NASTRAN結(jié)構(gòu)有限元分析實(shí)例

ExampleShowstepbysteptheproceduresofusingthePatrantodothestressanalysis2/4/20231雙向受拉開孔板應(yīng)力及變形分析計(jì)算參數(shù)：2/4/20232問題分析由于結(jié)構(gòu)與受力的對稱性，故取如圖所示1/4板為研究對象，其中左側(cè)約束其X向位移，底側(cè)約束其Y向位移。平面問題，采用殼單元來模擬2/4/20233前處理后處理變形圖應(yīng)力圖報(bào)告，曲線商用有限元軟件分析的一般過程2/4/20234

Pre-processing(前處理)2/4/20235Tostart,doubleclick2/4/20236步驟1：創(chuàng)建庫函數(shù)（DB函數(shù)）輸入文件名雙擊此圖標(biāo)操作順序：紅黃藍(lán)黑2/4/20237步驟2：輸入或建立幾何模型使用MSC.Patran可輸入或建立幾何模型從以下CAD系統(tǒng)輸入幾何模型：CATIAPro/EUgCADDS5EUCLID3用以下通用格式輸入幾何模型：STEPParasolid

xmtIGES用MSC.Patran建立幾何模型2/4/20238步驟2：輸入或建立幾何模型—

由CATIA直接導(dǎo)入路徑為模型文件所在位置單擊此圖標(biāo)2/4/20239步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模創(chuàng)建無孔平面輸入四個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)2/4/202310步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模（續(xù)）對平面開孔輸入孔的半徑確定圓心位置選擇平面2/4/202311步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模（續(xù)）創(chuàng)建此直線輸入起點(diǎn)終點(diǎn)坐標(biāo)對平面分割2/4/202312步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模（續(xù)）創(chuàng)建此直線輸入起點(diǎn)終點(diǎn)坐標(biāo)對平面分割2/4/202313步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模（續(xù)）選擇此平面選擇此直線用新建的兩條直線對平面進(jìn)行分割2/4/202314步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模（續(xù)）刪除原始平面2/4/202315步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模（續(xù)）選擇右側(cè)平面選擇此直線用新建的兩條直線對平面進(jìn)行分割2/4/202316步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模（續(xù)）刪除原始平面2/4/202317步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模（續(xù)）刪除多余線與平面只保留1/4平面輸入要?jiǎng)h除的線與面或者在圖上選擇2/4/202318步驟2：輸入或建立幾何模型—

由Patran直接建模（續(xù)）2/4/202319步驟3：劃分有限元網(wǎng)格-布置seed由于孔邊存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，故孔邊單元需要加密，通過布置種子來實(shí)現(xiàn)設(shè)置種子個(gè)數(shù)選擇此邊2/4/202320步驟3：劃分有限元網(wǎng)格-劃分單元采用四邊形等參單元單元平均尺寸為3選擇此平面2/4/202321步驟3：劃分有限元網(wǎng)格（續(xù)）2/4/202322步驟4：施加邊界條件<0,,0>表示X，Z方向平動(dòng)被固定，Y方向平動(dòng)位移任意2/4/202323步驟4：施加邊界條件（續(xù)）選擇左邊界2/4/202324步驟4：施加邊界條件（續(xù)）<,0,0>表示Y，Z方向平動(dòng)被固定，X方向平動(dòng)位移任意2/4/202325步驟4：施加邊界條件（續(xù)）選擇下邊界2/4/202326步驟4：施加邊界條件（續(xù)）左邊界顯示約束為13456，除了第二自由度（Y方向）都施加了約束，以消除剛體位移，下邊界同理2/4/202327步驟5：施加載荷條件2/4/202328Note<f1,f2,f3>=<0,-10,0>arethreecomponentsoftheforcevectorinlocalcoordinatesystem.1234

Forexample,thelocalxaxisofside2-3isalongdirection2-3andthelocalxaxisofside1-4isalongthedirection4-1.sincezaxisisalreadydefined,thusyouknowthelocalyaxis.2/4/202329步驟5：施加載荷條件（續(xù)）選擇右邊界2/4/202330步驟5：施加載荷條件（續(xù)）若將載荷加在幾何上，軟件會(huì)自動(dòng)將其換算到節(jié)點(diǎn)上2/4/202331步驟6：創(chuàng)建材料性能注意單位的封閉性mm,MPa,N是一組封閉的單位2/4/202332步驟7：創(chuàng)建單元性能2/4/202333步驟7：創(chuàng)建單元性能(續(xù))選擇此平面2/4/202334

Runningthejob(Takeafewseconds,minutesorhours,dependingonthejobsize,typeofthejobandthecomputeryouusedtorunthejob)(求解)2/4/202335步驟8：提交分析將模型提交MSC.Nastran

進(jìn)行線性靜力分析2/4/202336

Post-processing(后處理)2/4/202337步驟9：結(jié)果導(dǎo)入automatically2/4/202338步驟10：結(jié)果顯示-變形圖

2/4/202339步驟10：結(jié)果顯示-X方向應(yīng)力云圖

2/4/202340步驟10：結(jié)果顯示-Y方向應(yīng)力云圖

2/4/202341步驟10：結(jié)果顯示-最大主應(yīng)力云圖

2/4/202342步驟10：結(jié)果顯示-最大主應(yīng)力云圖2D

2/4/202343步驟10：結(jié)果顯示-最小主應(yīng)力云圖

2/4/202344步驟10：結(jié)果顯示-最小主應(yīng)力云圖2D

2/4/202345Note:thedifferencebetweenMaxPrincipal2D---MaxPrincipalMinPrincipal2D----MinPrincipalForexample,inplanestress,oneprincipalstressiszero.InMaxPrincipal2D,thisstressisnotconsidered.Thusthefringeplotsaredifferentsincethestressstateisdifferentatdifferentpoint.Intheexamplegiven,theplotsare2Dprincipalstresses.2/4/202346Theresultsofstressesarenotveryaccurate.Themeshcanbeimprovedfurther.2/4/202347如何增加橢圓孔2/4/202348如何增加橢圓孔創(chuàng)建無孔平面輸入四個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)2/4/202349如何增加橢圓孔(續(xù)）輸入半徑輸入圓心創(chuàng)建圓曲線2/4/202350如何增加橢圓孔(續(xù))拉伸原點(diǎn)將圓變換為橢圓拉伸向量刪除原曲線操作對象為圓曲線2/4/202351如何增加橢圓孔(續(xù))刪除原始曲線2/4/202352如何增加橢圓孔(續(xù)）選擇平面選擇橢圓分割平面2/4/202353刪除原始平面如何增加橢圓孔(續(xù)）2/4/202354如何增加橢圓孔(續(xù)）刪除橢圓面2/4/202355如何增加橢圓孔(續(xù)）2/4/202356非均布分布載荷的施加（field)首先建立一空間場建立載荷邊界條件仍取1/4模型分析2/4/202357PCL函數(shù)設(shè)Field的建立場的名稱向量場實(shí)際坐標(biāo)系注意自變量寫法2/4/202358Field的顯示設(shè)定自變量取值范圍選擇要顯示的分量2/4/202359Field的顯示（續(xù)）2/4/202360施加載荷條件單擊場即可選擇右邊界選擇右邊界即可2/4/202361施加載荷條件（續(xù)）2/4/202362桁架分析（Example4.5)xy為簡化計(jì)算，設(shè)參數(shù)如下：則1點(diǎn)的位移理論解為：2/4/202363幾何建模-創(chuàng)建如圖所示五個(gè)點(diǎn)點(diǎn)1點(diǎn)2點(diǎn)3點(diǎn)4點(diǎn)52/4/202364幾何建模-創(chuàng)建如圖所示五個(gè)點(diǎn)2/4/202365幾何建模-創(chuàng)建四條直線直線1直線2直線3直線42/4/202366幾何建模-創(chuàng)建四條直線2/4/202367網(wǎng)格劃分-布置種子（seed）每根桿布置一個(gè)種子選擇這四條直線2/4/202368網(wǎng)格劃分-劃分單元選擇這四條直線2/4/202369網(wǎng)格劃分-消除重復(fù)接點(diǎn)左下角信息提示欄中顯示有3個(gè)節(jié)點(diǎn)被刪除2/4/202370施加邊界條件2/4/202371施加邊界條件（續(xù)）2/4/202372施加邊界條件-1點(diǎn)位移邊界的建立建立局部坐標(biāo)系首先建立兩個(gè)點(diǎn)（X軸上一點(diǎn)，Y軸上一點(diǎn)）點(diǎn)6點(diǎn)72/4/202373施加邊界條件-1點(diǎn)位移邊界的建立建立局部坐標(biāo)系選擇局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)，X軸上點(diǎn)以及Y軸上點(diǎn)2/4/202374施加邊界條件-1點(diǎn)位移邊界的建立選擇剛建立的局部坐標(biāo)系固定其X向位移，Y向自由選擇點(diǎn)12/4/202375施加邊界條件2/4/202376施加載荷條件選擇點(diǎn)12/4/202377施加載荷條件2/4/202378顯示節(jié)點(diǎn)的分析坐標(biāo)系因?yàn)楣?jié)點(diǎn)1在定義邊界條件時(shí)的分析坐標(biāo)系為局部坐標(biāo)系，而節(jié)點(diǎn)1所顯示的分析坐標(biāo)系為整體坐標(biāo)系，故需要修改2/4/202379修改節(jié)點(diǎn)的分析坐標(biāo)系2/4/202380創(chuàng)建材料性能注意單位的封閉性mm,MPa,N是一組封閉的單位2/4/202381創(chuàng)建單元性能2/4/202382創(chuàng)建單元性能2/4/202383提交分析將模型提交MSC.Nastran

進(jìn)行線性靜力分析2/4/202384結(jié)果導(dǎo)入automatically2/4/202385結(jié)果顯示2/4/202386結(jié)果顯示2/4/202387因?yàn)辄c(diǎn)1的分析坐標(biāo)系為局部坐標(biāo)系，故其結(jié)果也是顯示在局部坐標(biāo)系中（default),也就是說Patran默認(rèn)將結(jié)果顯示在各自的分析坐標(biāo)系中結(jié)果分析2/4/202388結(jié)果顯示-修改顯示坐標(biāo)系2/4/202389結(jié)果顯示與理論結(jié)果一致2/4/202390結(jié)果顯示與理論結(jié)果一致2/4/202391結(jié)果顯示與理論結(jié)果一致2/4/202392Patran

的結(jié)果文件為*.f06Patran

的有限元數(shù)據(jù)文件為*.bdfNotePatran

最常見的錯(cuò)誤為約束不足，即存在剛體位移查看f06文件，提示信息如下原因1：位移邊界設(shè)置錯(cuò)誤，如角位移未限制原因2：未消除重復(fù)節(jié)點(diǎn)2/4/202393網(wǎng)格劃分的基本知識(shí)（1）

幾何清理是得到高質(zhì)量網(wǎng)格的關(guān)鍵，通常也是有限元分析(FEA)中花費(fèi)時(shí)間最多的工作。而網(wǎng)格質(zhì)量往往對結(jié)果的準(zhǔn)