06_Nastran正则模态分析
模态分析和频率响应分析的目的
有限元分析类型一、nastran中的分析种类（1）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（如集中载荷、分布载荷、温度载荷、强制位移、惯性载荷等）作用下的响应、得出所需的节点位移、节点力、约束反力、单元内力、单元应力、应变能等。
该分析同时还提供结构的重量和重心数据。
（2）屈曲分析屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，NX Nastran中的屈曲分析包括两类：线性屈曲分析和非线性屈曲分析。
（3）动力学分析NX Nastran在结构动力学分析中有非常多的技术特点，具有其他有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。
结构动力分析不同于静力分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。
NX Nastran的主要动力学分析功能：如特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等可简述如下：❑正则模态分析正则模态分析用于求解结构的固有频率和相应的振动模态，计算广义质量，正则化模态节点位移，约束力和正则化的单元力及应力，并可同时考虑刚体模态。
❑复特征值分析复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型，分析过程与实特征值分析类似。
此外Nastran的复特征值计算还可考虑阻尼、质量及刚度矩阵的非对称性。
❑瞬态响应分析（时间-历程分析）瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和模态瞬态响应分析。
两种方法均可考虑刚体位移作用。
直接瞬态响应分析该分析给出一个结构随时间变化的载荷的响应。
结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。
该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分，直接瞬态响应分析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。
NASTRAN动态分析
瞬态响应分析的目的是计算结构在受到随时间变化的载荷的响应，载荷定义在时间域 上，即作用在结构上的力在每一时刻上已知。
运动方程： 中心差分法来表达速度与位移
运动方程写成：
整理得：
瞬态分析的运动方程可以写成： 其中：
由此通过递推即可求出每一时刻的位移。
讨论： 1、当M=0,B=0时，方程退化为静力分析 2、在求解过程中，需要对矩阵A1求反，当M/B/K在整个分析过程中为常数，并且
在nastran中实现考虑预紧力的模态分析的方法：
频响分析是用来分析结构在稳定的振动激励下的响应。 在频响分析中外力的形式为 由上式可以看出外力被定义在频率域上，即频率确定后激励就可确定。比如求解 转动机器在各个转动频率下的动态响应——转速确定则激励力就确定了。
在不同的频率上，激励力在时间域上按照正弦变化。其稳态响应也在时间域按照与激 励力相同的频率振动。由于系统的阻尼影响，响应的峰值发生在激励力的峰值之后， 称这种效果为相位延迟（Phase Shift）。如下图所示：
对于单自由度系统，分四种情况： 1、无阻尼自由振动 2、有阻尼自由振动 3、无阻尼强迫振动 4、有阻尼强迫振动
位移解为： 圆频率： A、B由初始条件确定:
自然频率：
周期：
简谐振动
这是一个常微分方程，因阻尼的不同其解分三种情况：
1、当系统的阻尼等于临界阻尼bcr时，
解为：
可见此时系统做随时间的指数衰减运动，系统无振动。
当 ω≈ ωn时，动态放大系数无穷大，即产生共振
在这种情况下，由初始条件引起的振动很快就衰减为零。稳态相应解为：
θ为系统由于阻尼一起的相位延迟，即，相应的峰值在力的峰值之后出现。 有阻尼系统动态放大因子：H(ω)=
NX_NASTRAN产品介绍
NX/NASTRAN产品介绍模块描述NX13500 NX Mach 3 Advanced Simulation（高级仿真）NX Mach 3 Advanced Simulation是一个集成的高级有限元建模工具。
利用该工具，能够迅速进行部件和装配模型的预处理和后处理。
它提供了一套广泛的工具，辅助用户提取几何图形进行网格化、添加载荷和其他边界条件定义与材料定义，并且支持非线性分析、流动分析和多物理场等高级集成化解决方案。
利用该软件包所包括的NX Nastran界面，能够制定有限元模型分析问题的格式并且直接把这些问题提交给NX Nastran。
另外，还能够添加其他解算器，以支持Ansys和ABAQUS等第三方解算器。
NX Mach 3 Advanced Simulation提供了NX Nastran Desktop Basic（NX Nastran Desktop Basic 是NX Nastran的基础产品，为使用NX Nastran的仿真解决方案提供了基础产品）。
对于需要一个灵活、功能强大、成本有效的解算器解决方案的客户而言，这是一个理想产品。
它支持大量通用工程仿真：线性静态结构分析、非线性分析、模态分析、结构屈曲分析、稳态和瞬态热传递、复合材料和焊接分析。
NX Nastran Desktop的绑定版本与非绑定的NX Nastran Desktop产品（NXN110）的区别在于只有一个前后处理许可证能使用Nastran解算器。
NX Mach 3 Advanced Simulation包括：－ Teamcenter Engineering - NX Manager（Teamcenter Engineering － NX管理器）－ Teamcenter Engineering - CAD Manager Server（Teamcenter Engineering － CAD管理服务器）－ Teamcenter Engineering - Visualization Base（Teamcenter Engineering －可视化基础）－ XpresReview－ Solid & Feature Modeling（实体和特征建模）－ Assembly Modeling（装配建模）－ Design Logic（设计逻辑）－ Grip Runtime（Grip运行）－ Knowledge Fusion Runtime（知识融合运行）－ Process Studio runtime license（过程向导运行许可）－文件转换接口（IGES、DXF/DWG、STEP 203/214、2D Exchange）－ Rapid Prototyping（快速建立样机）－ Freeform modeling, basic（基础自由曲面建模）－ Web Express (网络发布)－ Product Validation（产品验证）－ User Defined Features（用户自定义特征）－ Freeform Modeling, advanced（高级自由曲面建模）－ Dynamic & Photorealistic Rendering（动态实时渲染）－ NX Advanced Finite Element Modeling（NX高级有限元建模）－ NX Nastran Basic Bundle（NX Nastran基本绑定包）－ NX Nastran Translator（NX Nastran文件格式转换）－ Stress and Vibration wizards（应力和振动分析向导）NXN112 NX Nastran Desktop Advanced（NXN112 NX Nastran桌面高级）NX Nastran Desktop Advanced是NX Nastran Desktop Basic的附加程序，不是软件套装。
nastran_ansys_装配体模态分析方法_精辟
NX NASTRAN 5.0NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法UG NX 5.0NX NASTRAN 5.0解析用模型上下两个组件通过4个螺栓连接,底面完全固定;求解此装配体的模态(前10阶).(注:纯粹为了对比)NX NASTRAN 5.0NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.02. 设置Structural Output Requests1:输出Displacement, Stress, SPC Force, Contact Result.装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.03.右键点击solution Contact ÆCreate SubcaseNX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0ÆOK装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0SOL 101SUBCASE 2STATSUB = 1METHOD = 3追加EIGRL 3 10装配体的模态分析方法装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0Close .dat file Æ运算ÆPost-ProcessingNX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法UG NX 5.0NX NASTRAN 5.0固有频率比较装配体的模态分析方法UG NX 5.0NX NASTRAN 5.0结论不考虑接触的模态结果,振型中有穿透发生.粘合限制了两个组件相互远离的变形.不考虑接触的固有频率最小,设置接触次之,粘合的最大.(与实际情况相符合)进行模态分析的时候,如果模型不是太复杂的情况下,最好设置接触.。
06_Nastran正则模态分析
正则模态分析
NAS101, Section 6, August 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S6-1
正则模态分析
PAGE 控制方程 质量矩阵 理论结构 计算模态原因 自然模态频率计算中的重要问题 模态计算方法 模态分析卡片定义 质量属性定义 质量检查 输出节点重量 SUPORT 支持卡片定义 自然模态分析卡片
● 用自然模态分析为后续瞬态响应、频响等做准备，如果采
用模态法做动力学分析，如何确定合适截止模态频率。
● 指导结构试验布置，加速度传感器位置等。
● 你老板告诉你要这么做。
NAS101, Section 8, August 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
· · x = – e
S6-9
2
it
计算原理（续）
● 将方程 6-2 和 6-3 带入方程 6-1, 我们可以得到
– M e
2 it
+ K e
it
=0
可以简化为
K M 0
2
这是一个特征值问题。
NAS101, Section 8, August 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S6-4
质量矩阵
●
质量矩阵代表结构的惯性属性。Nastran提供2个选择定义结 构质量：、
1. 集中质量矩阵(默认) 仅存在非零对角元素 2. 耦合质量矩阵 存在非零非对角元素 （注意: 对于杆单元，只有平动自由度是耦合的。）
NAS101, Section 8, August 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
nastran模态分析理论及实例
模态计算结果
● .f06文件显示的频率结果
特征值
圆频率 (弧度/秒)
周期频率 (Hz)
26
Patran模态分析设置
设置正则模态分析
27
Patran模态分析设置(2)
点击求解类型并 选择正则模态分 析 点击求解参数 Wt.Generator的 节点ID。这里将 计算这个节点的 质量属性。输入0 选择基础坐标系 的原点
– 默认情况下，WTMASS=1.0
● 例子
– MAT1卡片上使用重量密度N/m3，则需要 设置PARAM,WTMASS,0.102
– 转换因子WTMASS=1/g (= 1/9.8=0.102 m/sec2)
21
WTMASS 参数示例
● 例如, 在美国常用inch-pound-second单位体系中建立一个钢结 构模型。 从手册中得到的密度为:
1 23 4 5
6
7
8
9 10
EIGRL SID V1 V2 ND MSGLVL MAXSET SHFSCL NORM
EIGRL 1 0.1 3.2 10
字域 SID V1, V2
ND
内容 兰索斯标识号(唯一 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）。 所需特征值数量 (整数 > 0 或者空白)
4
5
质量矩阵（续）
● 耦合质量与集中质量对比
– 耦合质量通常情况比集中质量更加准确。 – 集中质量在动力学计算更加迅速。
● 对模型单元，用户选择耦合质量方法:
– PARAM,COUPMASS,1 选择耦合质量，针对所有的 BAR, ROD, 和 PLATE 单 元，这些包含弯曲刚度。
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模态振型 复数格式
Nastran模态分析是一种用于预测结构系统的自然频率和振型的方法。
在进行模态分析时，Nastran可以输出结构系统的模态振动频率和对应的振型，这对于设计和优化工程结构系统非常重要。
而复数格式则是模态振型结果的一种常见表示形式，下面将对Nastran模态振型复数格式进行详细介绍。
1. Nastran模态分析的基本原理Nastran模态分析是通过对结构系统施加一定的激励（通常是单位冲击或单位阶跃信号），来获取结构系统的自由振动性质。
在模态分析中，Nastran可以计算并输出结构系统的自然频率和对应的振型，这些信息对于评估结构系统的动力响应、进行结构优化和预测结构系统在实际工作环境下的响应非常重要。
2. 复数格式的模态振型表示在Nastran模态分析中，振型通常采用复数格式进行表示。
复数格式的模态振型是一种将每个节点的振动位移表示为实部和虚部的复数形式。
这种表示形式可以更直观地反映结构系统在模态分析中的振动特性，对于结构系统的动力响应和频率响应分析非常有帮助。
3. 复数格式模态振型的优点复数格式的模态振型具有以下几个优点：- 直观性：复数格式能够直观地反映结构系统的振动特性，有利于工程师对结构系统的振动行为进行理解和分析。
- 方便性：复数格式的模态振型能够方便地和其他动力学分析结果进行比较和整合，为工程设计和优化提供更多的信息支持。
- 数学性质：复数格式拥有丰富的数学性质，对于结构系统的振动特性和频率响应的分析有很好的数学基础。
4. Nastran的复数格式模态振型输出在进行Nastran的模态分析时，可以通过设置相应的参数来指定输出振型的格式。
在输出结果中，可以得到每个节点的振动位移在复数格式下的表示，以及对应的模态振动频率。
5. 复数格式模态振型的应用复数格式的模态振型在工程实践中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：- 结构系统的动力响应分析：复数格式模态振型可以为结构系统在不同激励下的动力响应提供基础。
从hypermesh到nastran——模态和瞬态动力学分析关键步骤设置
hypermesh——nastran——模态分析。
模态分析关键步骤：1. 创建一个load collector, card image选择EIGRL(LANCZOS方法)。
然后editV1 –V2为频率范围，ND为阶数及方程组解的个数。
两者随意选择一个。
2. 创建loadstep，type为normal modes, method选中刚才创建的load collector。
3. 在control cards的sol选择nomal modes，, 如果想生成op2文件，把post也选上值为-1.4. 导出成bdf文件，启动nastran进行分析。
瞬态动力学分析如果激励是力比较好作，如果是强迫位移，老版本的需要用大质量或大刚度法把位移转换成力的载荷。
nastran 2001版以后可以直接加位移，关键步骤如下：1. 定义随时间历程曲线，创建load collectors，card image为Tabled12. 创建瞬态相应的时间步长和时间，load collectors, card image为Tstep3. 创建一个load collectors，card image为DAREA(如果是强迫位移不能用DAREA）4. 创建一个load collectors，card image为Tload1, excited选择DAREA，TID选择TSTEP，注意TYPE的选择。
5. 创建一个subcase，类型选择直接瞬态分析，DLOAD和TSTEP选择刚才创建的两个相对应的load collectors6. 导出成bdf文件，提交nastran进行分析。
如果是强迫位移，还要多两个卡，就是SPCD, LSEQ详细步骤跟以上差不多，只要把各个卡片弄懂了就很容易了。
nastran模态分析
CQUAD4 24 1 26 27 38 37 CQUAD4 25 1 27 28 39 38 CQUAD4 26 1 28 29 40 39 CQUAD4 27 1 29 30 41 40 CQUAD4 28 1 30 31 42 41 CQUAD4 29 1 31 32 43 42 CQUAD4 30 1 32 33 44 43 CQUAD4 31 1 34 35 46 45 CQUAD4 32 1 35 36 47 46 CQUAD4 33 1 36 37 48 47 CQUAD4 34 1 37 38 49 48 CQUAD4 35 1 38 39 50 49 CQUAD4 36 1 39 40 51 50 CQUAD4 37 1 40 41 52 51 CQUAD4 38 1 41 42 53 52 CQUAD4 39 1 42 43 54 53 CQUAD4 40 1 43 44 55 54 MAT1 1 3.+7 .3 .282 GRID 1 0. 0. 0. GRID 2 .5 0. 0. GRID 3 1. 0. 0. GRID 4 1.5 0. 0. GRID 5 2. 0. 0. GRID 6 2.5 0. 0. GRID 7 3. 0. 0. GRID 8 3.5 0. 0. GRID 9 4. 0. 0. GRID 10 4.5 0. 0. GRID 11 5. 0. 0. GRID 12 0. .5 0. GRID 13 .5 .5 0. GRID 14 1. .5 0. GRID 15 1.5 .5 0. GRID 16 2. .5 0. GRID 17 2.5 .5 0. GRID 18 3. .5 0. GRID 19 3.5 .5 0. GRID 20 4. .5 0. GRID 21 4.5 .5 0. GRID 22 5. .5 0. GRID 23 0. 1. 0. GRID 24 .5 1. 0. GRID 25 1. 1. 0. GRID 26 1.5 1. 0. GRID 27 2. 1. 0. GRID 28 2.5 1. 0. GRID 29 3. 1. 0. GRID 30 3.5 1. 0. GRID 31 4. 1. 0. GRID 32 4.5 1. 0. GRID 33 5. 1. 0. GRID 34 0. 1.5 0. GRID 35 .5 1.5 0.
Nastran 有限元分析类型及目的
瞬态响应分析（时间-历程分析）
瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和模态 瞬态响应分析。两种方法均可考虑刚体位移作用。 直接瞬态响应分析 该分析给出一个结构随时间变化的载荷的响应。结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。该分析在 节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分，直接瞬态响应分析求出随时间 变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。 模态瞬态响应分析 在此分析中，直接瞬态响应问题用上面所述的模态分析进行相同的变换，对问题的规模进行压缩， 再对压缩了的方程进行数值积分，从而得出与用直接瞬态响应分析类型相同的输出结果。
2、频率响应分析
Z 向上的频率响应
Y 向上的频率响应
Magnitude 响应的振幅
响应谱分析
响应谱分析（有时称为冲击谱分析）提供了一个有别于瞬态响应的分析功能，在分析中结构的激励用各 个小的分量来表示，结构对于这些分量的响应则是这个结构每个模态的最大响应的组合。
频期振荡载荷作用下对每一个计算频率的动响应。计算结果分实部和 虚部两部分。实部代表响应的幅度，虚部代表响应的相角。 直接频率响应分析 直接频率响应通过求解整个模型的阻尼耦合方程，得出各频率对于外载荷的响应。该类分析在频域 中主要求解两类问题。第一类是求结构在一个稳定的周期性正弦外力谱的作用下的响应。结构可以 具有粘性阻尼和结构阻尼，分析得到复位移、速度、加速度、约束力、单元力和单元应力。这些量 可以进行正则化以获得传递函数。 第二类是求解结构在一个稳态随机载荷作用下的响应。此载荷由它的互功率谱密度定义。而结构载 荷由上面所提到的传递函数来表征。分析得出位移、加速度、约束力或单元应力的自相关系数。该 分析也对自功率谱进行积分而获得响应的均方根值。 模态频率响应
nastran_ansys_装配体模态分析方法_精辟
NX NASTRAN 5.0NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法UG NX 5.0NX NASTRAN 5.0解析用模型上下两个组件通过4个螺栓连接,底面完全固定;求解此装配体的模态(前10阶).(注:纯粹为了对比)NX NASTRAN 5.0NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.02. 设置Structural Output Requests1:输出Displacement, Stress, SPC Force, Contact Result.装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.03.右键点击solution Contact ÆCreate SubcaseNX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0ÆOK装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0SOL 101SUBCASE 2STATSUB = 1METHOD = 3追加EIGRL 3 10装配体的模态分析方法装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0Close .dat file Æ运算ÆPost-ProcessingNX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法装配体的模态分析方法NX NASTRAN 5.0装配体的模态分析方法UG NX 5.0NX NASTRAN 5.0固有频率比较装配体的模态分析方法UG NX 5.0NX NASTRAN 5.0结论不考虑接触的模态结果,振型中有穿透发生.粘合限制了两个组件相互远离的变形.不考虑接触的固有频率最小,设置接触次之,粘合的最大.(与实际情况相符合)进行模态分析的时候,如果模型不是太复杂的情况下,最好设置接触.。
nastran模态分析
1.1 为什么要计算固有频率和模态1） 评估结构的动力学特性。
如安装在结构上的旋转设备，为避免其过大的振动，必须看转动部件的频率是否接近结构的任何一阶固有频率。
2） 评估载荷的可能放大因子。
3） 使用固有频率和正交模态，可以指导后续动态分析（如瞬态分析、响应谱分析、瞬态分析中时间步长t ∆的选取等）4） 使用固有频率和正交模态，在结构瞬态分析时，可以用模态扩张法 5） 指导实验分析，如加速度传感器的布置位置。
6） 评估设计1.2 模态分析理论考虑假设其解为代入得到特征方程或其中，2ωλ=1） 对N 自由度系统，有N 个固有频率（j ω，j=1,2,…,N ）,特征频率，基本频率或共振频率。
2） 与固有频率j ω对应的特征向量称为自然模态或模态形状，模态形状对应于结构扰度图3） 当结构振动时，在任意时刻，结构的形状为它的模态的线性组合例子：1.3 自然模态与固有频率性质（1）正交性ω的单位（2）jω单位为rad/s, 也可以表示为Hz (cycles/seconds),二者换算关系为j（3）刚体模态图为一未约束结构，有刚体模态如果结构完全未约束，有刚体模态存在（应力-自由模态）或机构运动，至少有一固有频率为0。
（4）自然模态的倍数依然为自然模态如：代表相同的振动模态（5）模态的标准化1.4 模态能量（1）应变-位移关系（2）应力-应变关系（3）静力-位移关系（4）单元应变能因此，对给定的模态位移模态应变为模态应力为模态力为模态应变能为1.5 特征值解法对于方程MSC/NASTRAN提供三类解法a)跟踪法（Tracking method）b)变换法（Tromsformation method）c)兰索士法（Lamczos method）1.5.1 跟踪法跟踪法解特征值问题，实质是迭代法。
对仅求几个特征值（或固有频率）的问题是一种方便方法。
MSC/NASTRAN中，提供两种迭代解法，即为逆幂法（INV）和移位逆幂法（SINV）前者存在丢根现象；后者采用STRUM系列，避免丢根，改善收敛性。
nastran模态分析
=8 CQUAD4 31 1 34 35 46 45 =,*1,=,*1,*1,*1,*1 =8 MAT1 1 3.+7 .3 .282 GRID 1 0. 0. 0. =,*1,=,*0.5,== =9 GRID 12 0. .5 0. =,*1,=,*0.5,== =9 GRID 23 0. 1. 0. =,*1,=,*0.5,== =9 GRID 34 0. 1.5 0. =,*1,=,*0.5,== =9 GRID 45 0. 2. 0. =,*1,=,*0.5,== =9 SPC1 1 12345 1 12 23 34 45 ENDDATA
CQUAD4 24 1 26 27 38 37 CQUAD4 25 1 27 28 39 38 CQUAD4 26 1 28 29 40 39 CQUAD4 27 1 29 30 41 40 CQUAD4 28 1 30 31 42 41 CQUAD4 29 1 31 32 43 42 CQUAD4 30 1 32 33 44 43 CQUAD4 31 1 34 35 46 45 CQUAD4 32 1 35 36 47 46 CQUAD4 33 1 36 37 48 47 CQUAD4 34 1 37 38 49 48 CQUAD4 35 1 38 39 50 49 CQUAD4 36 1 39 40 51 50 CQUAD4 37 1 40 41 52 51 CQUAD4 38 1 41 42 53 52 CQUAD4 39 1 42 43 54 53 CQUAD4 40 1 43 44 55 54 MAT1 1 3.+7 .3 .282 GRID 1 0. 0. 0. GRID 2 .5 0. 0. GRID 3 1. 0. 0. GRID 4 1.5 0. 0. GRID 5 2. 0. 0. GRID 6 2.5 0. 0. GRID 7 3. 0. 0. GRID 8 3.5 0. 0. GRID 9 4. 0. 0. GRID 10 4.5 0. 0. GRID 11 5. 0. 0. GRID 12 0. .5 0. GRID 13 .5 .5 0. GRID 14 1. .5 0. GRID 15 1.5 .5 0. GRID 16 2. .5 0. GRID 17 2.5 .5 0. GRID 18 3. .5 0. GRID 19 3.5 .5 0. GRID 20 4. .5 0. GRID 21 4.5 .5 0. GRID 22 5. .5 0. GRID 23 0. 1. 0. GRID 24 .5 1. 0. GRID 25 1. 1. 0. GRID 26 1.5 1. 0. GRID 27 2. 1. 0. GRID 28 2.5 1. 0. GRID 29 3. 1. 0. GRID 30 3.5 1. 0. GRID 31 4. 1. 0. GRID 32 4.5 1. 0. GRID 33 5. 1. 0. GRID 34 0. 1.5 0. GRID 35 .5 1.5 0.
nastran课程设计
nastran课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解Nastran软件的基本原理，掌握其在工程结构分析中的应用。
2. 学生能够运用Nastran进行简单的结构建模，包括单元类型的选择、材料属性的设置等。
3. 学生能够理解并应用Nastran进行线性静态分析、模态分析及屈曲分析的基本过程。
技能目标：1. 学生能够独立安装并操作Nastran软件，进行基本的工程分析。
2. 学生能够运用Nastran解决实际问题，如对简单的结构进行强度、刚度和稳定性分析。
3. 学生通过实际操作，提高解决问题的能力，学会分析结果，优化设计方案。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对工程结构分析的热爱，增强对工程领域的好奇心与探索欲望。
2. 学生通过小组合作，培养团队协作精神和沟通能力，学会倾听他人意见，尊重他人观点。
3. 学生在分析实际问题时，能够关注工程伦理，认识到工程结构分析在保障人类生活安全与舒适中的重要性。
本课程针对高年级本科或研究生阶段的学生，他们已经具备一定的力学基础和计算机操作能力。
课程性质为理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
在教学过程中，教师应关注学生的个体差异，提供个性化的指导，确保学生在课程结束后能够达到上述设定的目标。
通过分解课程目标为具体的学习成果，教师可以更好地进行教学设计和评估，以提高课程的质量和效果。
二、教学内容本课程教学内容紧密结合课程目标，确保学生能够系统地学习和掌握Nastran 软件在工程结构分析中的应用。
具体教学内容安排如下：1. Nastran软件概述：介绍Nastran软件的发展历程、主要功能及在工程领域的应用。
2. Nastran软件安装与操作：讲解Nastran软件的安装步骤，学习基本操作界面及功能。
3. 结构建模：学习Nastran中的单元类型、材料属性设置，进行结构建模。
- 线性静态分析- 模态分析- 屈曲分析4. 分析方法：分别介绍线性静态分析、模态分析及屈曲分析的基本原理和实施步骤。
基于hypermesh及nastran的模态分析步骤详解
基于hypermesh及nastran的模态分析步骤详解基于hypermesh与nastran的模态分析步骤详解1、2、打开hypermesh选择nastran⼊⼝。
打开或导⼊响应模型（只是⽹格不带实体）。
3、点击material创建材料。
a) Type选择ISOTROPIC（各向同性）b) card image选择MAT1（Defines the material properties for linearisotropic materials.）nastran help⽂档。
c)点击creat/edit，编辑材料属性输⼊E（弹性模量）、NU（泊松⽐）、RHO（密度）。
由于各物理量之间都是相互关联的因此要注意单位的选择（详情见附件⼀）。
这⾥选择通⽤的E=2.07e5，NU=0.3，RHO=7.83e-9。
4、点击properties创建属性。
a)由于是⼆维模型type选择2D。
Card image选择PSHELL（壳单元）。
Material选择刚才新建的材料。
b)点击creat/edit。
c)定义厚度即T（例如T=3，注意此时单位是mm）。
5、创建material以及properties后要将这些数据赋予模型。
a)点击component。
b)由于不是创建是修改，所以左边点选update选择相应部件。
然后双击c)然后双击选择刚才新建的厚度属性。
d)最后点击update。
6、创建加载情况，点击。
a)创建eigrl激励，card image选择EIGRL，点击creat/edit。
V1、V2代表计算的频率范围，ND计算的阶次。
两种⽅式可以任选⼀种。
b)创建固定约束spc。
点击creat。
在点击return，进⼊主页⾯analysis-constraints通过合适的调整选择需要的点。
并根据实际情况约束⾃由度即dof1-6（分别代表x、y、z的平动以及转动）。
需要约束便勾选相应dof即可。
Load types选择SPC。
Hypermesh与Nastran模态分析详细教程
Hypermesh & Nastran 模态分析教程摘要：本文将采用一个简单外伸梁的例子来讲述Hypemesh 与Nastran 联合仿真进行模态分析的全过程。
教程内容:1.打开”Hypermesh 14.0”进入操作界面，在弹出的对话框上勾选‘nastran’模块，点‘ok’，如图1.1 所示。
图1.1-hypermesh 主界面2.梁结构网格模型的创建在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’ –‘Component’,重命名为‘BEAM’，然后创建尺寸为100*10*5mm3的梁结构网格模型。
（一开始选择了Nastran后，单位制默认为N, ton, MPa, mm.）。
本例子网格尺寸大小为2.5*2.5*2.5mm3，如图2.1 所示：图2.1-梁结构网格模型3.定义网格模型材料属性●在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’–‘Material’，如图3.1所示：图3.1-材料创建●在模型树内Material下将出现新建的材料‘Material 1’，将其重命名为’BEAM’。
点击‘BEAM’,将会出现材料参数设置对话框。
本例子采用铁作为梁结构材料，对于模态分析，我们只需要设定材料弹性模量，泊松比，密度即可。
故在参数设置对话框内填入一下数据：完整的材料参数设置如图3.2所示：图3.2-Material材料参数设置同理，按同样方式在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’ –‘Pro perty’，模型树上Property下将出现新建的‘Property1’，同样将其重命名为‘BEAM’，点击Property下的‘BEAM’出现如图所示属性参数设置对话框。
由于本例子使用的单元为三维体单元，因此点击对话框的‘card image’选择‘PSOLID’，点击对话框内的Material选项，选择上一步我们设置好的材料‘BEAM’，完整的设置如图3.3所示：图3.3-Property属性设置最后，点击之前创建的在Component 下的‘BEAM’模型，将出现以下对话框（图3.4），把Property 和Material 都选上对应的‘BEAM’，完成网格模型材料属性的定义。
hypermesh与nastran模态分析流程
模态分析流程
模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
利用hypermesh和nastran做模态分析简约流程如下：
1.打开hypermesh进入nastran模块
2.定义材料
注意：对于不同材料E，NU，RHO 取值不同
3.定义属性
4.定义component
5.定义力
注意：设置所需模态的阶数，注意前六阶为刚体模态。
6.定义load step
设置SPC和METHOD,类型选择模态
7.定义control card
选择AUTOSPC,BAILOUT为0,DORMM为0,PARAM为-1 8.保存文件，在nastran中进行计算。
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1
=
1 0.5
1
=
300 150
1
=
.66 .33
DAI代表同一个的“振动模态”
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S6-19
x
● 系统自由振动方程(i.e. 没有外载荷和阻尼) 是:
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mx··= –kx or
mx··+ kx = 0
S6-3
控制方程（续）
● 对于多自由度系统，控制方程为：
● 耦合质量包含非对角矩阵平动分析也包含转动分量，像 BAR (无扭矩，默认选择或使用 Nastran BARMASS=1)， BEAM和BEND单元。
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S6-8
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S6-2
PAGE
4 6 10 16 18 22 25 26 29 30 31 33
控制方程
● 考虑单自由度系统SDOF，如下图：
这里：m = k=
质量 刚度
k m
S6-11
计算原理（续）
● 特征值问题就退化为求解如下问题
或者
| ( [ K ] – 2 [ M ] ) | = 0
这里 l = 2
|([K]–l[M]) |= 0
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自然模态和频率分析中的几个重要问题和结 果（续）
● 确定自然频率，解下面的方程：
det K – 2M = 0
需要用到数值方法。
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S6-20
计算模态方法
● Nastran提供下面三类模态特征值提取方法。
f jh er tz
=
-----j----r--a--d---i--a---n---s------s---e--c---o---n---d---2
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S6-18
自然模态和频率分析中的几个重要问题和结 果（续）
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S6-24
质量属性
● 质量属性
● 结构盒子里
添加到单元上的质量 (例如－用来考虑重力影响）
● MATi 卡片上的密度，
单位 = (“mass”/volume)
K lM 0
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S6-21
计算模态方法（续）
变换为如下形式：
A = l
然后，使用Givens 方法或Householder 方法八矩阵A变换为 上对角矩阵。最后， 使用QR 算法将所有的特征值一次提 取出来。这里提供了两种Givens 方法和两种Householder 方法： GIV（基本的）， MGIV（修正的）， HOU（基 本的）， 和MHOU（修正的）。当需要提取大部分结构特 征值是，这一方法更加有效。
● 默认是集中质量。
● 具有耦合或集中质量矩阵的单元类型如下：
● BAR, BEAM, CONROD, HEXA, PENTA, QUAD4, QUAD8, ROD, TETRA, TRIA3, TRIA6, TRIAX6, TUBE
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S6-23
自然模态分析工况定义卡片
● 执行控制
● SOL 103
● 工况控制
● METHOD = x
这里X是在模型数据中相对应的 EIGR 或EIGRL卡片标识 号， 可以被用在多个工况中。
● 模型数据
● EIGR 卡片- 特征值提取卡片 或
● EIGRL 卡片Lanczos Method法 ● 质量属性必须定义
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S6-15
计算自然模态的原因（续）
● 用自然模态分析为后续瞬态响应、频响等做准备，如果采 用模态法做动力学分析，如何确定合适截止模态频率。
● 指导结构试验布置，加速度传感器位置等。
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S6-13
● 案例
计算原理（续）
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● 例如: 下面无约束结构有一个刚体模态。
x1
m k
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x2
m
1
=
0 1
=
1 1
S6-17
自然模态和频率分析中的几个重要问题和结 果（续）
● 自然频率(1, 2, ...,) 的结果用radians/seconds表示。它们 能够使用hertz (cycles/seconds)表示，如下：
x·· = –2 eit
S6-9
计算原理（续）
● 将方程 6-2 和 6-3 带入方程 6-1, 我们可以得到
–2M eit + Keit = 0
可以简化为
K 2M 0
这是一个特征值问题。
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0 0 12 0 0000
5 12 0 1 12 0 M = rAL 0 0 0 0
1 12 0 5 12 0 0000
S6-6
3
4
质量矩阵（续）
● 耦合质量与集中质量对比
● 耦合质量通常情况比集中质量更加准确。 ● 集中质量在动力学计算更加迅速。 ● 对模型单元，用户选择耦合质量方法:
● PARAM,COUPMASS,1 是选择耦合质量，针对所有的 BAR, ROD, 和 PLATE 单元，这些包含弯曲弯曲刚度。
S6-5
质量矩阵（续）
● 质量矩阵例子
2
1
这里： r
=
质量密度
L
A
=
截面面积
● 集中质量矩阵 ● 耦合质量矩阵
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12 0 0 0 M = rAL 0 0 0 0
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S6-22
计算模态方法（续）
● 兰索斯法（Lanczos Method） 这一方法是跟踪法－变换法的综合方法。是Nastran的推荐算 法的。
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S6-14
计算自然模态的原因
● 评估结构系统的动态特性。例如，如果一个旋转机械将被 安装到某一个建筑上，为了避免共振，需要评估旋转机械 的旋转频率是否与建筑的自然频率接近。
● 评估结构系统的动力学放大影响。
● 利用自然模态分析指导后续动力学分析（瞬态响应、频响 分析等），采用合适的dt为瞬态分析等。
1
2 3 45
6
7
MAT1 MID E G NU RHO
MAT1 1 10.+7
0.3 2.59e-4
8
9 10
● 非结构质量
附加质量 （例如 – 建筑屋顶载荷，船的货物载荷）
● 考虑
计算原理
(6-1)
Mx·· + K x = 0
● 假定解的形式为整形振动
(6-2)
x = eit
(物理上，这意味着所有的坐标点完成同步运动。结构系统在振动中只是 振幅发生改变，而结构振动形状不发生改变。)
● 从方程6-2
(6-3)
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● 你老板告诉你要这么做。
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S6-16
自然模态和频率分析中的几个重要问题和 结果