patrannastran教程513g msc培訓(xùn)動力分析1章

第一章動力分析概述動力分析過程

其中，m為質(zhì)量（慣性），

b為阻尼（能量耗散），

k為剛度（恢復(fù)力）

n為非線性恢復(fù)力

p為作用力

u為位移為加速度為速度 通常，作用力p、位移u、速度、加速度為時(shí)間函數(shù)，m、b、k為常數(shù)，非線性恢復(fù)力n為的函數(shù)。單自由度系統(tǒng)

動力學(xué)方程

單位長度L(inch,m)，質(zhì)量M（slug,kg），時(shí)間T（second）基本單位

基本與推導(dǎo)單位

常用變量工程單位

注意

用一致的單位制常見錯(cuò)誤是質(zhì)量與阻尼單位

Nastran不檢驗(yàn)單位，用戶應(yīng)該小心單自由度系統(tǒng)無阻尼自由振動

動力學(xué)方程

解：初始條件

其中，解的最后形式：單自由度系統(tǒng)阻尼自由振動

動力學(xué)方程

臨界阻尼

臨界阻尼比解：欠阻尼情況其中，為阻尼固有頻率

臨界阻尼情況（無振蕩發(fā)生）

過阻尼情況無振蕩發(fā)生，系統(tǒng)逐漸回到平衡位置（至少不會擴(kuò)散）

通常分析欠阻尼情況，結(jié)構(gòu)的粘性阻尼一般在0~10%范圍內(nèi)

單自由度系統(tǒng)無阻尼簡諧振動

動力學(xué)方程其中，為激勵(lì)力頻率

解的形式

穩(wěn)態(tài)解部分MSC/NASTRAN開發(fā)歷史l

1964年，MSC承擔(dān)美國航空航天局（NASA）主持

NASTRAN的開發(fā)

1971年，MSC推出專利版MSC/NASTRAN1973年，MSC定為NASTRAN(NASA)維護(hù)商

1989年,發(fā)布經(jīng)重大改進(jìn)的

MSC/NASTRAN661991年，將CAD技術(shù)引入MSC/NASTRANV67.5及相應(yīng)產(chǎn)品NastranforWindow1994年，MSC公司發(fā)布了經(jīng)重大改進(jìn)的MSC/NASRANV68版l

1994年，MSC與PDAE合并,形成了以MSC/NASTRAN為核心的MSC產(chǎn)品系列

如：

MSC.MVISION、

MSC.PATRAN、MSC.THERMAL、

MSC.FEA、MSC.FATIGUE、MSC.ADVANCEDFEA等標(biāo)志著CAE領(lǐng)域新階段的開始

1995年,MSC/NASTRANV68.2版

1996年,MSC/NATRANV69版

1997年,MSC/NASTRANV70版

2001年,MSC/NASTRAN2001版MSC/NASTRAN主要特點(diǎn)與功能MSC/NASTRAN的主要特點(diǎn)1)大型、通用、功能齊全、適用面廣

2)極高的軟件可靠性

3)世界領(lǐng)先的計(jì)算結(jié)構(gòu)技術(shù)先進(jìn)性

4)獨(dú)特的DMAP語言

5)標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出格式

MSC/NASTRAN主要功能1)靜力分析l

線性靜力分析（包括慣性卸載）l

屈曲分析

包括線彈性屈曲，彈性非線性屈曲和彈塑性屈曲分析。l

靜力幾何與材料非線性分析

包括大變形（大位移、大轉(zhuǎn)動以及跟隨力），非線性彈性，彈塑性，蠕變，粘彈性以及接觸問題。

2)動力分析l

正交模態(tài)分析（固有頻率與振動模態(tài)）l

直接復(fù)特征值分析l

模態(tài)復(fù)特征值分析l

直接頻率響應(yīng)分析l

模態(tài)頻率響應(yīng)分析l

直接瞬態(tài)響應(yīng)分析l

模態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)分析l

響應(yīng)譜分析l

隨機(jī)動力分析l

具有幾何和（或）材料非線性的瞬態(tài)響應(yīng)分析3)熱傳導(dǎo)分析l線性穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)分析l

非線性穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)分析l

瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析l非線性瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析

4)氣動彈性分析l

靜態(tài)氣動彈性分析l動氣動彈性分析包括顫振分析，頻率響應(yīng)分析，瞬態(tài)響應(yīng)分析，隨機(jī)響應(yīng)分析，以及氣動伺服彈性分析。5)多級超單元分析l

線性靜力超單元分析l

屈曲超單元分析l

動力超單元分析（模態(tài)綜合法）包括固有模態(tài)分析，直接與模態(tài)復(fù)特征值，直接與模態(tài)頻率響應(yīng)和直接與模態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)。l

氣動彈性響應(yīng)超單元分析l

顫振超單元分析l

穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱傳導(dǎo)超單元分析

l循環(huán)對稱（靜力、屈曲）超單元分析6)設(shè)計(jì)敏度分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化l

設(shè)計(jì)敏度分析l

多約束結(jié)構(gòu)優(yōu)化

7)通用矩陣運(yùn)算

l

運(yùn)用DMAP修改MSC/NASTRAN固定流程

l

建立用戶自己的有限元求解系列

8)特殊分析功能

l

聲響分析

l

流體與結(jié)構(gòu)耦合分析

l

循環(huán)對稱分析

l層復(fù)合材料分析

MSC/NASTRAN的前后處理

1、MSC公司直接提供的有MSC/PATRAN和MSC/ARIES2、通用CAD軟件如Unigraphics(UG),Pro/ENGINEER與I-DEAS等

3、所有著名CAD/CAM系統(tǒng)及專用有限元前后處理軟件都與MSC/NASTRAN有接口，均可生成MSC/NASTRAN的輸入文件，并進(jìn)行后置處理。MSC/NASTRAN的文檔資料

1、MSC/NASTRAN使用入門

（

GettingStartedWithMSC/NASTRANUser’sGuide）

2、用戶指南

3、MSC/NASTRAN快速參考手冊

(MSC/NASTRANQuickReferenceGuide)

4、MSC/NASTRAN參考手冊

(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

工程分析經(jīng)典法數(shù)值法精確解法近似解法能量法邊界元法有限差分法有限元法有限元法的過程線性靜力分析的基本矩陣方程單元?jiǎng)偠染仃?/p>

[K]=剛度矩陣{F}=力向量(已知){u}=由{F}引起的未知位移向量

總體剛度矩陣線性靜力有限元分析步驟

結(jié)構(gòu)離散形成單元?jiǎng)偠染仃囇b配總體剛度矩陣施加約束邊界條件施加載荷求解方程計(jì)算位移、應(yīng)力等F=10000磅L=10英寸YINL=10英寸面積A=1.5英寸2彈性模量E=10×106磅/英寸2面積A=2.0英寸2彈性模量E=10×106磅/英寸2例子：1、建立結(jié)構(gòu)有限元模型

L=10英寸A=1.5英寸2L=10英寸A=2.0英寸2結(jié)點(diǎn)3#結(jié)點(diǎn)1#結(jié)點(diǎn)2#單元②單元①2、形成單元?jiǎng)偠染仃?、總裝剛度矩陣4、施加邊界條件5、施加作用載荷6、求解矩陣方程7、計(jì)算單元應(yīng)力第三章

NASTRAN有限元模型知識

離散化結(jié)構(gòu)的描述l

有限元模型所需數(shù)據(jù)：l

坐標(biāo)系l

模型幾何l

有限單元l

載荷l

邊界條件l

材料性質(zhì)坐標(biāo)系MSC/NASTRAN有直角笛卡爾坐標(biāo)系,稱為基本坐標(biāo)系,也稱缺省坐標(biāo)系

MSC/NASTRAN允許建局部坐標(biāo)系,包括直角、柱面(r,θ,z)與球面坐標(biāo)系(r,θ,φ)

模型幾何MSC/NASTRAN中，模型幾何用結(jié)點(diǎn)定義

結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)加載而移動結(jié)構(gòu)模型每一結(jié)點(diǎn)有六個(gè)可能位移（自由度）三個(gè)移動(在X、Y和Z方向)和三個(gè)轉(zhuǎn)動(關(guān)于X、Y和Z軸)

有限單元

Nastran中，單元名前字母C是表“connection”

■

彈簧元（性質(zhì)如簡單拉伸或扭轉(zhuǎn)彈簧）CELAS1～4■

線單元（性質(zhì)象桿、棒或梁）桿元：CROD，CONROD

直梁元：CBAR，CBEAM

曲梁元：CBEND

■

面單元（性質(zhì)象膜或薄板）

三結(jié)點(diǎn)三角形板元：CTRIA3

六結(jié)點(diǎn)三角形板元：CTRIA6

四結(jié)點(diǎn)四邊形板元：CQUAD4

八結(jié)點(diǎn)四邊形板元：CQUAD8

四結(jié)點(diǎn)剪力板元：CSHEAR■

六面體元（性質(zhì)象塊料或厚板材）

六面體元

CHEXA五面體元CPENTA四面體元CTETRA■

約束元（無限剛硬，稱為剛性元）

l

剛性桿：RRODl

剛性梁：RBARl

剛性三角板：RTRPLTl

剛性體：RBE1，RBE2l

均方加權(quán)約束元：RBE3l

內(nèi)插約束元：RSPLINE載荷

(1)

MSC/NASTRAN可處理的載荷包括靜力載荷、動力瞬態(tài)、振動載荷、熱載、地震加速度和隨機(jī)載荷……(2)

靜力載荷包括：l

板和體面上的壓力載荷

l

重力載荷l

由加速度引起的載荷l強(qiáng)迫位移

l

集中力和力矩l梁上的分布載荷邊界條件

(1)

結(jié)構(gòu)對載荷的響應(yīng)通過約束點(diǎn)或結(jié)構(gòu)點(diǎn)處產(chǎn)生反力來響應(yīng)（2）一些簡單邊界件（3）MSC/NASTRAN中，邊界條件通過約束適當(dāng)自由度為零位移來處理材料性質(zhì)

NASTRAN可處理材料包括：

各向同性，各向異性，非線性(與應(yīng)力相關(guān))，流體，溫度相關(guān)的，以及復(fù)合材料等

MSC/NASTRAN輸入文件結(jié)構(gòu)

1、MSC/NASTRAN輸入文件內(nèi)容l要執(zhí)行的分析類型l

計(jì)算結(jié)果輸出要求l

模型幾何l

單元集l

材料l

載荷l

約束(邊界條件)2、輸入文件是文本文件默認(rèn)擴(kuò)展名為DAT，由文本編輯軟件或有限元前處理軟件建立

3、運(yùn)行MSC/NASTRAN命令

NASTRAN輸入文件名如：Nastranmodel1.dat4、輸入文件包括五個(gè)部分，三個(gè)限定符NASTRAN語句文件管理語句執(zhí)行控制語句CEND情況控制指令BEGINBULK模型數(shù)據(jù)集ENDDATA可選可選必須必須限定符必須限定符必須的限定符NASTRAN語句（可選的）

主要用來修改一些操作參數(shù)如：工作存儲器狀況，數(shù)據(jù)塊大小，數(shù)據(jù)塊參數(shù)等文件管理段（可選的）

主要用于初始化數(shù)據(jù)庫和FORTRAN文件執(zhí)行控制段（必須的）（1）主要功能：規(guī)定執(zhí)行作業(yè)分析解法類型（2）其它一般功能：1）可選ID語句，識別作業(yè)

2）可選TIME語句，設(shè)置作業(yè)執(zhí)行最大時(shí)間限（3）結(jié)束用CEND限定符標(biāo)識情況控制段（必須）

（1）

規(guī)定與控制分析結(jié)果輸出要求(即力、應(yīng)力和位移的輸出要求)

（2）

管理一組模型數(shù)據(jù)輸入（3）

定義分析子情況(如一個(gè)作業(yè)中施加多組載荷)，選取載荷和邊界條件（4）

位于執(zhí)行控制段后，而在模型數(shù)據(jù)段前模型數(shù)據(jù)段（必須）（1）

在情況控制段之后，以限定符“BEGINBULK”開始（2）

包含描述有限元模型的全部數(shù)據(jù)：幾何、坐標(biāo)系、有限單元、單元性質(zhì)、載荷、邊界條件以及材料性質(zhì)模型數(shù)據(jù)段記錄可以按任何秩序排列，但最后一條必是限定符“ENDDATA”

例子截面直徑0.25英寸

，一端固定，另一端作用20磅軸力。求軸力引起的伸長

MSC/NASTRAN輸入文件ROD.DAT為MSC/NASTRAN輸出文件ROD.DBALL包含數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的永久性數(shù)據(jù)ROD.F04包含數(shù)據(jù)庫文件信息和模塊執(zhí)行摘要ROD.F06包含MSC/NASTRAN的分析結(jié)果ROD.LOG包含系統(tǒng)信息和系統(tǒng)錯(cuò)誤信息ROD.MASTE數(shù)據(jù)庫運(yùn)行總辭典MSC/NASTRAN輸出文件包括無重起動，MASTER和DBALL文件在作業(yè)完成后自動清除

F06文件部分結(jié)果MSC/NASTRAN輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)單位

MSC/NASTRAN對物理單位無限制用戶在形成有限元模型時(shí)使用一致性單位制量英制SI輸入量：

結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)英寸米

彈性模量磅/英寸2牛頓/米2

作用力矩英寸磅牛頓米

作用力磅牛頓

質(zhì)量磅秒2/英寸千克

時(shí)間秒秒輸出量：

位移英寸米

應(yīng)力磅/英寸2牛頓/米2輸入數(shù)據(jù)格式實(shí)數(shù)、整數(shù)和符號輸入數(shù)據(jù)

MSC/NASTRAN有三種可能數(shù)據(jù)整數(shù)、實(shí)數(shù)和字符(也稱文字型、或BCD)整數(shù)

不能包含小數(shù)點(diǎn)實(shí)數(shù)

必須包含小數(shù)點(diǎn)字符以字母開頭，其長度最多為8個(gè)字母實(shí)數(shù)可用多種形式輸入，如，“7”可采用如下形