单位长度横向剪力。

M XY  
VX   VY , 

力和力矩在单元形心处计算 应力在距单元参考面距离为Z1和Z2处计 算 Z1和Z2在PSHELL性质卡上定义, 常为板 的表面,即Z1,Z2=±厚度/2

三角形板元 (CTRIA3)
Yelement
G3

TH

X element

Z element

G1

G2

CTRIA3单元常用于网格过渡和填充不规则边界

CTRIA3格式

名 称 EID PID Gi THETA MCID





单元标识号(整数>0)。 PSHELL或PCOMP的性质卡标识号(整数>0;缺省值为CID)。 单元结点的标识号(整数>0,都是唯一的)。 材料性质定向角,以度表示。 材料坐标系标识号。材料坐标系的X-轴是由MCID坐标系(由CORD 的定义或基本坐标系定义)的X-轴投影到单元表面面上来确定的(整数 ≥0,如果为空白,则THETA=0.0)。 从结点面至单元参考面的偏离(实数)

ZOFFS Ti

单元结点G1、G2和G3处的薄膜厚度(整数≥0.0,或空白,不 全为零)。

力和力矩在单元形心处计算 应力在距单元参考面距离为Z1和Z2处计算

壳单元性质(PSHELL)

名 称 PID MID1 T MID2





性质标识号(整数>0)。 薄膜材料标识号(整数≥0,或空白)。 薄膜厚度的缺省值(实数)。 弯曲板材料标识号(整数≥-1,或空白)。 弯曲刚度参数(整数>0.0;缺省值为1.0)。

12 I / T 3
MID3
TS/T NSM Z1,Z2 MID4

横向剪切材料标识号(整数>0,或空白,当MID2≤0,必须为 空白)。 横向剪切厚度与膜厚度之比(实数>0.0,缺省值为0.833333)。
单位面积的非结构质量(实数)。 用于应力计算的纤维距离,正向由在连接卡上列的结点次序和 右手定则来确定(实数或空白,缺省值=±T/2)。 薄膜-弯曲耦合的材料标识号(整数>0,或空白)。

CQUID4单元可为膜元、弯曲元以及耦合单元
膜元,仅填MID1

作为弯曲元,仅填MID2

例题
图示一悬臂板,该板长、宽均为10英寸,厚度为0.15英寸,悬臂端两角点 处作用有拉力300磅,横向载荷0.5磅。求板的位移、力和应力

与单元相关模型数据卡

输出情况控制指令: FORCE =ALL DISP =ALL STRESS =ALL

其它面单元
CSHEAR (1) 剪力板元,仅支持剪力和张力,用于分析薄加强 板和壳; (2) 与杆元一起用于分析薄蒙皮结构

CTRIA6 CQUAD8

用于曲率区过渡网格。 (1) 用于分析单曲度壳(柱面); (2) CQUAD4对双曲壳比CQUAD8好

CTRIAR

三结点等参平板元,与CQUADR单元相匹配

CQUADR

(1) 等参平板元,无膜-弯曲的耦合; (2) 用于受面内载荷的平面结构(即薄膜特性); (3) 与CQUAD4相比,对畸变和泊桑比的极值较少敏 感。不推荐该单元用于曲面。

体单元
体单元仅包含平移自由度,不包含转动自由度

六面体单元(CHEXA)
CHEXA可连接8至21个结点;
?? , ? , 应力?
x y z

, ? xy , ? yz , ? zx ?

在单元中心

计算 可外推到角结点计算

CHEXA单元卡格式

名称
EID PID Gi





单元标识号(整数>0)。 PSOLID性质卡的标识号(整数>0)。 连接结点标识号(整数≥0或空白)。

CHEXA单元坐标系是由R、S、T三向量定义,它们连接该单元相对面的形心 R:连接G4-G1-G5-G8面和G3-G2-G6-G7面形心; S:连接G1-G2-G6-G5面和G4-G3-G7-G8面形心;

T:连接G1-G2-G3-G4面和G5-G6-G7-G8面形心。

五面体单元 (CPENTA)
CPENTA单元用于由体到板或壳的过渡; CPENTA有6到15个结点(6个角结点,其余为中边结点);

单元应力( ??

x

, ? y , ? z , ? xy , ? yz , ? zx ?

)在形心计算,可推到角点处计算

CPENTA卡格式:

名 称 EID PID





单元识别号(整数>0)。 PSOLID性质卡的标识号(整数>0)。

Gi

连接结点标识号(整数≥0或空白)。

单元坐标系: 原点:位于连接G1和G4直线的中点 Z轴:指向三角形G4-G5-G6,定向于两三角面形心连线与中面垂线 之间的某处 X和Y轴垂直于Z轴

四面体单元(CTETRA)
不推荐用CTETRA单元做连续体的大部分离散 单元应力 ??
x

, ? y , ? z , ? xy , ? yz , ? zx ?

在形心点计算,可外推到角点计算

CTETRA单元数据格式

体单元性质 (PSOLID)
PSOLID卡定义CHEXA、CPENTA和CTETRA体单元的性质

名 称 PID MID CORDM





性质卡标识号(整数>0)。 材料卡MAT1、MAT4、MAT5、MAT9或MAT10标识号(整数>0) 材料坐标系标识号(整数>0)。

IN
STRESS ISOP FCTN

积分网格(整数,字符,或空白)。
应力输出位置选择(整数,字符,或空白)。 积分方案(整数,字符,或空白)。 流体单元标记(“PFLUID”指流体单元,“SMECH”指结构单元,缺省 =“SMECH”)。

约束单元
(1)
约束关系
(2) (3 一个约束单元等价于一个或多个多点约束方程; MSC/NASTRAN中,包含的约束单元:
RROD,刚性杆单元 RBAR,刚性梁单元 RTRPLT,刚性三角板单元 RBE 1,1号刚性体单元 RBE 2,2号刚性体单元 RBE 3,均方加权约束单元 RSPLINE,内插约束单元。

约束单元又称“刚性单元”。用于处理结点(或标量点)间各自由度间固定

刚性梁单元(RBAR)
刚性梁元把结点1至6个自由度与另外6个独立自由度刚性地连接起来 6个独立自由度必须为6个,并且是完全确定了单元的刚体性质 RBAR格式:

名 称 EID GA , GB CNA , CNB





单元标识号(整数>0)。 刚性单元两连接结点的标识号(整数>0)。 结点GA和GB在总体坐标系中独力自由度的分量号(1至6整数的任意组 合,无中间嵌入空白)。 在总体坐标系中,指定的结点GA和GB的相关自由度分量号(1至6整数 的任意组合,无嵌入空白)。

CMA , CMB

刚性体单元(RBE2)
独立自由度在单点处指定,相关自由度在任意数量的点处指定

RBE2单元是一个约束单元,描述两个或多个结点之间的位移 关系
RBE2数据格式

名 称 EID GN





单元识别号(整数>0)。 结点标识号,其6个自由度全指定为独立自由度(整数>0)。 结点GMi处的相关自由度分量号(整数1至6) 具有相关自由度的结点标识号(整数>0)。

CM GMi

例题
加筋板用两CQUAD4单元和一个CBAR单元(描述筋条)来建立模型。 两个RBE2单元用于将CBAR筋条与板单元连接。

结点7和8与CBAR单元相连接,并位于筋条的中性轴上;
RBE2单元把始结点GA的全部6个自由度与它的端结点GB的自由度 相关起来 GA称为“主结点”,它的6个自由度是独立的,GB是“从结点”, 它的6个相关自由度分量列在字场4(CM)中。 RBE2如下

第7章
材料性质

MSC/NASTRAN 可处理多种材料性质 NASTRAN 可处理的适于线性静力分析 的材料类型:
各向同性材料(MAT1) 二维各向异性材料(MAT2) 轴对称体正交异性材料(MAT3) 二维正交异性材料(MAT8) 三维各向异性材料(MAT9) 层复合材料PCOMP

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 典型应力―应变曲线

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E、G、NU满足 G ? E /(1 ?? ) 。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 结构阻尼GE不用于静力分析

MSC/NASTRAN中用MAT1卡描述,格式如下









MID E G MU RHO A TREF GE ST、SC、SS MCSID

材料标识号(整数>0)。 扬氏模量(实数≥0.0或空白)。 剪切模量(实数≥0.0或空白)。 泊桑比(-1.0<实数≤0.5或空白)。 质量密度(实数)。 热膨胀系数(实数)。
计算热载时的参考温度或温度相关热膨胀系数(实数;当A项指定时,缺省值= 0.0)。

结构单元阻尼系数(实数)。 分别为拉伸、压缩和剪切应力极限,为计算安全裕度用(实数)。 材料坐标系标识号(整数≥0,或空白)。

例子
E 静力分析,采用低碳钢材料,性质为: ? 30 ?106 磅 / 英寸2 ? ? 0.3 , ,

质量密度 ? m ? 7.0 ?10?4 磅 ? 秒2 / 英寸4

采用自由域格式为:

MAT1,5,30.E6,,0.3,7.0E-4

二维各向异性材料(MAT2)
一般各向异性材料,平面应力—应变关系用(7-1)表示

横向剪应力—横向剪应变关系则由(7-2)定义

其中,T为温度, TREF 为参考温度,Ai为热膨胀系数

NASTRAN中,用MAT2卡描述板(壳)单元各向异性材料性质。格式









MID Gij RHO Ai TREF GE
ST、SC、SS

材料标识号(整数>0)。 材料性质矩阵(实数)。 质量密度(实数)。 热膨胀系数向量(实数)。 参考温度(实数)。 结构单元阻尼系数(实数)。 分别为拉伸、压缩和剪切应力极限(实数,用于计算安全裕度)。 材料坐标系标识号(整数≥0,或空白)。

MCSID

用PCOMP卡进行复合材料分析时,MAT2卡自动生成

轴对称体正交异性材料(MAT3)
轴对称体正交异性材料,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,必须满足如下关系

MAT3卡格式 ?

名称 MID EX、ETH、EZ





材料标识号(整数>0)。 X、和Z方向扬氏模量(实数>0)

MUXTH、MUTHZ、MUZX
RHO GZX AX、ATH、AZ TREF GE

泊桑比(实数)。
质量密度(实数)。 剪切模量(实数≧0.0)。 热膨胀系数(实数)。 参考温度(实数)。 阻尼系数(实数)。

二维正交异性材料(MAT8)
二维正交异性材料: 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 MID E1 E2 MU12 G12 G1Z G2Z RHO Ai TREF Xt、Xc Yt、Yc S GE F12 STRN

内 容 材料标识号(整数>0)。 纵向弹性模量(实数)。 横向弹性模量(实数)。 泊桑比(1方向单轴载荷作用下的)(实数)。 面内剪切模量(实数>0.0)。 1-Z平面受剪的剪切模量(实数>0.0或空白)。 2-Z平面受剪的剪切模量(实数>0.0或空白)。 质量密度(实数)。 i方向的热膨胀系数(实数)。 参考温度(实数)。 分别为纵向拉伸、压缩时的允许应力或允许应变 (实数>0.0)。 分别为横向拉伸、压缩时的允许应力或允许应变 (实数>0.0)。 允许的面内剪切应力或应变(实数>0.0)。 结构阻尼系数(实数)。 Tsai—Wu理论中的交互项(实数)。 最大应变理论要求的应力(或应变)识别码,若STRN=1.0,则Xt、Yt、 Xc、Yc及各项输入应变值;若STRN为空白,则为应力值。

三维各向异性材料(MAT9)
三维各向异性材料,应力—应变关系

MAT9卡格式如下

6?6

名称 MID





材料标识号(整数>0)。

Gij RHO
Ai TREF GE

材料坐标系中的对称材料性质矩阵元素(实数)。 质量密度(实数)。
热膨胀系数(实数)。 参考温度(实数)。 结构阻尼系数(实数)。

MAT9卡适用于体元CHEXA、CPENTA和CTETRA

层复合材料(PCOMP)
层复合材料,NASTRAN提供材料性质卡PCOMP,格式如下

名称





PID
Z0

性质标识号(整数>0)。
参考面至底面之距(实数)。

NSM
SB FT

单位面积非结构质量(实数)。
胶接材料允许剪应力(实数>0.0)。 破坏准则识别码(BCD值):FT = HILL,HILL准则;FT = HOFF,
Hoffman准则;FT = TSNI,Tsai-Wu准则;FT =STRN,最大应变破坏准 则。

TREF LAM MIDi Ti THETAi SOUTi

参考温度(实数)。 叠层排列方式识别码(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。

不同层的标识号ID,各层是以底层为1号依次定义的。 各铺层的厚度(实数)。 每层纵向与单元材料轴的夹角(实数)。 应力或应变输出请求(YES或NO)。

第8章
静力载荷

概 述
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。

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

名 称 SID G CID F





载荷集标识号(整数>0)。 结点标识号(整数>0)。 坐标系标识号(整数0,缺省值= 0)。 比例系数(实数)。
集中力向量的分量,在CID坐标系中定义(实数,只少有一个Ni≠0)。

Ni

例子:集中力F作用于悬臂梁自由端


自由域格式为: 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 SID G F Gi





载荷集标识号(整数>0)。 结点标识号(整数>0)。 力的系数(实数)。 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MOMENT卡定义,格式

SID
G CID M Ni

载荷集标识号(整数>0)。
为力矩作用的结点标识号(整数>0)。 坐标系标识号(整数0,或空白)。 比例系数(实数)。 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Ni≠0)。

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单元,分布载荷限沿单元全长线性变化 PLOAD1卡的格式如下

名称 SID EID
TYPE





载荷集标识号(整数>0)。 CBAR、CBEAM或CBEND单元的识别号(整数>0)。

载荷类型。用如下字符表示: “FX”、“FY”或“FZ”:分别为基本坐标系中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;
为X1、X2确定比例系数,用如下字符表示: “LE”(实际长度),Xi值是沿单元轴的实际距离,若X1≠X2,Pi值是单元 每单位长度的载荷密度; “FR”(比例长度),Xi值是沿单元轴距离与单元总长度之比,如果X1≠X2 ,Pi值是单元每单位长度的载荷密度; “LEPR”(投影长度),Xi值是沿单元轴的实际距离; “FRPR” (比例投影长度),Xi 值为沿单元轴实际距离与总长之比,Pi值 为单元每单位投影长度载荷密度; 从梁(CBAR、CBEAM或CBEND)端A起算的沿梁轴线之距(实数,X2可为 空白,)。

SCALE

X1,X2

P1,P2

分别为X1和X2处的载荷系数(实数,或空白)。若X1≠X2,则在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;若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=12.6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)
对有相同均布压力的多个二维单元(CQUAD4或CTRIA3),PLOAD2卡 十分方便 PLOAD2卡格式:
?



名称





SID P EIDi

载荷集识别号(整数>0),由情况控制指令LOAD = SID选取。 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。 单元识别号(整数0,或空白,对于替换形式,EID2>EID1,并且要求其 间的所有单元号是实际存在的)。

PLOAD

名称
SID Gi P


结点号



载荷集标识号(整数>0)。 压力(实数),方向按单元结点连接顺序,以右手定则确定。

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

替换格式(仅适于面单元)

名称 SID
EID ? ? EID1 ? EID 2 ? ?





载荷集标识号(整数>0)。 单元标识号(整数>0,对于“THRU”选择,EID1<EID2)。 单元面各角点处的单位面积载荷(实数或空白,P2、P3和P4的缺 省值为P1)。 压力面上任意角结点的标识号,仅对体元才要求此数据 (整数>0,或为空白)。 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。

P1 2 ? ,P ? P 3  4 ? ,P
G1

G3

G4

四面体元CTETRA不受压力的角结点编号(整数>0)。 坐标系标识号(整数0,缺省值= 0)。 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)。

CID N1,N2,N3

例1: 作用于曲板上的均布压力(PLOAD4)

用PLOAD4卡替换形式定义

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

名称 SID CID





重力载荷集标识号(整数>0)。 坐标系标识号(整数0,缺省值为零)。

G Ni

重力加速度向量比例系数(实数)。
在坐标系CID中定义的加速度向量分量(实数,只少有一个Ni≠0)。

旋转引起的离心惯性力,用RFORCE卡定义。格式

名称 SID G CID A
R1,R2,R3





离心载荷集标识号(整数0,为零时代表基本坐标系原点)。 结点标识号(整数>0)。 定义选转向量的坐标系标识号(整数0,缺省值为0)。 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

名称 SID EIDi Di





强迫变形集标识号(整数>0)。 单元标识号(整数>0)。 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

名称
SID Gi Ci Di





载荷集识别号(整数>0)。 结点或标量点标识号(整数>0)。 位移分量号(0≤整数≤6,1至6个的唯一整数,无嵌入空白)。 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

名称 SID G T





温度集标识号(整数>0)。 结点标识号(整数>0)。 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

名称 SID T

内 容 载荷集标识号(整数>0)。 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、BAR、BEAM、BEND和CONROD或TUBE,用 TEMPRB卡来定义温度场,格式:

第二继续卡的替换形式
' Tij

名称
SID EIDn TA、TB





温度集标识号(整数>0)。 单元标识号。 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)。

' Tij

Tij

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

T'

继续卡的替换格式为

名称





SID

温度集标识号(整数>0)。 单元标识号(整数>0)。 平均温度(实数)。

EIDn

T

T'
T1、T2

等效温度梯度(实数,不用于膜单元)。
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

第三继续卡的替换格式为

名称 SID EIDn Z0 Zi





温度集标识号(整数>0)。 单元标识号(整数>0)。 底面至参考面之距(实数)。 平面i至参考面之距(实数)。

T0
Ti

底面温度(实数)。
平面i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)

所 组 合 的 载 荷 是 用 FORCE 、 MOMENT 、 FORCE1 、 MOMENT1 、 FORCE2 、 MOMENT2 、 PLOAD 、 PLOAD1 、 PLOAD2 、 PLOAD3 、 PLOAD4、PLOADX、SLOAD、SPCD、RFORCE或GRAV卡来定义
LOAD卡格式:

名称 SID S Si Li





载荷集标识号(整数>0)。 总比例系数(实数)。 分比例系数(实数)。 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
? ?? P

?S ?P ?
i Li i

例子:
(1) (2) Y向15.2磅的集中力F作用于结点12上 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

?P? ? S?Si?PLi ?
  1.0?2.0?30? ? 3.0?40?? ?
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
i

在模型数据集中

注意:
NASTRAN可用情况控制SUBCASE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) 还可用情况控制指令SUBCOM和SUBSEQ定义子情况(不同载荷 条件)的线性组合。 例子:说明SUBCOM和SUBSEQ应用

F1 ? 2000
F2 ? 1000
1

Z

2

4

3 X 5 F1 F2

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
LOAD = 10 SUBCASE 2 LOAD = 20 SUBCASE 100

(选取垂直载荷F1)

LABEL = VERTLCAL LOAD 2000.0 LBS

(选取水平载荷F2)

LABEL = HORIZONTAL LOAD 1000.0 LBS

(组合F1和F2)

SUBTITLE = COMBINATION OF THE PREVIOUS SUBCASES
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
约束处理

MSC/NASTRAN两种基本约束类型: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由度的一种约束 用途:
支持一个结构,或将一结构“固定”于地面; 处理对称或反对称边界条件; 消除结构分析中未用自由度;

消除非常弱的耦合自由度;
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; 如果分析模型中仅有几个结点需施加零位移约束,则采用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 SID Gi Ci Di





单点约束集标识号(整数>0)。 结点标识号。 位移分量号(1≥整数≤6,可填由1至6组成的多至6个唯一的整数,其间不 允许堪入空格)。 由Gi 和Ci指定的自由度强迫位移值(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

替换格式

名称
SID C Gi





单点约束集标识号(整数>0)。 分量号(任何唯一的由1至6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)。 结点或标量点标识号(整数>0或为替代格式中的“THRU”,要求G1<G2)。

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加入参数卡:
PARAM,AUTOSPC,YES 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

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5个结点,4个梁元

对于结点1需约束全部6个自由度,三个移动(1,2,3)和三个转动(4,5,6)。对于结点 5,需约束三个移动自由度(1,2,3)和两个转动自由度(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

用自由域格式,则为:

SPC,100,1,123456, ,5,12346

边界条件例题2
一四边固支板,四个板元,9个结点。

边界结点1,2,3,4,6,7,8和9必须约束所有6个自由度(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,则有

多点约束
NASTRAN中,多点约束(MPC)描述两个或多个自由度间的线性关系:

?R u
j j

j

?0

式中 uj为节点或标量点的任何自由度; Rj为用户定义的比例系数。 多点约束用途: (1) (2) (3) 将两个结点间的相关运动定义为一个自由度; 将几个运动平均值定义为一个自由度; 在结构部件间提供铰链或滑动连接;

(4) 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);
(5) 获得作用于结构或结构部件上的合力;

(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 如,要求压缩流体的力;

(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 现这种情况;
(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 状态时才用,且是不推荐的,最好采用刚性元来处理; (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

多点约束用MPC卡描述,其格式如下







SID
Gi Ci Ai

多点约束集标识号,由情况控制指令选定。
结点或标量点识别号。 自由度分量号。 比例系数。

第10章
线性静力分析

基本有限元方程
静力分析的基本有限元方程为:

[K]{u}={P}
式中 [K]为结构的弹性刚度矩阵; {u}为结点广义位移向量;

{P}为结点载荷向量。
刚度矩阵按结点自由度装配而成的,对应位移集称之为g-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 运算:
多点约束减缩(MPC),消去线性相关自由度(可选的); 单点约束减缩(SPC),消去刚体运动自由度; 静力减缩(OMIT),减小求解问题的规模(可选) 自由体支持(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

自由体支持

SUPORT

解题过程
确定物理模型
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 E=30E6

泊桑比 v=0.3
载荷: 承受集中力F,见图 边界条件:两端简支。 求解:确定在载荷F作用点处 梁的挠度和应力,不考虑横向剪 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,形成输入文件的执行控制语句集
ID MPM,CH 12 EXAMPLE SOL 101 TIME 100 CEND

第2步 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。 最后形成具有四个结点、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3步 形成模型数据集
建立有限元模型的“几何”、“单元”、“材料”、“载荷”与“约束”五类 数据 几何数据

GRID卡如下:

若采用自由域格式,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 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。尽管的选择有点 任意,但其方向必须与梁剖面 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 选的四点局部坐标值。

考虑横向剪切影响,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。若不填,其缺省值为无穷大,意味着剪切对挠度无影响。
对于无剪切影响,PBAR卡为

材料性质
梁的材料为钢材,弹性模量,泊桑比。采用MAT1卡来定义,材料标识号选为201

载荷数据
结点3处有100磅集中力,方向向下。用FORCE卡定义。选用载荷标识号选为10,
该FORCE卡如下

边界条件

(1)可用GRID卡第8项(PS)填入固定约束自由度分量。
(2)考虑到1和4结点约束相同,采用SPC1卡描述。SPC1卡

第4步 提出分析输出要求,建立情况控制指令集
位移和单元应力输出,如下的情况控制指令是必须的
DISP = ALL(输出全部结点位移) STRESS = ALL(打引所有单元的应力) 为了检查计算结果,采用如下指令是合适的:

FORCE = ALL(打引所有单元力)
SPCF = ALL(打引所有约束反力)

输入数据文件的输出采用如下指令:

FCHO= BOTH (输入文件以分类和未分类两种形式输出)
输出结果页面的标题和子标题可用 TITLE和SUBTITLE指令:

TITLE = HINGED

BEAM
CONCENTRATED FORCE

SUBTITLE = WITH

对载荷和约束的选取如下:
LOAD ? 10 ? 标识号应与所选模型数据卡的标号相对应    ? SPC ? 100 ?

最后,形成了如下情况控制指令集:
CEND ECHO = BOTH DISP = ALL

STRESS = ALL
FORCE = ALL SPCF = ALL SPC = 100 LOAD = 10 TITLE = HINGED BEAM SUBTITLE = WITH CONCENTRATED FORCE

上述情况控知指令要求放在CEND之后,相互的顺序是任意的。 第5步 完成输入文件

运行MSC/NASTRAN并输出结果
MSC/NASTRAN的计算结果放在.F06文件中。

检验结果
错误信息
MSC/NASTRAN对有限元模型、运算过程错误信息,记录在文件.F06中。

残余力向量误差ε
残余力向量误差EPSILON是十分小的(~10-6),这表明稳定的数字特性,不 存在大的舍入误差,所求解的刚度矩阵特性好(不存在奇异性、病态条件)。

位移量级判断
梁的挠度量级为英寸,这同梁的长度与剖面尺寸相比均是很小的量,符合小位 移假设,结果是合理的。如果得到大于几英寸的挠度结果, 载荷太大,或是材料特性数据(弹性模量)不正确,或该问题根本不是线性问 题。

平衡检查
为检验静力平衡,需计算支持点的反力

与经典理论结果的比较

第10章
模态分析

基本有限元方程
模态分析基本有限元方程

[ M ]{u} ? [ K ]{u} ? 0 ??
u [M]和[K]分别为结构系统的质量矩阵和刚度矩阵,{u}和 {??} 分别为节点位移
与加速度

解为如下的简谐运动

{u} ? {? } sin ?t
{? 其中, } 为模态形状, 为圆频率 ?

等价为特征方程的非0解

  ] ? ?2 [ M ] ?} ? 0 ( [K ){

有限元分析中,矩阵[K]和[M]实的对称矩阵,它们满足正交性,即

m i , 当i = j {φi } [ M ]{φj } = 0{ 0, 当i ≠j
T

k i , 当i = j {φ i } [ K ]{φ j } = { 0, 当i ≠j
T

mi称为模态质量,ki称为模态刚度,fi=φ iTF(t)称为模态力

{φi}称为系统第I阶模态,ωi为系统第I阶固有频率。

质 量
质量矩阵
质量矩阵分为:集中质量矩阵(仅存在非零对角元素) 耦合质量矩阵(存在非零非对角元素) MSC/NASTRAN中,单元质量矩阵计算方法有两种:集中质量公式, 与耦合质量公式 以下图所示杆单元为例

L = 长度,A = 面积,J = 扭转常数,E = 扬氏模量, ρ = 质量密度,IP = 极惯性矩,1-4 = 自由度 CRQD单元集中质量矩阵为

CRQD单元的耦合质量矩阵为

NASTRAN中,单元质量阵类型由用户选择(缺省值为集中质量矩阵)。当用户需采用耦合 质量阵时,在模型数据中加入参数卡 PARAM,COUPMASS, 1

质量
引入质量数据基本方法:
1)通过材料性质卡(如MAT1)中质量密度(RHO)附加 给结构单元 2)单位长度或单位面积面上非结构质量(如地板载荷 和绝热材料)用单元的性质卡(如PSHELL卡)中的 非结构质量项(NSM)引入 3)结点质量用CONM1,CONM2和CMASSi数据卡定义 4)CONM1定义6×6耦合质量矩阵,CONM2定义结点集中 质量,CMASSi定义标量质量

质量单位
(1)NASTRAN中,不要求确定单位,但各物理量单位要保持一致 质量单位可为:
磅-秒2/英寸 或 千克-秒2/米 (在英寸-磅-秒系统) (在米-牛顿-秒系统)

(2)以重量单位输入质量数据(如密度),可用参数
PARAM,WTMASS,V1

将重量单位变为质量单位,V1为变换系数 (3)如用英制单位,以RHO=0.3磅/英寸3输入重量密度,用参数

PARAM,WTMASS,0.002588
将重量密度化为质量密度,这里重力加速度g = 386.4英寸/秒2

特征值解法
求解特征方程,MSC/NASTRAN提供三类解法:
跟踪法 (Tracking method)

变换法 (Tromsformation

method)

兰索士法(Lamczos method)

跟踪法
1)对仅求几个特征值(或固有频率)问题有效 2)对求解大型稀疏质量和刚度阵的大型特征值问题有效 3)MSC/NASTRAN中,提供两种解法。即为逆幂法(INV)和移位逆幂 法(SINV) 4)逆幂法和移位逆幂法均用模型数据卡EIGR定义,用情况控制指令 METHOD选取。

变换法
1)对于维数小、元素满的矩阵,且需求全部或大
部分特征值问题有效 2)MSC/NASTRAN提供变换法有:吉文斯(Givens) 法(GIV),修正吉文斯法(MGIV),郝斯厚 德(HOU)法和修正郝斯厚德(MHOU)法 3)吉文斯(GIV)法和郝斯厚德 (HOU) 法要求[M] 阵正定。修正吉文斯法(MGIV)与修正郝斯厚

德法(MHOU)允许[M]奇异,从而可求解刚体模
态。 4)变换法用模型数据卡EIGR描述,用情况控制指 令METHOD选取

兰索士(Lanczos)法
1)兰索士(Lanczos)法是将跟踪法和变换组 合的新的特征值解法 2)对非常大的稀疏矩阵的几个特征值问题

最有效
3)兰索士法用模型数据卡EIGRL描述,用情 况控制指令METHOD选取 4)兰索士法是首先推荐的

特征值方法比较
变换法 最有效应用 小的密的矩阵 许多特征值 HOU GIV MHO U MGIV 跟踪法 大而稀疏的矩阵 许多特征值 INV SINV 兰索士法 非常大的特 征值问题

会丢根吗?

不会 会


不会
允许奇异质量 矩阵吗? 得到的特征值 数量
NB N 计算量级 E
32

不会


不会
是 是 几个,接近 移位点



一次求解得全部特征值

一个,接近移位点

N

3

NB2 E

NB2 E

N为刚度矩阵的维数,B为半带宽,E为特征值个数

执行控制

输入文件说明
3

模态分析解法流程有三条:
SOL
SOL SOL 63 103

SOL 3为老固定流程;SOL 63为老模态超单元分析流程;SOL 103,包含敏度分析和自动再起动超单元分析功能的结构模 态分析新流程。一般推荐使用SOL 103 流程。 情况控制
对模态分析,必不可少的情况控制指令 METHOD = SID

用于选取特征值解方,SID为模型数据卡EIGR或EIGRL中集识别号

模型数据
1)定义坐标系统、结构几何、有限单元、材料特性、约束条件等与 静力分析相同

2)特征值问题解法指定卡(EIGR,EIGRL)
3)EIGR卡定义跟踪法和变换法两类特征值解法,格式

名称 SID METHOD





集标识别号(整数>0)。 选取特征值求解方法(BCD值) METHOD = INV 逆幂法 SINV 移位逆幂法 GIV 吉文斯变换法 MGIV 修正吉文斯法 HOU 郝斯厚德变换法 MHOU 修正郝斯厚德法 AGIV 自动选取GIV或MGIV法 AHOU 自动选取HOU或MHOU法

F1,F2

指定频率范围(实数≥0.0) 若METHOD=“INV”或“SINV”时,在F1和F2间求出ND个特征解,若 ND 为 空 白 , 则 找 出 F1 和 F2 间 所 有 特 征 解 ; 若 METHOD = “GIV” 、 “MGIV”、“HOU”或“MHOU”时,寻求所有的特征值,只计算频率为F1 至F2之间的特征向量,但若指定ND值,只计算ND个频率最低的特征向量。

NE ND

频率在F1和F2间根的估算个数(整数>0)。 需求特征解的个数(整数>0)。 METMOD =“INV”或“SINV”时,指定求解特征根与特征向量的数目。 METMOD = “GIV”、“MGIV”、“HOU”或“MHOU”时,指定求解特 征向量的数目。 选定正则化向量的方法(BCD值)。 MASS 对特征向量的最大分量正则化; POINT 对特定自由度正则化。 结点或标量点标识号,只当NORM = ROINT时才需要 (整数>0)。 指定特定结点的分量号,只当NORM = ROINT时使用 (1≤整数≤6)。

NORM

G

C

注意事项: 1)EIGR卡必须由情况控制指令METHOD = SID来选取
2)F1和F2的单位为赫兹(HZ) 3)继序卡可以省略,此时特征向量正则化为对质量矩阵 正则化 4)使用METHOD =“SINV”时,若F2为空白,则只计算出一 个大于F1的特征根

EIGRL卡是专门定义兰索士法的模型数据卡,它的格式如下

名称
SID V1,V2





集标识号(整数>0)。 设定模态分析时的频率范围或屈曲分析时的特征值范围 (实数或空白,V1<V2)。 所需特征解的数量(整数>0,或空白)。 诊断输出次数选取(0≤整数≤3,缺省值为1)。 按块或集设定的向量数(1≤整数≤5,缺省值为7)。 第一个模态的频率预估值(实数或空白)。 特征向量正则化的选定(BCD值)。 MASS 对质量矩阵正则化; MAX 对特征向量之最大分量正则化,仅限于屈曲分析时使用。

ND MSGLVL MAXSET SHFSCL NORM

注意事项:

1)EIGRL卡必须由情况控制指令METHOD = SID选取
2)在模态分析时,V1与V2的单位为HZ;在屈曲分析时,则为特征值。 3)所求得的特征根由小至大排列,利用V1、V2和ND三个参数可以控制求解范围,
如下表所示
序号

V1 √ √ √ √

V2 √ √

ND √

求解特征根的范围 在V1与V2之间的最低ND个根或全部 在V1与V2之间的全部特征根

1 2 3 4 5 6 7 8



在[V1,+∞]区间内的最低ND个根 在[V1,+∞]区间之最低特征根



在[-∞,+∞]区间内之最低ND个根 最低一个特征根

√ V2



小于V2之最低ND个根 小于V2之全部特征根

例子1

图为被约束两自由度模型,包括两个弹簧,两个集中质量。两集中质量 沿y方向移动。 使用正则模态分析(SOL 103),用自动选择Householder方法或改进 Householder方法(EIGR卡中的METHOD = AHOU),特征向量用最大法进 行正则化(EIGR卡中的NORM = MAX)

输入文件

输出:每个模态特征值,圆频率(rad/s) ,自然频率(Hz),广义质量 和广义刚度,对每个模态显示特征向量,单点约束力和弹簧力

例子2:悬臂梁模型

输入文件:

输出结果

例子3:四分之一板模型

注:SS = 简支边界 1,2= 对称和/或反对称边界

问题:四边简支四边形模型。该模型主要说明处理对称结构模型各种边 界条件的应用。 采用子情况,定义如下四种不同边界条件: l 对称-反对称

l
l l

反对称-对称
对称-对称 反对称-反对称

采用BC情况控制指令识别多各边界条件。SPCADD模型数据卡定义所有 SPC卡的组合。

四分之一板输入文件:

例子4:轿车框架模型

图示该轿车模型部分模态。模态7是整体翘曲模态;模态8是车顶塌陷模态;模 态9是局部(前部)车顶模态;模态10是后车身局部模态。

第11章
线性屈曲分析

屈曲: 结构在载荷不再增加的情况下继续变形(丧失稳定性) 基本有限元方程
有限元中,线性屈曲问题是在线性刚度矩阵加入微分刚度的影响 微分刚度:应变-位移关系式中的高阶项,代表了线性近似过程。

微分刚度矩阵是几何,单元类型和作用载荷的函数

?K? ? ?K a ? ? ?K d ?

总应变能等于

?U? ? 0.5?u?T ?K a ??u?? 0.5?u?T ?K d ??u?
??U ? ? ?K a ??u? ? ?K d ??u? ? ?0? ?u i

det([K a ]+ pa[ K d ]) = {0}
pa只对特定的值成立。这些值是临界屈曲载荷

det([K a ]+ λ i [ K d ]) = {0}

屈曲分析步骤
MSC/NASTRAN,用求解序列105求解线性屈曲问题
载荷

1)屈曲分析第一步是进行静力分析,形成微分(或几何)刚度矩阵
2) 静力分析载荷只需给出其分布,而载荷的数值大小是不重要的 边界条件

因对称结构最低屈曲模态不一定对称,屈曲分析往往采用全结构进行分析。
特征值解法 在MSC/NASTRAN中有七种实特征值抽取方法: Givens法,修改的Givens法,Householder法,修改的Householder法, 逆幂法,增强的逆幂法,Lanczos法 用于线性屈曲分析 逆幂法,增强的逆幂法,Lanczos法

1、MSC/NASTRAN输入/输出格式被公认 为一种标准 2、几乎所有CAD/CAM系统都开发有与

MSC/NASTRAN的接口
3、MSC/NASTRAN的计算结果常作为评

估其它有限元分析软件精度的参照
标准

大型:有上百万条源程序语句 功能齐全:进行静力、动力分析,敏度

分析与优化设计
实用面广:航空、航天、船舶、汽车、 机械、建筑、桥梁、水力、 化工、海洋、能源、橡胶等

1、每一版本发行都要经过4个
级别,5,000多个测试题目

的考核
2、近30年的开发与不断改进

3、50,000多个用户的长期工程
应用验证 4、MSC/NASTRAN已成为许多工

业部门法定结构分析软件。

l MSC/NASTRAN 线性静力与模态分析指南

( MSC/NASTRAN Linear Static and Normal Modes Analysis User’s Guide )
l MSC/NASTRAN 基本动力分析指南 ( MSC/NASTRAN Basic Dynamic Analysis User’s Guide ) l MSC/NASTRAN 数值方法指南 ( MSC/NASTRAN Nunerical Methods User’s Guide ) l MSC/NASTRAN 设计敏度与优化指南 ( MSC/NASTRAN Design Sensitivity and Opotimization User’s Guide ) l MSC/NASTRAN 气弹分析指南 ( MSC/NASTRAN Aeroelastic Analysis User’s Guide ) l MSC/NASTRAN 热分析指南 ( MSC/NASTRAN Thermal Analysis User’s Guide )

l

MSC/NASTRAN 超单元分析指南
( MSC/NASTRAN Superelement Analysis User’s Guide )

l

MSC/NASTRAN DMAP和数据库应用指南 (MSC/NASTRAN DMAP and Database Application User’s Guide)

l

MSC/NASTRAN 非线性分析指南
( MSC/NASTRAN Nonlinear Analysis User’s Guide )

1、为用户提供由DMAP语言组 成的固定分析流程 2、用户根据需要用DMAP语言

修改与重组新的流程。

第一章
动力分析概述

动力分析过程

单自由度系统
动力学方程
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

? u

?? u

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 u, u 的函数。 ?

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

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:

其中,

初始条件

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:

a)

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 l 1971年,MSC推出专利版MSC/NASTRAN l 1973年,MSC定为NASTRAN(NASA)维护商 l 1989年, 发布经重大改进的 MSC/NASTRAN66 l 1991年,将CAD技术引入MSC/NASTRAN V67.5及相应产品Nastran for Window l 1994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.ADVANCED FEA等

标志着CAE 领域新阶段的开始

l l l l

1995年,MSC/NASTRAN V68.2版 1996年,MSC/NATRAN V69版 1997年, MSC/NASTRAN V70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 l l l l l l l l l 正交模态分析(固有频率与振动模态) 直接复特征值分析 模态复特征值分析 直接频率响应分析 模态频率响应分析 直接瞬态响应分析 模态瞬态响应分析 响应谱分析 随机动力分析 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 l l l 线性稳态热传导分析 非线性稳态热传导分析 瞬态热传导分析 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 l l 线性静力超单元分析 屈曲超单元分析 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/ARIES

2、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
2、用户指南 3、MSC/NASTRAN 快速参考手册

使用入门

( Getting Started With MSC/NASTRAN User’s Guide )

( MSC/NASTRAN Quick Reference Guide )

4、MSC/NASTRAN 参考手册
( MSC/NASTRAN Referemce Manual )

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

? F1 ? EA ? 1 ? 1? ? u1 ? ? ?? ? ? ?u ? ? F2 ? L ?? 1 1 ? ? 2 ?
[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量

?F?? ?K ??u?

总体刚度矩阵

? F1 ? ? K a ? K a ? ? u1 ? ? ??? ? ? F2 ? ?? K a K a ? ?u 2 ? ? ? ?F2 ? ? K b ? K b ? ?u 2 ? ? ??? ?? ? ? F3 ? ?? K b K b ? ? u 3 ?

? Ka 0 ? ? u1 ? ? F1 ? ? K a ? ? ? ? ?u ? ?F2 ? ? ?? K a K a ? K b ? K b ? ? 2 ? ?F ? ? 0 ? Kb K b ? ?u 3 ? ? 3? ? ?? ?

线性静力有限元分析步骤
结构离散 施加载荷

形成单元刚度矩阵
求解方程

装配总体刚度矩阵
计算位移、应力等

施加约束边界条件

F = 10000 磅

例子:

面积 A = 1.5 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2

L = 10 英寸YIN

面积 A = 2.0 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2

L = 10 英寸

1、建立结构有限元模型
L=10英寸 A=1.5英寸2

结点 3#

单元 ②

结点 2# L=10英寸 A=2.0英寸2 单元 ①

结点 1#

2、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
?(el1) ?
?(el2) ?

?L u 2 ? u1 ? 0.005 ? 0.0 ? ? ? ? 0005 0. L L 10
?L u 3 ? u 2 ? 0.01167 ? 0.005 ? ? ? ? 0006667 0. L L 10

1 1 σ (el ) = Eε (el ) = 10 ×10 6 ×(-5) ×10 -4 = -  (磅 / 英寸) 2 5000

σ (el2 ) = Eε (el2 ) = 10 ×10 6 ×(-6.667 ) ×10 -4 = -  (磅 / 英寸) 2 6667

第三章

NASTRAN有限元模型知识

离散化结构的描述
l
l l

有限元模型所需数据:
坐标系 模型几何

l
l l l

有限单元
载荷 边界条件 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:CTRIA 3 六结点三角形板元:CTRIA 6 四结点四边形板元:CQUAD 4 八结点四边形板元:CQUAD 8

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


l
l l

约束元(无限刚硬,称为刚性元)
刚性杆:RROD
刚性梁:RBAR 刚性三角板:RTRPLT

l
l l

刚性体:RBE1,RBE2
均方加权约束元:RBE3 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 l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷 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:Nastran model1.dat

4、输入文件包括五个部分,三个限定符

NASTRAN语句

可选

文件管理语句

可选

执行控制语句

必须

CEND 情况控制指令

必须限定符

BEGIN BULK 模型数据集

必须限定符

ENDDATA

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) (2) 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) 管理一组模型数据输入

(3)
(4)

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
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“BEGIN

BULK”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
ID ROD EXAMPLE 执行控制段 SOL 101

TIME 5 限定符 CEND LOAD=8 情况控制段 DISP=ALL SPCF=ALL ECHO=BOTH 限定符 BEGIN BULK GRID,1, ,0.,0.,0., ,123456 GRID,2, ,0.,8.0,0., , FORCE,8,2, ,20.,0.,1.,0. 模型数据段 CROD,1,15,1,2 PROD,15,5,4.909E-2 MAT1,5,30.E6, ,0.3 ENDDATA

MSC/NASTRAN输出文件
MSC/NASTRAN输出文件包括
ROD.DBALL ROD.F04 ROD.F06 ROD.LOG ROD.MASTE 包含数据库运行的永久性数据 包含数据库文件信息和模块执行摘要 包含MSC/NASTRAN的分析结果 包含系统信息和系统错误信息 数据库运行总辞典

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 输入量: 结点坐标 弹性模量 作用力矩 作用力 质量 时间 输出量: 位移 应力 英制 英寸 磅/ 英寸2 英寸磅 磅 磅秒2/英寸 秒 英寸 磅/ 英寸2 SI 米 牛顿/米2 牛顿米 牛顿 千克 秒 米 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 实数 字符 不能包含小数点 必须包含小数点 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”可采用如下形式输入

自由域、小域与大域格式
(1) MSC/NASTRAN 三种输入数据格式
自由域格式 小域格式 大域格式 输入数据字域是用逗号分开 共十个字域,每个字域有八个字符 十个字域,每个字域包含16个字符

(2) NASTRAN语句、文件管理段、执行控制段、情况控制段用自由格式
(3) 模型数据段用三种格式中任何一种 (4) NASTRAN 模型数据段每一个输入数据记录(卡)包含十个字域 (5) 第一个字域填入该模型数据卡的特征名(如GRID,CBAR,MAT1,等 等) 4) 第二字域至第九字域包含模型数据记录(卡)的数据输入信息 第十字域不填数据,为继续信息记录(卡)预备

典型NASTRAN模型数据记录格式,GRID记录(卡)

自由域格式

自由域格式必须从第一列开始填数 据; 跳过字域,用逗号实现 整数和字符字域不能超过八个字符 由域数据不能包含嵌入的空格。

小域格式

第1字域和第10字域必须是左对齐 第2字域至第9字域无需左或右对齐 小域输入数据不能包含任何嵌入空格

大域格式

要求高数字精度,采用大域格式 大域格式表示的每个记录只少有两行

继续卡
模型数据记录多于八个字域的数据,需要继续卡 如:简单梁性质卡PBAR:

输入(.DAT)文件

集中质量 lumped mass
集中质量法是一种简单的静力等效计算, 只需将单元的全部质量按静力等效原则 分配到所有节点上,然后计算质量矩阵。 在这种计算中,质量只与平动自由度有 关,质量矩阵中与转动有关的系数等于0。

耦合质量 coupled mass
耦合质量是按功的等效原则,根据假定 位移形函数由虚功原理导出,不但包括 平动惯性效应,还考虑了转动的惯性效 益。

一维单元
ROD 一维线弹性杆单元 BAR 等截面弯曲梁单元 BEAM 变截面弯曲梁单元 BEND 曲线梁单元


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