MSC_Nastran模块介绍_2012
MSC Nastran 2012大大扩展了现实生活模拟
MSC Nastran 2012大大扩展了现实生活模拟加拿大圣安娜（SANTA ANA）——（Marketwire——2011年11月3日）——作为加快产品创新的多学科模拟仿真的领导者，MSC软件公司于今天宣布将开始出售该公司的新产品MSC Nastran 2012。
这一强大版本将MSC Nastran和MD Nastran整合为一个单一的解决方案，供所有MD和MSC Nastran客户使用。
该版本简化了产品，为客户提供了单一的MSC Nastran平台。
作为整合的一部分的，MSC Nastran客户将会看到重大的改进包括：∙高度非线性模拟能力∙建模和分析功能∙计算性能高度非线性模拟能力提升隐式非线性模拟用户可以通过隐式非线性可选模块模拟非线性问题，包括几何非线性、材料非线性和接触非线性。
采用新的自适应步长计算方法，非线性收敛鲁棒性得以增强。
显式非线性模拟MSC Nastran 2012还提供了显式非线性可选模块。
该模块主要应用于碰撞分析、流体结构相互作用（FSI）分析、多物理场分析等方面，在新的版本中，材料模型和计算鲁棒性等方面都有很大提高，在进行跌落试验仿真、油箱晃动、安全气囊和乘员安全的流固耦合分析时，模拟次数大幅度减少。
建模和分析功能提升三维线性接触更容易所有用户都可以使用线性接触建模方法，该方法支持线性静力学三维接触建模，以及用于线性静力学、正则模态和动力学的三维粘接接触建模。
这大幅度提高了装配体网格建模效率。
改进的复合材料计算频率响应、瞬态响应和随机振动响应分析中都可以计算层应力、层应变、失效指标和强度比。
由于失效发生在某些层，所以这对于复合材料结构来说十分重要。
优化设计现在，控制面位置可以选为MSC Nastran 2012的设计量，作为解法200优化的一项特征。
在应用方面，采用控制面重新分配飞机负荷，从而减少临界负荷，此项实践已经在一定数量的飞行器上采用。
简化气动弹性力学计算MSC Nastran 2012版本简化了气弹建模。
MSC产品功能介绍
广泛的载荷和边界条件仿真
Displacements Forces Pressure Temperature Inertia Velocity & Accel Distributed Total Initial σ, ε, T
通过以下途径定义任何一种载荷和边界条件： n阶的多项式f(x,y,z) 空间变化的场 PCL语言
Advanced Nonlinear
MultiPhysics
Nastran
Stress/ Dynamics
Heat Transfer
Virtual Product Development
Dytran
Marc
MSC Confidential
3
Fatigue
MSC.Software多学科仿真产品体系
• Global process and knowledge management • Pedigree and traceability • Open for all enterprise simulation mgmt.
MSC Confidential
MSC Software: the Only Original Nastran Company
什么是MSC Nastran
CFD/FSI Pressure/ Aerodynamics Heat Transfer Coefficients Aeroelastic Gust Flow Generated Acoustics
JPEG, MPEG, BMP, PNG,
TIFF, VRML, Output
MSC Confidential
便捷地显示和评估设计
Agenda
msc.Nastran介绍
3)热传导分析 3)热传导分析
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 4)气动弹性分析
静态气动弹性分析 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， 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。 以及气动伺服弹性分析。
2动力分析具有几何和或材料非线性的瞬态响应分析3热传导分析非线性瞬态热传导分析4气动弹性分析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
• MSC/NASTRAN开发历史 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 年 指定为NASTRAN(NASA)维护商 维护商 1989年, 发布经重大改进的 MSC/NASTRAN66 1991年，将CAD技术引入 年 技术引入MSC/NASTRAN V67.5及相 技术引入 及相 应产品 Nastran for Window 1994年 MSC公司发布了经重大改进的MSC/NASRANV68 1994年，MSC公司发布了经重大改进的MSC/NASRANV68 公司发布了经重大改进的 版
• MSC/NASTRAN 主要功能
1)静力分析 1)静力分析
线性静力分析ห้องสมุดไป่ตู้包括惯性卸载） 线性静力分析（包括惯性卸载） 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。 包括线弹性屈曲，弹性非线性屈曲和弹塑性屈曲分析。 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， 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。 粘弹性以及接触问题。
MSC.Nastran ACMS模块在汽车仿真分析中的应用
MSC.Nastran ACMS模块在汽车仿真分析中的应用屈晓峰，方华，韩坤，李保国（北汽集团越野车研究院北京，101300）[摘要]我公司采购了MSC.Nastran2013软件，采购前进行了软件测试，关注新版本软件计算精度及计算时间成本。
根据公司主流业务内容，测试了整备车身模态和频率响应传递函数计算。
通过软件测试，证明MSC.Nastran2013满足分析精度与效率要求，满足工程需求。
关键词: NVH，CAE，高性能计算，The Application of the MSC.Nastran ACMSin the Simulation Analysis ofVehicleQuxiaofeng, Fanghua, Hankun, LibaoguoBAIC GROUP OFF-ROAD VEHICLE R&D[Abstract] Before purchasing MSC.Nastran2013, the trimmed body mode and the frequency response function were resolved to ensure the calculation accuracy and the efficiency of the software. Finally, it is shown that the MSC.Nastran2013 met our request of project.Key words: NVH, CAE, HPC1 MSC.Nastran加速模块介绍MSC公司于2013年底推出了Nastran新版本：MSC.Nastran2013.1。
新版本除了增加嵌入式疲劳解算器等开创性功能，以及对上一个版本中的疲劳寿命和孔隙材料建模的优化，还加强了其计算性能，进一步提升了速度，降低产品开发计算时间成本。
MSC.Nastran2013主要采用了如下技术提高计算效率：1）MSC.Nastran共享内存并行计算，Shared Memory Parallel（SMP）。
MSCPatranamp;Nastran入门讲座
被单击的所有对象
完全被矩形框包围（和与矩 形框边界相交）的对象
完全被多边形框包围（和与 多边形框边界相交）的对象
通过键盘输入数据的语法格式为：对象类型标识符 对象标号列表
对象类型
标识符
对象类型
标识符
几何点 面 实体
point/p surface
solid
节点 单元 多点约束
node/n element/ele
*.bdf 求解（Nastran）
*.op2/*.xdb
*.op2/*.xdb *.f06 *.f04 *.BDALL *.MASTER
后处理（Patran）
导入分析结果（Analysis）
生成变形图、云图、报告等（Results）
*.ses.** *.rpt
注意：Nastran分析完毕后，不要盲目将得到的结果文件（op2或xdb）读入Patran，一定要 先打开f06文件并在里面搜索fatal（致命错误），只有搜不到fatal时才可以进入下一步，否 则应根据出错信息修改模型并再次提交分析。
MPC
7
总结五：数据输入（二）
对象标号列表的格式： ➢ 多个对象标号之间用空格或逗号分隔； ➢ 有规律的对象标号用<起始标号>:<终止标号>[:步长]。 例如element 1,3 4:10:2代表标号为1,3,4,6,8,10的单元。 坐标、向量的输入格式： ➢ 坐标用方括号对（[]）标识，各分量之间用空格或逗号或左斜线分隔； ➢ 向量用尖括号对（<>）标识，各分量之间用空格或逗号或左斜线分隔。 例如[100 200 300]，<1,0,0>。 选择菜单的使用 选择菜单（select menu）一般和矩形框选方法配合使用，通过选取选择菜单上的对象类型， 可以对选择集内的对象进行过滤，只有指定类型的对象才能被选中。 随着操作类型的不同，选择菜单的选项会发生变化。
MSC_Nastran模块介绍_2012
MSC Nastran 模块功能介绍1.MSC Nastran Basic 1003 （License文件中的授权特征名：NA_NASTRAN）MSC Nastran基本模块，功能包括线性静力分析、模态分析及屈曲分析。
MSC Nastran 基本模块求解规模无节点限制，可对多种单元、材料、载荷工况进行评估，实现线性静力分析（包括屈曲分析）和模态分析（包含流固偶合即虚质量方法和水弹性方法）。
线性静力分析，预测结构在静力条件下的线性响应（位移、应变、应力），即小变形和不考虑非线性因素的情况，包括屈曲分析（稳定性分析）。
模态分析能了解结构的固有频率（振动模态）特征，帮助评估结构的动力特性。
2. MSC Nastran Dynamics 1025 （License文件中的授权特征名：NA_Dynamics）结构动力学分析是MSC Nastran的主要强项之一，它具有其它有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。
MSC Nastran动力学分析功能包括: 正则模态，复特征值分析，频率及瞬态响应分析，随机响应分析，冲击谱分析等。
3. MSC Nastran Connectors 10002 （License文件中的授权特征名：NA_Connectots）MSC Nastran连接单元，可以模拟点焊，铆接，螺栓连接等。
允许创建点-点，点-面，面-面连接。
可以用焊接单元将任意的两个部件的网格连接在一起，并自动处理与任意类型单元之间的连接。
4. MSC Nastran ADAMS Integration 10233 （License文件中的授权特征名：NA_ADAMS_Integration）MSC Nastran 与ADAMS的接口，使用ADAMS进行柔性体分析时，需导入MSC Nastran计算所生成的模态中性文件，MSC Nastran ADAMS Integration可使MSC Nastran 计算生成ADAMS所需要的柔性体模态中性文件。
MSC Nastran大规模模型计算文档设置
一、简述在特定的行业中，通常会需要对大规模的有限元模型进行分析计算，例如汽车的整车模型，船舶的整船模型等等，可能会涉及到10万量级的单元规模使得整体的计算自由度规模达到几十万甚至上百万，尤其是涉及到时域或者频域的动力学分析时，其所输出的计算结果以及计算过程中所需的临时数据库文件的容量都需要比较大的数据存储容量，否则会导致数据溢出，计算非正常终止。
二、问题描述以及解决方法1)BUFFSIZE当Nastran输出的二进制计算结果文件为xdb格式时，通常需要设定BUFFSIZE的大小，BUFFSIZE是磁盘在存储数据时每一个缓冲区使用的字节的数量，其默认的大小为8192，在进行大规模数据输出时，其设置规模不够，不能将结果完全输出，其f06文件中相关错误提示内容为：*** SYSTEM FATAL MESSAGE 6062 (DBC)*** DIOMSG ERROR MESSAGE 6 FROM SUBROUTINE WRTLSTOVERFLOW OF DICTIONARY PRIMARY INDEX FOR DATA BASE UNIT 1.解决方法(一)在输入文件(BDF文件)的FMS中添加：Nastran Buffsize = 32769用以增大XDB文件的容量解决方法(二)在输入文件(BDF文件)的FMS中添加：ASSIGN DBC='XXX.xdb',RECL=32769用以增大XDB文件的容量2)Scratch DBset 容量不够用，数据溢出通常对大规模模型进行分析计算时会遇到如下的错误提示：*** USER FATAL MESSAGE 1221(GALLOC)THE PARTITION OF THE SCRATCH DBSET USED FOR DMAP-SCRATCH DATABLOCKS IS FULL.USER INFORMATION: THE DMAP SCRATCH PARTITION WILL NOT SPILL INTO THE 300-SCRATCH PARTITION.USER ACTION: 1. SET NASTRAN SYSTEM(151)=1, OR2. INCREASE THE NUMBER OF MEMBERS, AND/OR THEIRMAXIMUM SIZE, FOR THE SCRATCH DBSET ON-THE "INIT" STATEMENT.该错误是由于计算时的临时数据库文件SCRATCH DBset容量不能满足计算要求，导致数据溢出，需要扩展该数据库规模满足计算的需求。
MSC_Nastran
MSC.Nastran 介绍全球功能最强、应用最为广泛的有限元分析软件MSC.Software 公司自 1963 年开始从事计算机辅助工程领域 CAE 产品的开发和研究。
在 1966 年，美国国家航空航天局(NASA)为了满足当时航空航天工业对结构分析的迫切需求， 招标开发大型有限元应用程序，MSC.Software 一举中标，负责了整个 NASTRAN 的开发过程。
经过 40 多年的发展，MSC.Nastran 已成为 MSC 倡导的虚拟产品开发(VPD)整体环境最主要的 核心产品， MSC.Nastran 与 MSC 的全系列 CAE 软件进行了有机的集成， 为用户提供功能全面、 多学科集成的 VPD 解决方案。
MSC.Nastran 是 MSC.Software 公司的旗舰产品，经过 40 余年的发展，用户从最初的航 空航天领域，逐步发展到国防、汽车、造船、机械制造、兵器、铁道、电子、石化、能源材 料工程、科研教育等各个领域，成为用户群最多、应用最为广泛的有限元分析软件。
MSC.Nastran 的开发环境通过了 ISO9001:2000 的论证， MSC.Nastran 始终作为美国联邦 航空管理局(FAA)飞行器适航证领取的唯一验证软件。
在中国，MSC 的 MCAE 产品作为与压力 容器 JB4732-95 标准相适应的设计分析软件， 全面通过了全国压力容器标准化技术委员会的 严格考核认证。
另外，MSC.Nastran 是中国船级社指定的船舶分析验证软件。
赛车部件分析ISO9001:2000 论证通过证书一．MSC.Nastran 的特色极高的软件可靠性，经过无数工程问题的验证 独特的结构动力学分析技术 完整的非线性求解技术 高效率的大型工程问题求解能力 – ACMS 方法 针对大型问题的优化技术和设计灵敏度分析技术 高度灵活的开放式结构，功能独特的用户化开发工具 DMAP 语言 独特的空气动力弹性及颤振分析技术1独特的多级超单元技术，支持 MSC.Nastran 所有的分析类型 作为工业标准的输入/输出格式 高效的分布式并行计算二．MSC.Nastran 的分析功能1．静力分析MSC.Nastran 的静力分析功能支持全范围的材料模式,包括：均质各向同性材料、正交 各项异性材料、各项异性材料和随温度变化的材料等。
MSC.Nastran与NX.Nastran
装配体的连接功能
可以方便快速的处理各种连接关系（焊接、铆接、螺栓连接等等）
连接的处理繁琐，非常耗时
参数优化结果对CAD模型的更新
进行优化得到优化结果后，可以直接驱动CAD几何模型的更新
不能直接驱动CAD几何模型的更新，需要导入到专门的CAD软件中更新设计
界面的易用性
Window风格，非常易于学习掌握，有分析导航器，根据步骤可以完成整个分析，不用到处去找相关的操作按钮
在Windows平台下只支持SMP并行计算。虽然在Linux系统下支持SMP和DMP并行计算，但由于其前后处理器Femap不支持Linux系统，所以需要手工提交计算，手工下载求解结果文件，十分繁琐
刚柔耦合分析功能
可与MD.ADAMS直接进行刚柔联合仿真。由于是同一公司的产品，数据间接口良好，免去数据转换的麻烦，避免数据转换过程中丢失
对Nastran卡片的支持不完整，有很多卡片需要手工编写，需要工程师对编写格式十分清楚，还需要查帮助文档
螺栓单元/螺栓预紧力
有直接螺栓建模的单元，方便批处理。有直接施加预紧力的菜单
螺栓建模复杂，繁琐，不方便施加预紧力
求解器
MD.Nastran
NX.Nastran
求解模型规模
2008年在小型机上完成9.3亿自由度的超大规模的宝马汽车模型。经过最近两年的发展，支持的模型自由度超10亿
MSC.Nastran与NX.Nastran的比较MSCNXFra bibliotek前后处理器
MSC.Patran
Femap
支持的操作平台
Windows，Linux，unix都支持
只支持windows
与CAD软件的数据模型
不仅可以直接读入CATIA，UG，PRO/E建立的任意复杂的几何模型，还支持如STEP，IGS等中间格式的标准文件。另外，可以参数化建模，模型编辑功能强大
MSC.Nastran高性能计算功能介绍
MSC.Nastran 名称介绍为了缩短MSC.Nastran 计算时间，MSC.Nastran 主要利用如下技术：1. MSC Nastran 共享内存并行计算，通过单机多CPU 并行计算技术，用来实现大模型的求解，缩短计算时间，提高分析效率；2. MSC Nastran ACMS 模块，即自动部件模态综合法，通过整车模型由一个整体矩阵剖分为多个子结构，单独计算每个子结构，后超单元技术，重新生成系统整体响应。
可以使用分析时间缩短为原来的四分之一或更低，计算频率阶数越多，该方法效率越高；3. MSC Nastran 分布式并行计算，与ACMS 模块结合，通过分布式并行计算技术将子结构分配到多台计算，用来实现大模型的求解，缩短计算时间，提高分析效率。
MSC Nastran Distributed Parallel (DMP)支持频率域，几何域，自由度域的划分方法，与ACMS 模块结合，大幅缩短计算时间。
MSC.Nastran 2013 HPC 计算配置提交计算时，使用MODE ＝i8内存无限制模式，充分利用硬件资源，加速计算，输入格式如下：修改相应目录下，Nastran配置文件，充分调用硬件资源进行计算, 路径为（根据个人电脑设置，该路径会不同）：C:\MSC.Software\MSC_Nastran\20130\conf\NAST20130.rcf在该文件中添加或修改如下：BUFFSIZE=ESTIMATEPARALLEL=NPROC（例如4或8，32等，要确定有SMP模块）MEMORY=MAXMEMORYMAX=0.85*PHYSICAL（指计算机物理内存）MSC.Nastran 2013 HPC测试案例测试模型1，TRIM模型，节点数130万，单元数129万，自由度为750万，使用MSC.Nastran 的SMP和ACMS模块分别进行2次计算，二次计算总结如下表。
表1－1 750万模型测试备注：1、0～45Hz次计算时，使用硬盘为SCSI盘；0～75Hz使用硬盘为SSD固态硬盘，读写速度更快。
MSC.Nastran简介
MD Nastran全球功能最强、应用最广的多学科仿真平台在今天多样化激烈竞争的市场环境中，企业需要在最短的时间内设计和验证产品性能，将最好的产品以最快的速度投放市场。
企业设计研发部门所使用的传统的工程分析方法是利用点分析工具，近似地模拟产品在现实环境中的行为，但是通常情况下，产品的性能总是受到多种物理环境的同时影响，用户使用单一分析工具往往不能准确充分地模拟产品的真实性能。
为了解决这个问题，进一步提升产品的竞争力，从而使企业更好的适应市场需求，MSC 推出了多学科（MD ）分析技术，大大减少仿真分析与实际工作环境之间的差距，确保准确模拟真实的世界，MD 技术是MSC.Software 公司企业级解决方案的核心和基础，MSC.Software 的企业仿真方案使用详细的数字产品模型模拟并验证产品各个方面的性能、制定和跟踪严格的设计目标、沟通协调产品开发，从而使产品创新和质量提高到一个最具竞争力的新水平。
一. 什么是MD NastranNastran 是美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration ，简称NASA ，又称美国宇航局）为适应各种工程分析问题而开发的多用途有限元分析程序。
这个系统称为NASA Structural Analysis System ，命名为Nastran 。
20世纪60年代初，美国宇航局为登月需要，决定使用有限元法开发大型结构分析系统，并能在当时所有大型计算机上运行。
MacNeal-Scherndler Corporation （即MSC公司）是开发小组主要成员。
Nastran 程序最早在1969年通过COSMIC （Computer Software Management and Information Center ）对外发行，一般称为COSMIC.Nastran 。
之后又有各种版本的Nastran 程序发行，其中以MSC 公司所开发的MSC.Nastran 程序用户最为广泛。
MSCNASTRAN 颤振分析模块使用说明
1.MSC/NASTRAN 颤振分析模块使用说明1.1.颤振分析模块颤振分析模块考虑结构气动弹性问题的动力稳定性。
它可以分析亚音速或超音速流，提供五种不同的气动力理论，包括用于亚音速的Doublet Lattice理论、Strip 理论以及用于超音速的Machbox理论、Piston理论、ZONA理论等。
对于稳定性分析，系统提供三种不同的方法：二种美国方法(K法，KE法)和一种英国方法(PK 法)，输出结果包括阻尼、频率和每个颤振模态的振型。
本说明仅以亚音速Doublet Lattice理论为例。
1.2.建模的一般流程其中结构有限元建模技术较为普及，不予说明。
升力面建模和颤振分析文件以填卡较为实用，大致包括：1)建立气动坐标系；2)设定影响体；3)选择颤振解法；4)给出飞行环境；5)给出马赫数和减缩频率系列；6)设定求解参数，如参与耦合的频率范围或模态数；7)选择适当的气动理论，定义升力面几何及分网信息。
至此完成升力面建模，下一步定义结构结点与升力面单元的耦合，即选择适当的样条将升力面结点同结构结点联系起来。
其中升力面结点是在定义升力面后由系统自动生成的，定义样条时直接引用升力面单元号；所以我们需要做的是将参与耦合的结构结点定义为一个集合，以便在样条定义中引用。
1.3.数据文件组织形式颤振分析模型数据文件遵循固定格式：设定求解时间、标题等；设置求解采用的特征值解法和颤振解法；输入模型数据即结构刚度和质量数据，还有升力面模型数据。
结构模型和升力面模型可以分别是独立的数据文件，只在颤振分析文件中将其包括进来。
下面以一个简单的例子(HA145B)来实现上述过程，并对颤振分析常用的卡片做简略介绍。
1.3.1.升力面模型文件$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$定义气动坐标系， 其X轴正向为来流方向（即将被AERO卡片引用）。
NASTRAN简介
NASTRAN简介NASTRAN是一款有限元分析（FEA）软件，最初是1960年代末在美国政府对航空航天工业的资助下为美国国家航空航天局（NASA）开发的。
诺世创软件（MSC Software）公司是公共域NASTRAN代码的主要原始开发商之一，这些代码已被众多公司集成到大量的软件中。
历史1964年，美国航空航天局结构动力学研究计划的年度审查发现，研究中心正分别开发针对自身需求的结构分析软件。
审查建议应当使用单一的通用软件取而代之。
由此成立了一个专责委员会。
委员会认定没有一份现成的软件能够满足他们的要求。
他们建议成立一个合作项目来开发这个软件并创建了概述该软件功能规范。
因之，计算机科学公司（CSC）获得了开发软件的合同。
1960年代，该程序在开发期间的第一个名字是GPSA，普遍目的结构分析（General Purpose Structural Analysis）的首字母缩写。
但NASA最终批准的名字则是NASTRAN（NASA Structural Analysis）。
NASTRAN 软件于1968年发布给NASA。
60年代末，诺世创软件将自己的版本（MSC/NASTRAN，最终演化成MSC.Nastran）市场化并提供支持。
Joe Mule（NASA）、Gerald Sandler（NASA）和Stephen J. Burns（罗彻斯特大学）设计了原始软件的架构。
编写NASTRAN软件应用程序是为了帮助设计更有效的空间飞行器，如航天飞机。
1971年，美国航空航天局技术利用办公室向公众发布NASTRAN。
NASTRAN的商业应用帮助了对任何尺寸、形状或目的弹性结构行为的分析。
例如，汽车行业用其设计前悬架系统和转向拉杆。
该软件也可用于轨道和机车、桥梁、发电厂、摩天大楼和飞机的设计。
据估计，1971年至1984年NASTRAN节省了7.01亿美元的成本。
NASTRAN于1988年入选美国航天基金会的空间技术名人堂，这是获此殊荣的第一项技术之一。
NASTRAN120中文教程
Global Technical Support Center
2005
MSC BJ Office 1993 MSC SH Office 1999
MSC SZ Office 2002
9
公认的行业标准 汽车、空天、船舶、重工
10 10
公认的行业标准 汽车、空天、船舶、重工 (中国区)
5. MSC Software
6. Applied Data Systems, Inc. 7. Cincom Systems 8. Nintendo 9. Microsoft 10. Apple
8
MSC中国
China Service Center 2000
More Satisfied Customers
马越峰 2012年5月
2
与标准NAS120教材的区别
● 从用户易接受程度考虑，按单元类型调整了讲课顺序，由原来 的1D->2D->3D调整为3D->2D->1D的顺序进行讲解。
● 增加了部分实用建模内容，如处理装配体协调网格，自定义梁 截面，梁单元方向和偏置设置，各类单元混合建模方法等。
● 减少了讲师实际操作演示的部分内容，突出关键操作，配以 Patran界面说明。
ADAMS
● Nastran起源于MSC参与的 NASA阿波罗登月项目
HQ洛杉矶总部
● 提供企业级多学科协同仿真解决 方案SDM和工程咨询服务
Munich
Tokyo Beijing
Paris
7
全球最早的、具有深刻影响力的十家软件公司
1. CTR 2. IBM 3. Computer Usage Company 4. Computer Science Corp
MSC.Nastran软件介绍(详尽版)
作为世界CAE工业标准及最流行的大型通用结构有限元分析软件, MSC.NASTRAN的分析功能覆盖了绝大多数工程应用领域,并为用户提供了方便的模块化功能选项,MSC.NASTRAN的主要功能模块有:基本分析模块(含静力、模态、屈曲、热应力、流固耦合及数据库管理等)。
动力学分析模块、热传导模块、非线性分析模块、设计灵敏度分析及优化模块、超单元分析模块、气动弹性分析模块、 DMAP用户开发工具模块及高级对称分析模块。
除模块化外, MSC.NASTRAN还按解题规模分成10,000节点到无限节点,用户引进时可根据自身的经费状况和功能需求灵活地选择不同的模块和不同的解题规模, 以最小的经济投入取得最大效益。
MSC.NASTRAN及MSC的相关产品拥有统一的数据库管理,一旦用户需要可方便地进行模块或解题规模扩充, 不必有任何其它的担心。
MSC.NASTRAN以每年一个小版本, 每两年一个大版本的速度更新, 用户可不断获得当今CAE发展的最新技术用于其产品设计。
目前MSC.NASTRAN的最新版本是1999年发布的V70.5版。
新版本中无论在设计优化、 P单元、热传导、非线性还是在数值算法、性能、文档手册等方面均有大幅度的改进或突出的新增功能。
以下将就MSC.NASTRAN不同的分析方法、加载方式、数据类型或新增的一些功能做进一步的介绍:⒈静力分析静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段, 主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷(如集中/分布静力、温度载荷、强制位移、惯性力等)作用下的响应, 并得出所需的节点位移、节点力、约束(反)力、单元内力、单元应力和应变能等。
该分析同时还提供结构的重量和重心数据。
MSC.NASTRAN支持全范围的材料模式,包括: 均质各项同性材料,正交各项异性材料, 各项异性材料,随温度变化的材料。
方便的载荷与工况组合单元上的点、线和面载荷、,热载荷、强迫位移,各种载荷的加权组合，在前后处理程序MSC.PATRAN中定义时可把载荷直接施加于几何体上。
NASTRAN简介
NASTRAN简介NASTRAN是一款有限元分析（FEA）软件，最初是1960年代末在美国政府对航空航天工业的资助下为美国国家航空航天局（NASA）开发的。
诺世创软件（MSC Software）公司是公共域NASTRAN代码的主要原始开发商之一，这些代码已被众多公司集成到大量的软件中。
历史1964年，美国航空航天局结构动力学研究计划的年度审查发现，研究中心正分别开发针对自身需求的结构分析软件。
审查建议应当使用单一的通用软件取而代之。
由此成立了一个专责委员会。
委员会认定没有一份现成的软件能够满足他们的要求。
他们建议成立一个合作项目来开发这个软件并创建了概述该软件功能规范。
因之，计算机科学公司（CSC）获得了开发软件的合同。
1960年代，该程序在开发期间的第一个名字是GPSA，普遍目的结构分析（General Purpose Structural Analysis）的首字母缩写。
但NASA最终批准的名字则是NASTRAN（NASA Structural Analysis）。
NASTRAN 软件于1968年发布给NASA。
60年代末，诺世创软件将自己的版本（MSC/NASTRAN，最终演化成MSC.Nastran）市场化并提供支持。
Joe Mule（NASA）、Gerald Sandler（NASA）和Stephen J. Burns（罗彻斯特大学）设计了原始软件的架构。
编写NASTRAN软件应用程序是为了帮助设计更有效的空间飞行器，如航天飞机。
1971年，美国航空航天局技术利用办公室向公众发布NASTRAN。
NASTRAN的商业应用帮助了对任何尺寸、形状或目的弹性结构行为的分析。
例如，汽车行业用其设计前悬架系统和转向拉杆。
该软件也可用于轨道和机车、桥梁、发电厂、摩天大楼和飞机的设计。
据估计，1971年至1984年NASTRAN节省了7.01亿美元的成本。
NASTRAN于1988年入选美国航天基金会的空间技术名人堂，这是获此殊荣的第一项技术之一。
MSC.Nastran
ｌ ｓ ５ ９ｌ
．
００ ４ｉ
ｘ ｌ０ ｍｍ时 ，最 大 截面 计算 应力 ＝ ３０
Ⅳ ａ ｃ ｍ ，ｎ ｗ ｉ ｄ．ｏ ｃ ｃ
维普资讯
数 字 化 ｉ 计 殳
表 ２ 轴 向 网格 密 度 变化 时 计 算 精 度 与 计 算 机 时
维普资讯
数 字 化 设 计
Ｍ Ｓ ． ａ ｔａ Ｃ Ｎ ｓｒ ｎ
洛 阳 光 电技 术 发 展 中 心 王 宏 伟
【 摘 要 】 本 文通 过 一 个简 单 的 计算 例 子说 明在 使 用有 限元 分 析软 件 ＭＳ ． ｓ ａ 进 行 实 际工 程 计 算 Ｃ Ｎａｔ ｎ ｒ
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如 果使 用ＭＳ ． ｓ ａ 软件 作应力 计算 ，仅对 关 ＣＮａｔ ｎ ｒ 心部位 作精确 计算 ，其余 部位 网格粗 化或 去掉 。 于 对 本例 ，用ＭＳ Ｎａｔ ｎ Ｃ． ｓ ａ 进行分 析计 算 ，有 限元 建模 时 ｒ 将 图 ｌｉ 的 结 构模 型 简化 为 图２ 示 的计 算模 型 。 ￣示 ｆ （ 所 从表 １ 和表 ２ 以看 出 ，无论 径 向或 轴 向 网格密 可 度 增 加 ，计 算模 型 的单 元 总数 和有 限元节 点数 均 变 多 ，也 即微 分方 程 的有 限 自由度数 变 大 ，计 算 时 占
个种 子 ，轴 向分 别 为ｎ ｌ １个 种 子数 。 ｉ和ｎ２
度 ，计 算应 力精度 从误差 １ ． ％变化 Ｎ６ ． ％ ，也 ５ １４ ４９ ６
就 是 网 格 密 度 加 大 ，计 算 精 度 反 而 降 低 了 。 在 １０ ｍｍ处 ，在 表 １ ，随着 径 向网格 数 的加大 ，计 ００ 中 算精 度有 所提 高 ，但 当精 度提 高 到一 定程 度 后 ，再 加大 径 向 网格 密度 ，计 算 精度 反 而有 所 降低 ； 表２ 在
MSC.Patran & Nastran入门讲座
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总结一：Patran/Nastran结构分析流程
*.db *.ses.** *.bdf *.db.jou *.op2/*.xdb *.f06 *.f04 *.BDALL *.MASTER
前处理（Patran）
几何建模 （Geometry） 划分网格 （Elements） 施加载荷及边界 条件（Loads/BCs） 创建材料 （Material） 单元赋属性 （Properties） 创建载况（Load Case）
选择菜单的使用 选择菜单（select menu）一般和矩形框选方法配合使用，通过选取选择菜单上的对象类型， 可以对选择集内的对象进行过滤，只有指定类型的对象才能被选中。 随着操作类型的不同，选择菜单的选项会发生变化。
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组（Group）的操作：用途及与AutoCAD图层之比较
组是合理组织模型、高效操作视图的有效工具。 简单模型无需分组，将所有对象放在默认组（Default group）中即可；而对于复杂模型， 则必须分组，且在开始建模之前就必须谋划好如何组织模型，从而决定需要建几个组、每 个组包含哪些对象。 Patran中的组在某些方面与AutoCAD中的图层（Layer）非常相似，比如： 图层有当前图层和非当前图层之分；而组也有当前组和非当前组的区别。 在AutoCAD中，新建对象自动分布在当前图层中；而在Patran中，新建对象自动包含进 当前组中。 在AutoCAD中，对象可以在图层之间移动，从而方便修改对象的各种属性；而在Patran 中，对象也可以从一个组移动/复制到另一个组。 在AutoCAD中，从属于同一个图层的对象具有相同的属性（如线型、线宽、颜色等）； 而在Patran中可以为各个组的各种对象（如各种几何体和单元）分别指定显示效果。 当然，Patran中的组和AutoCAD中的图层还是有区别的，主要表现在： 在AutoCAD中，包含对象的图层是不能被删除的；而在Patran中，可以随意删除不是当 前组的组（无论组中是否包含对象），且默认情况下组所包含的对象并不会被删除。 在AutoCAD中，同一对象只能属于一个图层；而在Patran中，同一对象可以从属于多个 组。
MSC.NASTRAN的分析功能
MSC.NASTRAN的分析功能作为世界CAE工业标准及最流行的大型通用结构有限元分析软件, MSC.NASTRAN的分析功能覆盖了绝大多数工程应用领域,并为用户提供了方便的模块化功能选项,MSC.NASTRAN的主要功能模块有:基本分析模块(含静力、模态、屈曲、热应力、流固耦合及数据库管理等)。
动力学分析模块、热传导模块、非线性分析模块、设计灵敏度分析及优化模块、超单元分析模块、气动弹性分析模块、DMAP用户开发工具模块及高级对称分析模块。
除模块化外, MSC.NASTRAN还按解题规模分成10,000节点到无限节点,用户引进时可根据自身的经费状况和功能需求灵活地选择不同的模块和不同的解题规模, 以最小的经济投入取得最大效益。
MSC.NASTRAN及MSC的相关产品拥有统一的数据库管理,一旦用户需要可方便地进行模块或解题规模扩充, 不必有任何其它的担心。
MSC.NASTRAN以每年一个小版本, 每两年一个大版本的速度更新, 用户可不断获得当今CAE发展的最新技术用于其产品设计。
目前MSC.NASTRAN的最新版本是1999年发布的V70.5版。
新版本中无论在设计优化、P单元、热传导、非线性还是在数值算法、性能、文档手册等方面均有大幅度的改进或突出的新增功能。
以下将就MSC.NASTRAN不同的分析方法、加载方式、数据类型或新增的一些功能做进一步的介绍:⒈静力分析静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段, 主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷(如集中/分布静力、温度载荷、强制位移、惯性力等)作用下的响应, 并得出所需的节点位移、节点力、约束(反)力、单元内力、单元应力和应变能等。
该分析同时还提供结构的重量和重心数据。
MSC.NASTRAN支持全范围的材料模式,包括: 均质各项同性材料,正交各项异性材料, 各项异性材料,随温度变化的材料。
方便的载荷与工况组合单元上的点、线和面载荷、,热载荷、强迫位移,各种载荷的加权组合，在前后处理程序MSC.PA TRAN中定义时可把载荷直接施加于几何体上。
MSCNastran操作与实战培训教程分解
MSCNastran操作与实战培训教程分解随着计算机技术和CAE（计算机辅助工程）技术的不断发展，MSCNastran已经成为了工程师们解决结构分析问题的重要工具。
然而，初学者对于如何操作MSCNastran仍然比较迷惑。
本文将分解MSCNastran的操作教程，让初学者能够轻松上手实战操作。
1. 了解MSCNastran首先，我们需要了解MSCNastran的基本概念和用途。
MSCNastran是一种专业的有限元分析软件，可以模拟和预测各种物理现象，如结构变形、热传导、流体流动等等。
通过对复杂结构进行数值模拟分析，工程师可以更好地优化设计，提高工程质量和效率。
2. 安装MSCNastranMSCNastran是一种商业软件，需要购买后进行安装。
我们可以从MSC官方网站上下载安装包，并按照安装指南进行操作。
在安装过程中，要注意配置环境变量、路径等，以便正确调用软件。
3. MSCNastran界面MSCNastran的界面比较简洁，整体窗口可以分为三个部分：（1）图形界面：图形界面显示模型的三维模型和计算结果，可以用来进行后处理和结果查看。
（2）编辑界面：编辑界面用于输入模型数据，手动编辑各种数据文件，并通过命令行进行操作。
（3）输出界面：输出界面用于显示计算过程中产生的警告、错误信息和计算结果等。
4. MSCNastran的简单流程在使用MSCNastran进行分析之前，需要确定以下几个步骤：（1）定义模型几何：CAD软件可以用来创建模型，也可以从STEP或IGES格式的文件中导入模型。
（2）设置网格：将模型转化为有限元网络。
MSCNastran 支持多种网格类型，包括四边形、三角形、六面体、四面体、棱柱和棱锥等。
（3）定义材料和属性：定义材料类型、弹性模量、泊松比、密度和粘滞阻尼等物理特性。
（4）设置约束和载荷：设置模型的约束和载荷，包括支撑条件、力、扭矩、压力等。
（5）运行分析：启动MSCNastran，并输入数据文件以运行分析。
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MSC Nastran 模块功能介绍1.MSC Nastran Basic 1003 （License文件中的授权特征名：NA_NASTRAN）MSC Nastran基本模块，功能包括线性静力分析、模态分析及屈曲分析。
MSC Nastran 基本模块求解规模无节点限制，可对多种单元、材料、载荷工况进行评估，实现线性静力分析（包括屈曲分析）和模态分析（包含流固偶合即虚质量方法和水弹性方法）。
线性静力分析，预测结构在静力条件下的线性响应（位移、应变、应力），即小变形和不考虑非线性因素的情况，包括屈曲分析（稳定性分析）。
模态分析能了解结构的固有频率（振动模态）特征，帮助评估结构的动力特性。
2. MSC Nastran Dynamics 1025 （License文件中的授权特征名：NA_Dynamics）结构动力学分析是MSC Nastran的主要强项之一，它具有其它有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。
MSC Nastran动力学分析功能包括: 正则模态，复特征值分析，频率及瞬态响应分析，随机响应分析，冲击谱分析等。
3. MSC Nastran Connectors 10002 （License文件中的授权特征名：NA_Connectots）MSC Nastran连接单元，可以模拟点焊，铆接，螺栓连接等。
允许创建点-点，点-面，面-面连接。
可以用焊接单元将任意的两个部件的网格连接在一起，并自动处理与任意类型单元之间的连接。
4. MSC Nastran ADAMS Integration 10233 （License文件中的授权特征名：NA_ADAMS_Integration）MSC Nastran 与ADAMS的接口，使用ADAMS进行柔性体分析时，需导入MSC Nastran计算所生成的模态中性文件，MSC Nastran ADAMS Integration可使MSC Nastran 计算生成ADAMS所需要的柔性体模态中性文件。
5. MSC Nastran DMAP 1024 （License文件中的授权特征名：NA_DMAP）作为开放式体系结构，MSC Nastran的开发工具DMAP语言 (Direct Matrix Abstraction Program)有着40多年的应用历史。
一个DMAP模块可由成千上万个FORTRAN子程序组成，并采用高效的方法来处理矩阵。
实际上MSC Nastran是由一系列DMAP子程序顺序执行来完成求解任务的。
用户可利用DMAP编写客户化的程序，形成自己的求解序列来操作数据库与数据流。
6. MSC Nastran Heat Transfer 1023 （License文件中的授权特征名：NA_Thermal）MSC Nastran热分析模块。
热分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性，利用MSC Nastran可以计算出结构内的热分布状况，并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。
用户可通过改变发热元件的位置、提高散热手段、绝热处理或用其它方法优化产品的热性能。
7. MSC Nastran SMP 1030 （License文件中的授权特征名：NA_SMP）MSC Nastran共享内存并行计算，通过单机多CPU并行计算技术，用来实现大模型的求解，缩短计算时间，提高分析效率。
8. MSC Nastran Linear Contact 10464 （License文件中的授权特征名：NA_Linear_Contact）MSC Nastrand的线性接触分析模块。
其功能是在线性求解序列（SOL 101）中求解带有接触问题，简化接触问题的计算。
该模块的使用条件是模型中只包含接触非线性，无其它的非线性因素，并且接触无大的滑移。
9. MSC Nastran Superelements 1032 （License文件中的授权特征名：NA_Superelements）超单元分析是MSC Nastran的主要强项之一，适用于所有的分析类型。
超单元分析主要是通过把整体结构先化划分成若干部件，把各个部件的特征矩阵(如刚度、质量、阻尼等)压缩成一组主自由度，再对各个部件进行装配得到整体结构的响应。
应用超单元工程师仅需对所关心的，影响较大的超单元部件进行重新计算,从而使分析过程更经济、更高效。
10. MSC Nastran Acoustics 10058 （License文件中的授权特征名：NA_Acoustics）MSC Nastran (噪)声学分析模块。
通过流-固耦合技术进行内声场分析，可用直接法或模态法分析声学动力响应。
新的流固耦合算法可快速识别流-固界面，这对于设计和噪声预测非常重要。
新算法可显著减少解算时间、提高声学模型的计算精度。
11. MSC Nastran Dynamic Design Analysis Method (DDAM ) 10209 （License文件中的授权特征名：NA_DDAM）MSC Nastran 动力设计分析方法。
使用DDAM可以分析各种潜水艇和水面舰船体受爆炸冲击波响应，例如分析动力装置（燃气轮机，汽轮机，柴油机），电子设备及其它结构受爆炸冲击波响应等，满足NA VSEA（美国海军海上系统司令部）论证要求。
12. MSC Nastran Nonlinear 1027 （License文件中的授权特征名：NA_Nonlinear）MSC Nastran非线性分析模块。
能够分析材料非线性和几何非线性（大位移）问题，即小应变非线性弹性、大应变的超弹性、弹塑性、粘弹性（蠕变）、非线性屈曲和snap-through 后屈曲，还可计算非线性模态.。
MSC Nastran Nonlinear 可进行静态和瞬态非线性分析。
13. MSC Nastran Rotor Dynamics 10232 （License文件中的授权特征名：NA_RotorDynamics）MSC Nastran转子动力学模块。
可进行转子动力学特性分析，能考虑了陀螺效应。
用来分析转子的涡动模态、临界转速、频率响应、瞬态响应以及转子的静态特性等。
14. MSC Nastran Aeroelasticity I 1033 （License文件中的授权特征名：NA_Aero）MSC Nastran 的空气动力弹性及颤振分析模块I，MSC Nastran 的气动弹性I 模块用于分析结构模型在亚音速下气流中的气动弹性行为。
MSC Flightloads 是建立在 MSC Nastran 和MSC Patran基础上的用于前后处理的可视化软件，三者密不可分。
使用 MSC Flightloads 和 MSC Nastran可以进行飞机、直升机、导弹、悬索桥甚至烟囱和高压线的气动弹性分析和设计。
MSC Nastran 的气动弹性I 模块是空气动力弹性及颤振分析模块II的先决条件。
15. MSC Nastran Implicit Nonlinear (SOL600) 20170 （License文件中的授权特征名：NANL_Solver）MSC Marc是国际上最著名的非线性结构分析软件。
MSC Nastran将MSC Marc的非线性分析功能集成进来，成为MSC Nastran的隐式非线性模块SOL 600，解决非线性接触、大变形及大应变等高度非线性问题。
使MSC Nastran成为功能更强、适应面更宽、应用领域更广的结构分析软件。
16. MSC Nastran Marc Translator 10077 （License文件中的授权特征名：NA_MARC_Translator）MSC Nastran 的Marc 转换器，使用sol 600进行分析时，需要调用MSC Nastran Marc Translator来完成nastran到marc的转换，然后用marc进行分析。
17. MSC Nastran Implicit Nonlinear Shape Memory Materials (SOL 600) 10167（License文件中的授权特征名：NANL_ShapeMemory）MSC Nastran SOL 600中的记忆合金材料分析功能。
18. MSC Nastran Implicit Nonlinear Hemi Cube View Factors (SOL 600) 10323（License文件中的授权特征名：NANL_ViewFactor）MSC Nastran SOL 600中视角系数计算模块，该模块采用新的视角系数计算程序来计算辐射角系数，19. MSC Nastran Design Optimization 1031 （License文件中的授权特征名：NA_Optimization）MSC Nastran的优化模块，包含设计优化和拓扑优化。
设计优化是为了满足特定优选目标如最小重量、最大第一阶固有频率或最小噪声级等的综合设计过程。
MSC Nastran拥有强大、高效的设计优化能力，其优化过程由设计灵敏度分析及优化两大部分组成，可对静力、模态、屈曲、瞬态响应、频率响应、气动弹性和颤振分析进行优化。
有效的优化算法允许在大模型中存在上百个设计优化变量和响应。
拓扑优化是与参数化形状优化或尺寸优化不同的非参数化形状优化方法。
在产品概念设计阶段, 为结构拓扑形状或几何轮廓提供初始建议的设计方案。
拓扑优化采用Homogenization 方法, 在满足结构设计区域的剩余体积（质量）比的约束条件下，对静力分析满足最小平均柔度或最大平均刚度, 在模态分析中, 满足最大基本特征值或指定模态与计算模态的最小差。
20. MSC Nastran GPU 10509 （License文件中的授权特征名：NA_GPU）MSC Nastran GPU支持模块。
有此模块，可使用GPU计算。
21. MSC Nastran Multi-Model Optimization 10488 (License文件中的授权特征名：NA_MultiOpt）MSC Nastran多模型优化模块。
该模块可以把多个相关的优化模型组合成一个优化模型进行优化，使优化结果同时满足不同的优化模型的目标值。
22. MSC Nastran LS-DYNA Translator 10275 (License文件中的授权特征名：NA_LSDYNA_Translator）MSC Nastran 的LS-DYNA 转换器，使用sol 700进行分析时，需要调用MSC Nastran LS-DYNA Translator来完成nastran到LS-DYAN的转换，然后用LS-DYNA解算器进行分析。