彈性力學(xué)仿真軟件：MSC Nastran：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)教程

彈性力學(xué)仿真軟件：MSCNastran：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)教程1彈性力學(xué)仿真軟件：MSCNastran：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析1.1MSC_Nastran軟件概述MSCNastran是一款世界領(lǐng)先的多學(xué)科仿真軟件，由MSCSoftware開發(fā)。它被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子、能源等多個(gè)行業(yè)，用于解決復(fù)雜的工程問(wèn)題，包括結(jié)構(gòu)分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱分析、流體動(dòng)力學(xué)分析等。在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析領(lǐng)域，MSCNastran提供了強(qiáng)大的求解器和豐富的單元庫(kù)，能夠模擬結(jié)構(gòu)在時(shí)間域內(nèi)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，如沖擊、碰撞、振動(dòng)等。1.1.1特點(diǎn)多物理場(chǎng)耦合：能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等多物理場(chǎng)的耦合分析。高級(jí)求解技術(shù)：包括直接求解、迭代求解、頻域求解和時(shí)域求解等多種求解方法。豐富的單元庫(kù)：提供多種單元類型，如梁?jiǎn)卧?、殼單元、?shí)體單元等，適用于不同類型的結(jié)構(gòu)分析。強(qiáng)大的后處理能力：能夠生成詳細(xì)的分析報(bào)告和可視化結(jié)果，幫助工程師理解結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)行為。1.2瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的基本概念瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析是研究結(jié)構(gòu)在時(shí)間域內(nèi)對(duì)瞬時(shí)載荷的響應(yīng)。這種分析通常用于模擬沖擊、碰撞、爆炸等事件，以及周期性或非周期性的振動(dòng)。在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中，結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（如位移、速度、加速度和應(yīng)力）隨時(shí)間變化，因此需要考慮慣性和阻尼效應(yīng)。1.2.1原理瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析基于牛頓第二定律，即力等于質(zhì)量乘以加速度。在瞬態(tài)分析中，結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程可以表示為：M其中：-M是質(zhì)量矩陣。-C是阻尼矩陣。-K是剛度矩陣。-u是位移向量。-Ft1.2.2內(nèi)容瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的內(nèi)容包括但不限于：-模型建立：定義結(jié)構(gòu)的幾何、材料屬性、邊界條件和載荷。-時(shí)間步設(shè)置：根據(jù)問(wèn)題的特性選擇合適的時(shí)間步長(zhǎng)，以確保分析的準(zhǔn)確性和效率。-求解設(shè)置：選擇求解方法（如直接求解或迭代求解），并設(shè)置求解參數(shù)。-結(jié)果分析：評(píng)估結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，如位移、速度、加速度和應(yīng)力等。1.2.3示例假設(shè)我們有一個(gè)簡(jiǎn)單的梁結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，以評(píng)估其在沖擊載荷下的響應(yīng)。以下是一個(gè)使用MSCNastran進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的示例：1.2.3.1模型定義在MSCNastran中，我們首先定義梁的幾何和材料屬性。這里我們使用一個(gè)簡(jiǎn)單的梁?jiǎn)卧–BEAM）和線性彈性材料模型。BEGINBULK

$Definethematerialproperties

MAT1,1,30000.,0.3,0.283

$Definethebeamsectionproperties

SECTID,1,1,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01

$Definethebeamelement

CBEAM,1,1,2,1,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0

#彈性力學(xué)仿真軟件：MSCNastran：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析-前處理

##建立模型

在進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析之前，首先需要在MSCNastran中建立模型。這包括定義幾何形狀、選擇合適的單元類型以及確定模型的復(fù)雜度。例如，如果我們要分析一個(gè)簡(jiǎn)單的梁結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的響應(yīng)，可以使用以下步驟：

1.**導(dǎo)入幾何數(shù)據(jù)**：通過(guò)導(dǎo)入CAD模型或使用Nastran的內(nèi)置幾何創(chuàng)建工具來(lái)定義模型的幾何形狀。

2.**選擇單元類型**：對(duì)于梁結(jié)構(gòu)，可以選擇`CBEAM`單元，這是一種適用于一維結(jié)構(gòu)的梁?jiǎn)卧?/p>

3.**定義模型復(fù)雜度**：確定是否需要考慮模型的細(xì)節(jié)，如孔洞、突起等，以及模型的尺寸和形狀。

##定義材料屬性

材料屬性的定義對(duì)于準(zhǔn)確的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析至關(guān)重要。在Nastran中，可以通過(guò)`MAT1`卡片來(lái)定義各向同性材料的屬性，包括彈性模量、泊松比和密度。例如，對(duì)于鋼材料，可以設(shè)置如下屬性：

```nastran

MAT1,1,30000000,0.3,7850MAT1：材料定義卡片類型。1：材料ID，用于后續(xù)引用。30000000：彈性模量（單位：psi），對(duì)于鋼大約為30e6psi。0.3：泊松比，鋼的泊松比通常為0.3。7850：密度（單位：lb/in^3），鋼的密度約為0.284lb/in^3，此處以7850lb/in^3為例，單位需要轉(zhuǎn)換。1.3網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分是將連續(xù)體模型離散化為有限元模型的過(guò)程。在Nastran中，網(wǎng)格劃分的精細(xì)程度直接影響分析的準(zhǔn)確性和計(jì)算時(shí)間。對(duì)于瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，通常需要更細(xì)的網(wǎng)格以捕捉高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。例如，使用CTRIA3或CTRIA6三角形單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分：GRID,1,0,0,0

GRID,2,1,0,0

GRID,3,1,1,0

GRID,4,0,1,0

CTRIA3,1,1,2,3

CTRIA3,2,3,4,1GRID：定義網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有唯一的ID和坐標(biāo)。CTRIA3：定義三角形單元，每個(gè)單元由三個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。1.4施加邊界條件和載荷邊界條件和載荷的正確施加是確保分析結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵。在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中，邊界條件可以是固定約束、滑動(dòng)約束或旋轉(zhuǎn)約束，而載荷可以是力、壓力或加速度。例如，固定一個(gè)節(jié)點(diǎn)并施加一個(gè)沖擊載荷：SPC,1,1,2,3

FORCE,1,1,0,0,0,10000

GRID,1,0,0,0<!--被固定的節(jié)點(diǎn)-->SPC：施加邊界條件，此處為固定約束，限制所有三個(gè)方向的位移。FORCE：施加載荷，此處為在節(jié)點(diǎn)1上施加10000lb的力。1.4.1代碼示例假設(shè)我們有一個(gè)簡(jiǎn)單的梁結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為10英寸，寬度和高度均為1英寸，材料為鋼，我們想要分析在梁的一端施加一個(gè)10000lb的沖擊載荷時(shí)，梁的瞬態(tài)響應(yīng)。$定義材料屬性

MAT1,1,30000000,0.3,7850

$建立梁的幾何模型

GRID,1,0,0,0

GRID,2,10,0,0

GRID,3,10,1,0

GRID,4,0,1,0

CBEAM,1,1,2,1,1,1

CBEAM,2,2,3,1,1,1

CBEAM,3,3,4,1,1,1

$施加邊界條件

SPC,1,1,2,3

$施加載荷

FORCE,1,1,0,0,0,10000

$定義瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析

SUBCASE,1

SOL,111

TIME,0,0.01,0.1

LOAD,1

DISP,ALL

STRESS,ALL1.4.2解釋材料定義：使用MAT1卡片定義了鋼的材料屬性。幾何模型：通過(guò)GRID卡片定義了梁的四個(gè)節(jié)點(diǎn)，CBEAM卡片定義了梁的三個(gè)單元。邊界條件：使用SPC卡片固定了節(jié)點(diǎn)1的所有自由度。載荷：在節(jié)點(diǎn)1上施加了10000lb的垂直力。瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析設(shè)置：定義了分析的時(shí)間步長(zhǎng)和輸出要求，包括位移和應(yīng)力。通過(guò)以上步驟，我們可以在MSCNastran中完成一個(gè)簡(jiǎn)單的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的前處理工作。2瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析設(shè)置2.1選擇分析類型在進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，首先需要在MSCNastran中選擇正確的分析類型。瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析（TransientDynamicsAnalysis）關(guān)注結(jié)構(gòu)在時(shí)間域內(nèi)的響應(yīng)，特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)受到隨時(shí)間變化的載荷作用時(shí)。這種分析類型能夠捕捉到結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)行為，包括振動(dòng)、沖擊和瞬態(tài)響應(yīng)。2.1.1示例在Nastran輸入文件中，通過(guò)SOL命令來(lái)指定分析類型。對(duì)于瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，通常使用SOL109。SOL1092.2定義時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)的定義對(duì)于瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懙椒治龅木群陀?jì)算效率。時(shí)間步長(zhǎng)的選擇應(yīng)基于結(jié)構(gòu)的固有頻率和載荷的變化頻率。較小的時(shí)間步長(zhǎng)可以提供更詳細(xì)的響應(yīng)信息，但會(huì)增加計(jì)算時(shí)間；較大的時(shí)間步長(zhǎng)則可能錯(cuò)過(guò)某些關(guān)鍵的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。2.2.1示例在Nastran中，時(shí)間步長(zhǎng)可以通過(guò)TIME或TIMINT卡片來(lái)定義。例如，如果希望分析從0秒開始，持續(xù)到10秒，時(shí)間步長(zhǎng)為0.01秒，可以使用以下卡片：TIME,0.,10.,0.01或者使用TIMINT卡片來(lái)自動(dòng)計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)：TIMINT,0.,10.,1000這里1000表示總步數(shù)，Nastran會(huì)自動(dòng)計(jì)算出時(shí)間步長(zhǎng)。2.3設(shè)置求解器參數(shù)求解器參數(shù)的設(shè)置對(duì)于瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的收斂性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。MSCNastran提供了多種求解器選項(xiàng)，包括直接求解器和迭代求解器。此外，還可以設(shè)置求解器的精度、內(nèi)存使用和并行計(jì)算選項(xiàng)。2.3.1示例在Nastran中，求解器參數(shù)通常在PARAM卡片中定義。例如，為了使用直接求解器并限制內(nèi)存使用，可以設(shè)置以下參數(shù)：PARAM,LINSOL,1

PARAM,MEMORY,1000000這里L(fēng)INSOL參數(shù)設(shè)置為1表示使用直接求解器，MEMORY參數(shù)定義了求解器可以使用的內(nèi)存大小。2.4定義初始條件初始條件在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中非常重要，因?yàn)樗鼈兲峁┝朔治鲩_始時(shí)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。這包括初始位移、速度和加速度。正確的初始條件可以確保分析的準(zhǔn)確性和可靠性。2.4.1示例在Nastran中，初始條件可以通過(guò)IC卡片來(lái)定義。例如，如果希望在分析開始時(shí)，結(jié)構(gòu)的某一部分具有特定的初始速度，可以使用以下卡片：IC,1,1,0.,0.,10.這里IC卡片定義了網(wǎng)格點(diǎn)1的初始條件，1表示使用網(wǎng)格點(diǎn)的全局坐標(biāo)，0.,0.,10.分別表示在X、Y和Z方向上的初始位移、速度和加速度。通過(guò)以上步驟，可以有效地在MSCNastran中設(shè)置瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，確保分析的準(zhǔn)確性和效率。在實(shí)際操作中，可能還需要定義材料屬性、單元類型、邊界條件和載荷，這些都應(yīng)根據(jù)具體問(wèn)題和結(jié)構(gòu)來(lái)詳細(xì)設(shè)置。3后處理3.1結(jié)果可視化在彈性力學(xué)仿真軟件MSCNastran的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析后，結(jié)果可視化是理解仿真輸出的關(guān)鍵步驟。通過(guò)可視化，工程師可以直觀地觀察結(jié)構(gòu)在不同時(shí)間點(diǎn)的位移、應(yīng)力和應(yīng)變分布，從而評(píng)估結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。3.1.1使用MSCNastran進(jìn)行結(jié)果可視化位移云圖：顯示結(jié)構(gòu)在特定時(shí)間點(diǎn)的位移大小，顏色或等值線表示位移的大小。應(yīng)力云圖：以顏色或等值線顯示結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，幫助識(shí)別應(yīng)力集中區(qū)域。應(yīng)變?cè)茍D：類似應(yīng)力云圖，但顯示的是應(yīng)變分布，用于評(píng)估材料的變形情況。3.1.2示例：使用PATRAN進(jìn)行MSCNastran結(jié)果的可視化#示例代碼：使用PATRAN讀取Nastran結(jié)果并創(chuàng)建位移云圖

#注意：此代碼示例為偽代碼，用于說(shuō)明流程，實(shí)際操作需在PATRAN軟件中進(jìn)行

#導(dǎo)入PATRAN模塊

importpatran

#創(chuàng)建PATRAN會(huì)話

session=patran.Session()

#讀取Nastran結(jié)果文件

session.load_results('path_to_nastran_results')

#創(chuàng)建位移云圖

displacement_contour=session.create_displacement_contour(time_step=10)

#設(shè)置云圖參數(shù)

displacement_contour.set_parameters(

min_value=0.0,

max_value=0.005,

color_scheme='Rainbow'

)

#顯示結(jié)果

displacement_contour.display()3.2數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析是后處理的另一重要環(huán)節(jié)，它涉及對(duì)仿真結(jié)果的深入挖掘，以提取關(guān)鍵信息，如最大應(yīng)力、位移峰值、頻率響應(yīng)等。3.2.1使用MSCNastran進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)間歷程分析：提取結(jié)構(gòu)在不同時(shí)間點(diǎn)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，如位移、速度、加速度等，用于分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。頻譜分析：將時(shí)間歷程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，以識(shí)別結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。峰值分析：確定仿真過(guò)程中位移、應(yīng)力或應(yīng)變的最大值，評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性。3.2.2示例：使用Python進(jìn)行MSCNastran結(jié)果的時(shí)間歷程分析#示例代碼：使用Python讀取Nastran結(jié)果文件并進(jìn)行時(shí)間歷程分析

#注意：此代碼示例使用了Python的第三方庫(kù)，如numpy和matplotlib

importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

#讀取Nastran結(jié)果文件

defread_nastran_results(file_path):

#偽代碼，實(shí)際讀取需使用專門的庫(kù)或函數(shù)

data=np.loadtxt(file_path,skiprows=1)

time=data[:,0]

displacement=data[:,1]

returntime,displacement

#繪制時(shí)間歷程圖

defplot_time_history(time,displacement):

plt.figure()

plt.plot(time,displacement)

plt.xlabel('時(shí)間(s)')

plt.ylabel('位移(m)')

plt.title('時(shí)間歷程分析')

plt.grid(True)

plt.show()

#主程序

if__name__=="__main__":

file_path='path_to_nastran_results'

time,displacement=read_nastran_results(file_path)

plot_time_history(time,displacement)3.3結(jié)果解釋結(jié)果解釋是將可視化和分析的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為工程見解的過(guò)程。這包括對(duì)仿真結(jié)果的物理意義的理解，以及如何將這些結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)中。3.3.1結(jié)果解釋的關(guān)鍵點(diǎn)識(shí)別關(guān)鍵響應(yīng)：確定哪些響應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)的性能至關(guān)重要。比較仿真與實(shí)驗(yàn)：將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。工程應(yīng)用：基于仿真結(jié)果，提出設(shè)計(jì)改進(jìn)或優(yōu)化建議。3.3.2示例：基于瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果提出工程建議假設(shè)在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中，我們發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在特定頻率下存在顯著的應(yīng)力集中。這可能表明結(jié)構(gòu)在該頻率下容易發(fā)生疲勞或損壞?；诖私Y(jié)果，工程師可以：修改設(shè)計(jì)：通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的幾何形狀或材料屬性，以減少應(yīng)力集中。調(diào)整操作條件：避免在該頻率下運(yùn)行，或采取措施減少該頻率的激勵(lì)。增加支撐或加強(qiáng)件：在應(yīng)力集中區(qū)域增加支撐或加強(qiáng)件，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過(guò)上述步驟，可以有效地利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果，為工程設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的指導(dǎo)。4簡(jiǎn)支梁的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析4.1引言簡(jiǎn)支梁的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析是工程中常見的問(wèn)題，特別是在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域。通過(guò)使用MSCNastran，我們可以精確地模擬簡(jiǎn)支梁在動(dòng)態(tài)載荷下的響應(yīng)，包括位移、應(yīng)力和應(yīng)變等關(guān)鍵參數(shù)。4.2理論基礎(chǔ)簡(jiǎn)支梁在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中，主要考慮梁的彎曲振動(dòng)。其動(dòng)力學(xué)方程可以表示為：m其中，m是質(zhì)量，c是阻尼系數(shù)，k是剛度，y是位移，y和y分別表示位移的一階和二階導(dǎo)數(shù)，F(xiàn)t4.3MSCNastran建模步驟4.3.1幾何與網(wǎng)格劃分首先，定義簡(jiǎn)支梁的幾何尺寸和材料屬性。然后，使用網(wǎng)格劃分工具創(chuàng)建有限元模型。4.3.2材料屬性在MSCNastran中，通過(guò)MAT1卡定義材料屬性，例如彈性模量和密度。MAT1130000000.00.30.283此代碼定義了材料1，其彈性模量為30000000psi，泊松比為0.3，密度為0.283lb/in^3。4.3.3單元類型選擇適當(dāng)?shù)膯卧愋?，如CBEAM單元，用于梁的建模。CBEAM112345678這里，CBEAM單元連接節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2，使用材料1，截面屬性由PSHELL或PBAR卡定義。4.3.4邊界條件應(yīng)用簡(jiǎn)支梁的邊界條件，通常在兩端施加固定約束。SPC1123此代碼表示在節(jié)點(diǎn)1上施加了位移約束，限制了x、y和z方向的位移。4.3.5動(dòng)態(tài)載荷定義隨時(shí)間變化的載荷，如沖擊載荷或振動(dòng)載荷。FORCE110.00.01000.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00

#高級(jí)功能

##非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析

非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析是MSCNastran中的一項(xiàng)高級(jí)功能，用于解決結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間變化的載荷作用下，表現(xiàn)出非線性行為的問(wèn)題。非線性可以來(lái)源于材料非線性、幾何非線性和接觸非線性。在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中，非線性效應(yīng)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)響應(yīng)的復(fù)雜性增加，例如出現(xiàn)路徑依賴、大變形、塑性流動(dòng)等現(xiàn)象。

###材料非線性

材料非線性通常指材料在大應(yīng)變或高應(yīng)力水平下，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不再遵循線性關(guān)系。在MSCNastran中，可以通過(guò)定義非線性材料模型，如塑性模型、超彈性模型等，來(lái)模擬這種效應(yīng)。

####示例：塑性材料模型

```markdown

在Nastran中定義塑性材料模型，需要在材料屬性中指定材料的屈服應(yīng)力和硬化行為。例如，使用BISO（BilinearIsotropic）模型，可以定義材料的彈性階段和塑性階段。4.3.6幾何非線性幾何非線性考慮了結(jié)構(gòu)在大變形下的響應(yīng)，當(dāng)結(jié)構(gòu)的位移或旋轉(zhuǎn)角度足夠大時(shí)，結(jié)構(gòu)的幾何形狀變化將顯著影響其剛度和響應(yīng)。4.3.6.1示例：大位移分析在Nastran中進(jìn)行大位移分析，需要在分析控制卡中指定NLGEOM參數(shù)。例如，使用CQUAD4單元進(jìn)行大位移分析，需要確保單元屬性中包含NLGEOM標(biāo)志。4.3.7接觸非線性接觸非線性分析考慮了兩個(gè)或多個(gè)物體之間的接觸效應(yīng)，包括摩擦、間隙、碰撞等。在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中，接觸非線性可以顯著影響結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。4.3.7.1示例：接觸分析在Nastran中設(shè)置接觸分析，需要定義接觸對(duì)（CONTACTPAIR）和接觸屬性（CONTACTPROPERTY）。例如，定義一個(gè)接觸對(duì)，其中一個(gè)物體為接觸體（CONTACTBODY），另一個(gè)為目標(biāo)體（TARGETBODY）。4.4多體動(dòng)力學(xué)仿真多體動(dòng)力學(xué)仿真（MBD）是分析由多個(gè)剛體和/或柔性體組成的系統(tǒng)在動(dòng)力載荷下的響應(yīng)。在MSCNastran中，通過(guò)集成多體動(dòng)力學(xué)模塊，可以模擬復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，如車輛、機(jī)器人等。4.4.1關(guān)鍵概念剛體和柔性體：剛體假設(shè)物體在載荷作用下不發(fā)生變形，而柔性體則考慮了物體的變形。約束和連接：用于定義多體系統(tǒng)中各體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，如鉸鏈、齒輪、滑塊等。動(dòng)力學(xué)載荷：包括力、力矩、加速度等，可以是時(shí)間相關(guān)的。4.4.2示例：車輛懸掛系統(tǒng)仿真在Nastran中進(jìn)行車輛懸掛系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)仿真，需要定義各懸掛組件為剛體或柔性體，設(shè)置它們之間的連接和約束，以及施加動(dòng)力學(xué)載荷。例如，定義一個(gè)彈簧-阻尼器單元，連接兩個(gè)剛體，模擬懸掛系統(tǒng)中的彈性連接。4.5接觸分析在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用接觸分析在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中至關(guān)重要，尤其是在模擬碰撞、摩擦和間隙效應(yīng)時(shí)。通過(guò)準(zhǔn)確的接觸建模，可以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在動(dòng)力載荷下的真實(shí)響應(yīng)。4.5.1接觸類型點(diǎn)接觸：兩個(gè)物體在一點(diǎn)上接觸。面接觸：兩個(gè)物體在面上接觸，可以是平面或曲面。自接觸：同一物體的不同部分之間的接觸。4.5.2示例：碰撞分析在Nastran中進(jìn)行碰撞分析，需要定義接觸對(duì)和接觸屬性，包括接觸剛