基于MSC.Marc二次开发的土体静力和地震非线性分析方法

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MARC二次开发教程

前言MSC.Marc软件在我国的航空、航天、核工业、铁路运输业、石油化工、机械制造、能源、汽车、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利等领域得到广泛的应用，为各领域中产品设计、科学研究做出了很大贡献。

该软件的功能在不断地改进，应用领域也在不断地扩展。

但由于实际问题的多样性，不同用户要求的特殊性，利用软件缺省的标准输入/输出有时并非最佳选择。

另外，也可能存在标准的程序尚不具备的特定用户需要的某一方面功能的情形。

对前一种情况，可通过MSC.Marc提供的大量用户子程序接口，将用户需要的输入/输出以最简便的方式定义，而无需受缺省输入/输出的限制。

对于后者，在功能强大的通用软件框架下可以耦合进用户所需功能，使通用软件向特定领域的专用软件扩展。

MSC.Marc的许多国外著名的用户已利用MSC.MARC提供的开放性求解问题能力，借助于用户子程序完成了众多高级复杂工程问题分析和学术研究。

例如由美国宇航局牵头，美国政府、工业界和著名大学三方合作完成的MHOST计划，就涉及许多这样的MSC.Marc二次开发工作。

而由NASA和MSC.Marc共同开发的新型可再用航天飞行器模型X－33的热翼面擅振分析也是一个扩展MSC.Marc软件分析功能的成功实例。

自从1995年以来，MSC.Marc在国内得到了越来越广乏的应用。

一些国内的用户利用二次开发，扩展了程序功能。

如高温结构和土木工程中的本构模型研究、复杂结构的热分析、金属成型过程中的组织演化、焊接过程热源控制、网格死活条件和自适应条件控制等。

为了使广大的用户更好地用好软件的二次开发功能，编写一本有关二次开发功能的书，一直是编者的一个愿望。

编者从实际工程应用出发，结合编者使用软件的经验以及帮助广大用户解决问题的经验，根据MSC.Software公司的最新资料编写了本书。

本书共分14章：第1章介绍MSC.Marc二次开发的概况及基本过程；第2章介绍FORTRAN计算机语言的基本知识；第3章通过多个实例介绍有关加载及边界条件施加的用户子程序的使用；第4章通过多个实例介绍各向异性材料和本构关系用户子程序的使用；第5章介绍粘塑性用户子程序的使用方法；第6章介绍粘弹性用户子程序的使用方法；第7章介绍如何通过用户子程序修改单元几何形状；第8章介绍如何定义用户特殊的输出；第9章介绍有关滑动轴承分析的用户子程序的使用；第10章介绍如何对Marc 的后处理文件进行重新处理；第11章介绍如何将用户与温度、应变率相关的材料弹塑性数据文件直接调到程序之中；第12章通过实例介绍如何将复杂的本构关系及其积分过程加到Marc之中；第13章通过实例介绍二次开发在大型结构热分析中的应用；第14章介绍如何利用Python语言进行二次开发。

非线性有限元软件MSC_Marc及其在轴承分析中的应用

非线性有限元软件MSC.Marc 及其在轴承分析中的应用Ξ张业1,2,任成祖1,2,刘远新1,2(1.天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室,天津　300072;2.天津大学东超纳米复合结构陶瓷联合实验室,天津　300072)摘要:介绍了Marc 软件的特点、非线性分析功能及其在接触问题上的应用,并将其应用于圆柱滚子轴承的接触分析。

关键词:MSC.Marc 软件;接触分析;轴承中图分类号:TP317 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2004)10-0051-031　MARC 软件简介MARC Analysis Research Corporation (简称MARC )始创于1967年,是全球第一家非线性有限元软件公司。

经过三十余年的不懈努力,MARC 软件得到学术界和工业界的大力推崇和广泛应用,建立了它在全球非线性有限元软件行业的领导者地位。

MARC 公司的主要产品之一是通用的有限元分析软件MARC /MEN TA 。

包括求解器MARC 和前后处理界面MEN TA T 。

图1所示为MEN TA T 与MARC 程序之间的相互关系。

图1　MENTAT 与MARC 及其输入输出文件求解器MARC 是软件的核心,软件强大的非线性有限元分析功能就是由求解器完成的。

MARC 拥有许多对用户开放的子程序,即用户子程序,用户可以根据各自需要编制用户子程序,实现对输入数据的修改、材料本构关系的定义、载荷条件、边界条件、约束条件的变更,甚至扩展MARC 程序的功能。

MEN TA T 是MARC 公司有限元分析软件的图形界面,主要由4部分组成:(1)生成有限元网格;(2)交互式输入边界条件、材料参数、几何参数、初始条件、接触条件、定义载荷工况等;(3)进行有限元数值分析和计算;(4)显示计算结果,进行后处理。

由于其易于操作、方便灵活、直观快捷,使用户有更多的时间去关注问题的本质,而不会陷入繁琐的数据准备之中。

基于MSC.Marc的边坡渗流及稳定有限元分析

基于MSC.Marc的边坡渗流及稳定有限元分析娄一青;黄养连;陈红梅;蒋裕丰;李君【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2008(028)003【摘要】利用MSC.Marc软件提供的用户子程序,对MSC.Marc进行二次开发.采用死活单元技术和折减过渡单元虚区高斯点渗透系数的方法对边坡的稳定渗流场进行分析,由各节点水头值分析单元所受渗透力,并以其代替周边孔隙水压力施加于土体单元,最后采用有限元强度折减法进行渗流作用下边坡的稳定性分析.算例表明,基于MSC.Marc软件分析边坡的渗流及稳定是可行的.【总页数】5页(P29-32,44)【作者】娄一青;黄养连;陈红梅;蒋裕丰;李君【作者单位】河海大学水利水电工程学院,江苏,南京,210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,江苏,南京,210098;舟山市原水管理中心,浙江,舟山,316021;河海大学水利水电工程学院,江苏,南京,210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,江苏,南京,210098;河海大学水利水电工程学院,江苏,南京,210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,江苏,南京,210098;河海大学土木工程学院,江苏,南京,210098【正文语种】中文【中图分类】TV139.14【相关文献】1.基于土石坝渗流和坝坡稳定的二维有限元分析 [J], 陈玉茹2.降雨条件下边坡渗流及稳定有限元分析 [J], 娄一青3.基于土石坝渗流和坝坡稳定的二维有限元分析 [J], 陈玉茹;4.基于达西定律的渗流边坡稳定性分析 [J], 李明;缪海宾;马明康;马熹焱;苑睿洋5.渗流作用下边坡稳定有限元分析 [J], 娄潇聪;黄成;娄一青;陈雰;梁月英因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于MSC.Marc二次开发进行粘弹性问题分析 (1)

其中 ,[ C ]为泊松比矩阵 ; [ N ]为工程剪应变和
剪应变张量的转换矩阵。
1 -μ -μ
0
0
0
-μ 1 -μ
0
0
0
-μ -μ 1
0
0
[ C] =
0
0
0 2 (1 + μ)
0
0 ;
0
000
0
2 (1 + μ)
0
000
0
0
2 (1 + μ)
1
1
1
[N] =
2
2
2
同理 ,可以推导得到球应力引起粘性变形增量 ( GPa·s) η2
3 (1 - 2μ)
注 :这里假定应力偏量和球应力引起粘性变形的规律与应力张量引起的粘性变形规律相同。
表 2 不同时刻垂直位移比较 Table 2 The comparison of vertical displacement
仍取表 1 中数据 ;基岩
为线弹性材料。计算
尺寸 :m
时间步长取 Δt = 86
图 4 混凝土坝示意图
400 s(1 d = 86 400 s) ; Fig. 4 The sketch of concrete dam
累计时间 T = 46 656 000 s(540 d) 。图 5 为混凝土坝
粘弹性模型的本构关系可分为两部分 :其一是球应力分量下的本构关系 ;其二是应力偏量下的本构关系。文献[ 1～3 ]假定粘性变形只有剪切变形 , 而无体积变形 ,即仅应力偏量产生粘性变形 ,球应力只产生弹性变形 ;文献[ 4 ]则假定球应力和应力偏量都产生粘性变形。显然 ,为了合理地考察工程材料在荷载作用下的粘性变形性态 ,有必要分别对球应力和应力偏量进行考察。大型通用商业软件 MSC. Marc 分别提供了球应力和应力偏量引起粘性变形的开放式子程序接口。由于目前关于采用 MSC. Marc 软件进行弹塑性分析的文献报导很多[5 ,6 ] ,而关于采用 MSC. Marc 软件进行粘弹性、弹粘塑性等分析的文献报导很少。据此 ,本文初步探讨了基于 MSC. Marc 的粘弹性问题分析 ,通过 MSC. Marc 软件开放式程序接口开发了广义开尔文模型 ,并进行了算例分析 ,得到了一些有益的结论。

非线性有限元软件MSC_Marc及其在轴承分析中的应用

非线性有限元软件M SC.M arc 及其在轴承分析中的应用X张业1,2,任成祖1,2,刘远新1,2(1.天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室,天津 300072;2.天津大学东超纳米复合结构陶瓷联合实验室,天津 300072)摘要:介绍了M arc 软件的特点、非线性分析功能及其在接触问题上的应用,并将其应用于圆柱滚子轴承的接触分析。

关键词:M SC.M ar c 软件;接触分析;轴承中图分类号:T P317 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2004)10-0051-031 M ARC 软件简介MA RC Analysis R esearch Cor poration(简称M ARC)始创于1967年,是全球第一家非线性有限元软件公司。

经过三十余年的不懈努力,M ARC 软件得到学术界和工业界的大力推崇和广泛应用,建立了它在全球非线性有限元软件行业的领导者地位。

MA RC 公司的主要产品之一是通用的有限元分析软件M A RC /M ENT A 。

包括求解器M ARC 和前后处理界面M EN T AT 。

图1所示为M ENT AT 与M ARC 程序之间的相互关系。

图1 MENTAT 与MARC 及其输入输出文件求解器M ARC 是软件的核心,软件强大的非线性有限元分析功能就是由求解器完成的。

M ARC 拥有许多对用户开放的子程序,即用户子程序,用户可以根据各自需要编制用户子程序,实现对输入数据的修改、材料本构关系的定义、载荷条件、边界条件、约束条件的变更,甚至扩展M ARC 程序的功能。

M EN T AT 是M A RC 公司有限元分析软件的图形界面,主要由4部分组成:(1)生成有限元网格;(2)交互式输入边界条件、材料参数、几何参数、初始条件、接触条件、定义载荷工况等;(3)进行有限元数值分析和计算;(4)显示计算结果,进行后处理。

由于其易于操作、方便灵活、直观快捷,使用户有更多的时间去关注问题的本质,而不会陷入繁琐的数据准备之中。

土体本构模型的MARC实现

弹性动力迭代弹塑性动力迭代 0 γ 0.005 0.01 0.015 0.02
报告提纲
MARC简介本构模型模块在计算程序中的任务一个土体动本构模型的MARC实现应用MARC做水平地基动力反应分析应用MARC做土石坝静动力分析
水平地基动力反应分析
等效线性的动力反应
• 将土体视为粘弹性材料。 • 通过等效弹性模量和等效阻尼比随剪应变变化来反映非线性。计算中需迭代得到一个与应变协调的体系。
rproj
边界面
dr rcur
ρ
rrev r2
ρ
r3
模型的基本架构
• 弹性应变
dp dsij dε = + 3K 2G
e ij
p G = G0 pa pa
n
p K = K0 pa pa
n
模型的基本架构
• 塑性剪应变
边界面：
q
f = q −ηb p = 0
df dε = Hp
p s
ηb
1
硬化规律：
p
塑性模量：
ρ G Hp = h0 Mp −ηb ηb ρ
模型的基本架构
• 剪胀方程（塑性体应变）
dε D= dε
p v p s
ρ η D = d0 − ρ M pt
状态和历史变量
程序验证（迭代方法）程序验证（迭代方法）
• 弹性矩阵
（对称，半带宽存储，迭代次数多，每次时间少，用 Modified N－R迭代）
• 弹塑性矩阵
（非对称，全带宽存储，迭代次数少，每次时间长）
• 弹塑性矩阵的一半
程序验证（迭代方法）程序验证（迭代方法）

MSC.Software公司Marc产品介绍

MSC.Software公司Marc产品介绍Marc全球非线性有限元软件行业的领导者MSC.Marc是MSC.Software公司于1999年收购的Marc公司的产品。

Marc公司始创于1967年，是全球首家非线性有限元软件公司。

经过四十余年的不懈努力，Marc软件得到学术界和工业界的大力推崇和广泛应用，建立了它在全球非线性有限元软件行业的领导者地位。

随着Marc软件功能的不断扩展，软件的应用领域也从开发初期的核电行业迅速扩展到航空、航天、汽车、造船、铁道、石油化工、能源、电子元件、机械制造、材料工程、土木建筑、医疗器材、冶金工艺和家用电器等，成为许多知名公司和研究机构研发新产品和新技术的必备工具。

Marc软件通过了ISO9001质量认证。

在中国，Marc通过了全国压力容器标准化技术委员会的严格考核和认证，成为与压力容器分析设计标准GB4732－95相适应的有限元分析软件。

一．产品特色◆多种物理场的分析能力。

◆复合场的耦合分析能力。

◆强大的非线性分析能力。

◆最先进的接触分析功能。

◆并行计算功能。

◆丰富的单元库。

◆开放的用户环境。

◆强大的网格自适应功能。

◆全自动三维网格重划分。

二．方便高效的用户界面MSC.Mentat作为MSC.Marc程序的专用前后处理器，完全支持MSC.Marc所有功能。

另外MSC.Patran已经实现了对MSC.Marc 结构分析、热分析和热－结构耦合分析的完全支持，也支持磁场、电场、压电场分析，下面主要介绍MSC.Mentat的功能。

1．几何建模MSC.Mentat可通过自顶向下和自底向上的方式生成几何模型，支持对几何元素点、线、面、体的各种，例如增加、删除、编辑和显示等。

2．网格划分MSC.Mentat提供功能齐全、性能卓越的的自动网格生成技术，可以将几何点、线、面元素直接转化成有限单元的节点、线单元和面单元。

可以自动对几何形状划分面网格或体网格。

具有专门的六面体网格生成器以及Rebar单元生成器。

基于ANSYS二次开发技术的土层随机地震反应分析

层质点的位移、速度和加速度 ; ceq为土层的等效阻尼 , ceq = 2ξeq m keq ; keq为土层的等效刚度 , keq = Geq /
h,
h为土层厚度 ;
Geq ,
ξeq分别为取决于土层等幅剪应变幅值
γ p
的符合双曲线模型的等价线性系统中的
等价剪切模量和等价阻尼比.
Geq
= G (γp )
∫ ∫ Teq
=
1 γ
m ax
γmax T (γp )
0
dγp ,
ξ ed
=
1 γ
max
γmaxξ(γp )
0
dγp.
(2)
Iwan假设
γ p
在
[ 0,
γ m ax
]
上均匀分布 ,
提出按式
( 2) 进行积分计算等价参数 , 其中 Teq , ξeq分别表
示系统以
γ p
做等幅循环时的振动周期和阻尼比
(6)
0
0
0
其中 , β为带宽参数 ; σγ, σγ, σγ¨分别为剪应变、剪应变速度、剪应变加速度的均方根 ; erf ( ) 为误差
第 11期
周爱红等 : 基于 ANSYS二次开发技术的土层随机地震反应分析
1177
函数. 从式
(5)
可看出 ,
峰值
γ p
的概率分布受带宽参数
β控制
,
当 β= 1时 ,
Abstract: Firstly, based on p seudo2excitation method, stochastic vibration analysis was converted into a series of simp le harmonic vibration analysis. Secondly, according to the relationship between excitation and response, a di2 rect acceleration iuput method was p roposed breaking the lim itation that traditionally harmonic force must be input2 ted for harmonic response analysis in ANSYS. Thirdly, equivalent linearization model was used to simulate the nonlinearity of m aterial which expanded the constitutive model of ANSYS. The p lug2in corresponding p rogram was developed using the advanced ANSYS Parameter Design Language (APDL ). Finally, taken the non2linear isotrop ic soil layer as an examp le, the effects of values of different constant amp litude shear strains for five different methods on the response of stochastic earthquake were studied. The results indicate that the values of different constant am2 p litude shear strains have great influence on the equivalent shear modulus, the equivalent damp ing ratio, the stand2 ard deviation for disp lacem ent and the direct interpolation equivalent linearization model was suggested. Key words: second developm ent of ANSYS; stochastic vibration; direct acceleration method; equivalent linear2 ization m ethod; p seudo2excitation method

非线性有限元软件MSC_Marc及其在轴承分析中的应用

经过三十余年的不懈努力,MARC 软件得到学术界和工业界的大力推崇和广泛应用,建立了它在全球非线性有限元软件行业的领导者地位。

MARC 公司的主要产品之一是通用的有限元分析软件MARC /MEN TA 。

包括求解器MARC 和前后处理界面MEN TA T 。

图1所示为MEN TA T 与MARC 程序之间的相互关系。

图1　MENTAT 与MARC 及其输入输出文件求解器MARC 是软件的核心,软件强大的非线性有限元分析功能就是由求解器完成的。

由于其易于操作、方便灵活、直观快捷,使用户有更多的时间去关注问题的本质,而不会陷入繁琐的数据准备之中。

基于MSC.Marc分析的模型相似关系研究

结构振动台模型试验是研究结构在地震作用下破坏模式和破坏机理的重要方法，根据相似理论，原型和模型相似的必要条件是描述原型和模型力学现象的数学物理方程应该相同，从这些数学方程中可以推导出各相似常数间的关系，这种关系称为相似关系或相似条件，足了这些相似条件，满则模型的力学现象就与原型的力学现象相似。本文通过对模型和原型相关动力反应的分析对比，验证模型相似关系的正确性，从而说明我们采用模型试验来研究原型结构的反应是可行的。
ＬＩＹｕｎｐｎＳａ－ｅｇ，ＯＮＧｉｎｈｏＬａ－ａ。
（．ｃｏｌｆｖｌａｄＨｙｒｕｉｇｎｅｒｎ，ｆｉｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙ，ｅｅ２００，ｉａ１ＳｈｏｉｎｄａｌＥｎｉｅｉｇＨｅｅｖｒｉｏｃｎｌｇＨｆｉ３０９Ｃｈｎ；ｏＣｉｃＵｎｙ
中图分类号：Ｕ３５ＴＵ３１３Ｔ７；１．
文献标识码：Ａ
文章编号：６１６２（０１０—０７０１７—２１２１）３００ —３
ＴｈｔｄｆｍｏｅｉｌｒｔｅａｉｎｂｓｄｏＳＭａｃｅｓｕｙｏｄｌｓｍｉａｉｙｒｌｔｏａｅｎＭＣ．ｒ
８
安徽水利水电职业技术学院学报
第１１卷
似现象的一门科学，提供了确定相似判据的方法，指导模型试验、理试验结果并把这些结果推广它是整
到原型结构上去的理论。
根据工程力学理论，决定原型或模型上发生的各种力学行为的有些物理力学因素之间，彼此有内在

四类问题有限元分析的MARC操作指南

1.3 应用 MSC.MARC 进行有限元分析的步骤
应用通用有限元软件进行分析，总体上分为前处理、求解和后处理三步。在 MSC.MARC 上，具体包括如下步骤：
(1) 生成网格（MESH GENERATION）；
6
四类问题有限元分析的MARC操作指南
清华大学机械工程系曾攀
(2) 定义边界条件（BOUNDARY CONDITIONS）； (3) 定义初始条件（INITIAL CONDITIONS）； (4) 定义材料特性（MATERIAL PROPERTIES）； (5) 定义几何特性（GEOMETRIC PROPERTIES）； (6) 定义载荷工况（LOADCASES）； (7) 定义任务（JOBS）； (8) 后处理（RESULTS）。下面通过一个简单的例子(图 1.7)，来说明运用 MSC.MARC 进行有限元分析的步骤。
5
四类问题有限元分析的MARC操作指南
清华大学机械工程系曾攀
图 1.5 多边形拾取
图 1.6 闭环线拾取
1.2.3 菜单光钮的分类
在菜单面板上有许多平坦和凸起的四边形，对于凸起的四边形可用<ML>选择，而对平坦的四边形进行<ML>、<MM>操作均不作反应，对于凸起的四边形我们称为光钮，共有 5 种不同的光钮：
2
1
图 1.4 方框拾取
★多边形拾取，如图 1.5 所示，将鼠标移至合适位置，按下键盘上的 Crtl 键，移动鼠标在多边形每个角点处，按下<ML>，然后松开，直至形成多边形，拾取即告结束。
★闭环线拾取，如图 1.6 所示，将鼠标移至合适位置，按下键盘上的 Crtl 键，按下<ML>，然后松开，移动鼠标直至闭环形成，拾取即告结束。

基于MSC.Marc软件的面板堆石坝静力分析

基于MSC.Marc软件的面板堆石坝静力分析
冯龙龙;苏晓丽;李星
【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(36)3
【摘要】为了能够较好地模拟面板堆石坝的施工及蓄水过程,利用MSC.Marc软件的子程序功能实现非线性弹性邓肯-张模型,通过生死单元技术进行分级加载,从而对面板堆石坝进行非线性有限元计算.对某混凝土面板堆石坝进行非线性分析,文中给出了河床中央剖面(2号剖面)和面板应力和变形的等值线分布图以及1号和3号剖面的应力和位移值.计算结果表明:坝体和应力以及变形规律比较好,但面板在靠近河床两端出现较大的拉应力,实际工程应予以重视.
【总页数】5页(P14-18)
【作者】冯龙龙;苏晓丽;李星
【作者单位】河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京 210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,南京 210098;河海大学水利水电学院,南京 210098;河海大学水利水电学院,南京 210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京 210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,南京 210098;河海大学水利水电学院,南京 210098
【正文语种】中文
【中图分类】TV314
【相关文献】
1.混凝土面板堆石坝三维有限元静力分析 [J], 乔吉平;王艳洲
2.基于邓肯E-B模型的面板堆石坝应力变形分析——以毛家河水库面板堆石坝为例 [J], 余华
3.混凝土面板堆石坝静力分析 [J], 苏丹
4.西林水库面板堆石坝应力变形的三维非线性静力分析 [J], 黄祥志
5.基于MSC.Marc软件的面板堆石坝加高的可行性研究 [J], 屠立峰;包腾飞;陈波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于MSC_Marc二次开发的土体静力和地震非线性分析方法

第28卷第3期2008年6月地震工程与工程振动J OURNAL OF EARTHQUAKE ENG I N EER ING AND E NG I NEER I NG V I BRAT ION V o.l 28N o .3Jun .2008收稿日期:2007-04-01 修订日期:2007-11-20基金项目:国家自然科学基金项目(50478036);云南/十#五0重点项目作者简介:刘洁平(1977-),女,博士研究生,副研究员,主要从事结构抗震反应分析研究.E-m ai:l ji ep i ng_li u @126.co m文章编号:1000-1301(2008)03-0178-06基于M SC .M arc 二次开发的土体静力和地震非线性分析方法刘洁平,张令心,石磊(中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080)摘要:本文在M SC .M arc 提供良好的用户二次开发环境下,利用用户使用的应用编程接口U SER S U B .HYPELA,添加了多层土的静力Duncan -Chang 本构关系模型和动力等效线性化本构关系模型,并通过两个算例验证了本文二次开发的可靠性。

关键词:M SC .M a rc ;二次开发;D uncan -Chang ;等效线性化中国分类号:P315.981 文献标志码:AStatic and seis m ic non -li near anal ysis nethods of soilsbased on M S C .M arc redevelop m entL I U Ji e pi n g ,Z HANG Lingx in ,S H I Lei(I n stitute of Engi n eeri ngM echan i cs ,C h i na E arthqu ake Adm i n istrati on ,H arb i n 150080,C hina)Abst ract :Under t h e favorab le redevelopi n g cond ition and App lication Progra mm ing I n terface USER SUB .HYPELA for user applied by M SC .M arc ,Duncan -Chang m odel fo r stati c non linear elastic ana lysis and equivalent lineariza -ti o n m odel for nonlinear dyna m ic ana l y sis o fm ult-i layer so ils are added ,and t w o exa m ples are calcu lated to verify t h e reliab ility of the redevelopm en.tK ey w ords :M SC .M arc ;redeve l o p m en;t Duncan -Chang ;equ i v a lent li n earization引言近20年来,在各种工程实际中提出了很多需要计算和分析的重要问题,为精确地完成这些计算和分析,经常需要在成熟的有限元分析软件中二次开发相关的算法和本构关系模型。

基于Marc二次开发实现粘弹性人工边界和振型分解反应谱法

法中的不足，且缺少时程分析法中模拟地基辐射阻尼效应的粘弹性人工边界，采用Ｆｏ￣ｒａｎ语言编制
相应的独立程序及二次开发程序，以便在Ｍｒａｃ软件中精确实现新规范要求下的混凝土坝抗震安全
评价。数值算例和工程实例分析结果验证了基于Ｍａｒｃ二次开发实施思路和自编程序的正确性；重力坝抗震薄弱部位主要为坝体断面突变处，考虑无限地基的辐射阻尼效应后，坝体地震动力响应明
显下降。
关键词：粘弹性人工边界；振型分解反应谱法；Ｍａｒｃ；二次开发
中图分类号：Ｐ３１５．９
文献标志码：Ａ
ＶｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃａｒｔｉｆｉｃｉａｌｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｃｔｒａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＭａｒｃｓｅｃｏｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｆｏｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＡ－ｃｌａｓｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＭａｒｃｃａｎｎｏｔｄｉｒｅｃｔｌｙｏｕｔｐｕｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅｗｈｅｎｕｓｉｎｇｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｃｔｒａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄｌａｃｋｓｔｈｅｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃａｒｔｉｆｉｃｉａｌｂｏｕｎｄａｒｙｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｄａｍｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｉｎｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｄａｍｓｕｎｄｅｒｔｈｅｎｅｗｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙＭａｒｃｓｏｆｔｗａｒｅ，ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃａｒｔｉ－ｆｉｃｉａｌｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｃｔｒａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＭａｒｃａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒ— ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｐｒｏｇｒａｍｓａｎｄｓｅｃｏｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍｓａｒｅｃｏｍｐｉｌｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＦｏｒｔｒａｎｌａｎｇｕａｇｅ．Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｂｏｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｄｅａｓａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｉｌｅｄｐｒｏｇｒａｍｓ．Ｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｗｅａｋｐａｒｔｓｏｆｇｒａｖｉｔｙｄａｍｓａｒｅｍａｉｎｌｙｔｈｅａｂｒｕｐｔｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎｏｆｄａｍｂｏｄｙ，ａｎｄｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｄａｍｂｏｄｙｄｅｃｒｅａｓｅｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｗｈｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｄａｍｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｉｎｆｉｎｉｔｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．

四类问题有限元分析的MARC操作指南

四类问题有限元分析的MARC操作指南《有限元分析及应⽤》四类问题有限元分析的MARC操作指南曾攀(清华⼤学机械⼯程系)本操作指南是向初学者介绍MSC.MARC软件，采⽤逐步演⽰的⽅式，帮助使⽤者熟悉MSC.MARC/MENTAT的菜单操作，并通过⼀系列的实例分析帮助使⽤者逐步掌握该软件的使⽤；内容涉及四类问题：平⾯静⼒问题、空间静⼒问题、振动模态分析、材料⾮线性问题，具体内容如下。

MSC.MARC简介平⾯带孔⽅板拉伸3D带法兰⾼压油缸悬臂梁的振动斜拉桥的振动封头等温塑性成形过程1 MSC.MARC简介1.1 MSC.MARC概述MSC.MARC是功能齐全的⾼级⾮线性有限元软件，具有极强的结构分析能⼒。

为满⾜⼯业界和学术界的各种需求，MSC.MARC提供了层次丰富、适应性强、能够在多种硬件平台上运⾏的系列产品。

MSC.MARC的基本模块为MARC和MENTAT。

MSC.MARC/MARC模块是功能齐全的⾼级⾮线性有限元软件求解器，体现了30年来有限元分析的理论⽅法和软件实践的完美结合。

它具有极强的结构分析能⼒：(1) 可以处理各种线性和⾮线性结构分析包括：线性/⾮线性静⼒分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动⼒响应分析、⾃动的静/动⼒接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等；(2) 它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，⼏乎每种单元都具有处理⼤变形⼏何⾮线性,材料⾮线性和包括接触在内的边界条件⾮线性以及组合的⾼度⾮线性的超强能⼒；(3) MARC的结构分析材料库提供了模拟⾦属、⾮⾦属、聚合物、岩⼟、复合材料等多种线性和⾮线性复杂材料⾏为的材料模型；(4) 分析采⽤具有⾼数值稳定性、⾼精度和快速收敛的⾼度⾮线性问题求解技术。

为了进⼀步提⾼计算精度和分析效率，MARC软件提供了多种功能强⼤的加载步长⾃适应控制技术，⾃动确定分析曲屈、蠕变、热弹塑性和动⼒响应的加载步长；(5) ⽹格⾃适应技术，以多种误差准则⾃动调节⽹格疏密，不仅可提⾼⼤型⾮线性结构分析精度，⽽且能对局部⾮线性应变集中、移动边界或接触分析提供优化的⽹格密度，既保证计算精度，同时也使⾮线性分析的计算效率⼤⼤提⾼。

MARC二次开发教程

该软件的功能在不断地改进，应用领域也在不断地扩展。

但由于实际问题的多样性，不同用户要求的特殊性，利用软件缺省的标准输入/输出有时并非最佳选择。

另外，也可能存在标准的程序尚不具备的特定用户需要的某一方面功能的情形。

对前一种情况，可通过MSC.Marc提供的大量用户子程序接口，将用户需要的输入/输出以最简便的方式定义，而无需受缺省输入/输出的限制。

对于后者，在功能强大的通用软件框架下可以耦合进用户所需功能，使通用软件向特定领域的专用软件扩展。

MSC.Marc的许多国外著名的用户已利用MSC.MARC提供的开放性求解问题能力，借助于用户子程序完成了众多高级复杂工程问题分析和学术研究。

例如由美国宇航局牵头，美国政府、工业界和著名大学三方合作完成的MHOST计划，就涉及许多这样的MSC.Marc二次开发工作。

而由NASA和MSC.Marc共同开发的新型可再用航天飞行器模型X－33的热翼面擅振分析也是一个扩展MSC.Marc软件分析功能的成功实例。

自从1995年以来，MSC.Marc在国内得到了越来越广乏的应用。

一些国内的用户利用二次开发，扩展了程序功能。

如高温结构和土木工程中的本构模型研究、复杂结构的热分析、金属成型过程中的组织演化、焊接过程热源控制、网格死活条件和自适应条件控制等。

为了使广大的用户更好地用好软件的二次开发功能，编写一本有关二次开发功能的书，一直是编者的一个愿望。

编者从实际工程应用出发，结合编者使用软件的经验以及帮助广大用户解决问题的经验，根据MSC.Software公司的最新资料编写了本书。

四类问题有限元分析的MARC操作指南

在菜单区
图 1.3 鼠标健的功能
在图形区
实际使用 MENTAT 时常常需要检取相邻的一大批节点、单元等，如果一个、一个地用 <ML>检取既繁琐又易出错，此时可以鼠标与键盘并用一次就检取完毕。具体有三种方法：方盒（box）检取、多边形检取、闭环检取。
★方框拾取，如图 1.4 所示，要拾取最左边的 4 个节点，先将鼠标移至 1 处，按下<ML>，移动鼠标至 2 处，松开<ML>，拾取即告结束。
对非结构的场问题如包含对流、辐射、相变潜热等复杂边界条件的非线性传热问题的温度场，以及流场、电场、磁场，也提供了相应的分析求解能力；并具有模拟流－热－固、土壤渗流、声－结构、耦合电－磁、电－热、电－热－结构以及热－结构等多种耦合场的分析能力。
为了满足高级用户的特殊需要和进行二次开发，MSC.MARC 提供了方便的开放式用户环境。这些用户子程序入口几乎覆盖了 MARC 有限元分析的所有环节，从几何建模、网格划分、边界定义、材料选择到分析求解、结果输出、用户都能够访问并修改程序的缺省设置。在 MSC.MARC 软件的原有功能的框架下，用户能够极大地扩展 MARC 有限元软件的分析能力。
◆分析步骤
第一步：生成网格（MESH GENERATION）本步的任务是建立用于有限元分析的几何模型，并进行网格划分。首先，设置屏幕的显示区域，并打开格点显示。 MESH GENERATION （PREPROCESSING 菜单） SET （COORDINATE SYSTEM 菜单） U DOMAIN （设置屏幕 X 方向的显示范围） 0 10 （在命令窗口输入）
1.3 应用 MSC.MARC 进行有限元分析的步骤
应用通用有限元软件进行分析，总体上分为前处理、求解和后处理三步。在 MSC.MARC 上，具体包括如下步骤：

土体邓肯—张非线性弹性模型参数反演分析

土体邓肯—张非线性弹性模型参数反演分析近年来，随着科学技术的发展，经过精心设计的弹性模型和参数反演算法技术开始被广泛应用于土体力学中。

英国科学家邓肯（Duncan）和张（Zhang）的非线性弹性模型参数反演分析方法为土体力学研究奠定了坚实的理论基础。

线性弹性模型参数反演分析旨在研究土体的弹性本构模型，决土体的动态参数反演问题，从而更好地控制和解释土体力学行为。

首先，非线性弹性模型是一种普遍适用的土体力学模型，描述了土体的应力应变关系，其中包括受力弹性部分，恢复弹性部分和弹性非线性部分.述应力应变关系的函数可以用地质、浅层力学等参数表示。

其中包括材料参数，比如弹性模量、泊松比、抗拉强度极限等；空间参数，比如等效平面应力变化率等；时间参数，比如历史负荷重复次数等。

然后，非线性弹性参数反演分析是一种专门用于研究土体动态参数变化特性和土体弹性本构模型确定的非线性优化算法。

主要包括反演算法和参数估计算法。

演算法可以从提供的土体动态应力应变数据中恢复弹性本构参数的值，而参数估计算法则可以从实验测量数据中精确估计土体实际弹性参数的值。

此外，非线性弹性模型参数反演分析具有许多优点，到的结果有助于深入理解土体动态变化特性，有助于开发新的土体力学理论，有助于实现高精度的土体力学分析及模拟，为现有土体力学分析方法提供了更为准确的理论支撑。

最后，非线性弹性模型参数反演分析技术对土体力学研究有重要意义。

管技术刚刚起步，但有望在解决实际问题上发挥重要作用。

此，有必要加强相关技术的研究，加强详细计算，改进参数反演算法，并在非线性弹性本构分析的理论和实验研究方面进行深入挖掘，以及在实际工程中对该技术的实际应用。

综上所述，非线性弹性模型参数反演分析是一种新的、有效的土体力学分析方法，从理论和实践上都有重要意义，为土体力学研究和工程实践提供了有用的理论和技术支持。

Msc.Marc 材料模型介绍参数设置

S7-12
弹塑性材料
● 弹塑性材料通过弹性部分和塑性部分的应力应变曲线定义。
屈服准则
● 要选择硬化定律、屈服准则和应变率方法
硬化定律应变率方法
MAR101, Section 7, April 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
S7-13
硬化定律
Equivalent Stress
在MSC Marc Mentat中用ADD POINT输入上表中数据。生成的曲线如下图所示
300 250 200 150 100
50 0 0
Plastic Strain vs. Equivalent Stress
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Plastic Strain
S7-23
Extrapolated
VON MISES屈服面（各向同性）
应力-应变关系曲线在MSC PatranMarc中被定义为场
S7-16
颈缩
● 应变较大时，金属可能会经历局部高度拉伸并缩小的现象，称之为颈缩（necking）。
● 金属发生颈缩时的名义应力比其极限强度要低得多。
● 影响颈缩的因素：
● 试样的几何形状
● 试样本身的自然状态(是拉伸或压缩)
● 应力和应变的度量 (名义应力和应变)
性应变为零。因此在定义材料性质时，
100
要从总的真实应变中减去该点的弹性应
50
变值。
0
0
Plastic Strain 0.00000E+000 1.00000E-003 3.00000E-003 7.00000E-003

基于MSC.Marc软件二次开发的岩土流变分析

Vol . 40 No . 3J un . 2018DOI ：10.13393/j .cnki .issn .l 672 —948X .2018.03.007第40卷第3期三峡太.馨.学推（自_績#学舨）2018 年 6 月 J of China Three Gorges Univ.(Natural Sciences )基于MSC . Marc 软件二次开发的岩土流变分析冉蠢1程琳i ，2杨杰1仝飞1陈诗怡3(1.西安理工大学西北旱■区生态水利工程国家重点实验室培育基地，陕西西安 710.0M ;2.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实.验室，南京 21£1&0%3..福■州大学至诚学院，福建福州 S §0t )Q _5)_摘要:豫变是岩土材榑的一种重要餘..力辱性质，合理地分翁_和模被.材料的流变.对..结梅施工期和运行期的变.和应力控攔十夯重要.由于流变计算较为复杂.目t 常需借助一些袓关'的计算软件来实现■本文首朱介绍了流变分被離奉栗響论，然后磁有:限*分析_會业.M SC . M arc 为基础，迸行匕竣开:发，编制相关岭计算.子程靡，象实现流变计.算,取##水蓄能电站的堆石坝为算例根据计箅翁结果对开_发的程序进ff 了廉SL ，表明._开.发f t 程序可:騎应用于实工程.关键词：流变；本构模S •， M SC . M src 软伴^ 二次开发中图分类号：T V 3：n文献标识码：A .文章编号=1672-94.8X (.2f l .B ___)03-〇_02.9-〇,5:Rheological Analysis of Rock and Soil Based on Secondary Development of MSC. MarcRan Li 1 Cheng Lin 1'2 Yang Jie 1 Tong Fei 1 Chen ShiyP(1. State Key Laboratory Base of Eco-hydraulic Engineering in Arid Area, Xi’an Univ. of Technology, Xi'an710048，China; 2. State Key Laboratory of Hydrology-W ater Resources and Hydraulic Engineering, Hohai Univ. , Nanjing 210098, China; 3. Zhicheng College,Fuzhou Univ. , Fuzhou 350002, China)Abstract Rheology is one of the most important mechanical properties of rock and soil materials. It is very important to analyze and simulate the deformation of material reasonably for deformation and stress control during construction and operation. Due to the complexity of rheological calculation, it is often necessary to use some related software to realize. Firstly? this paper introduces the theory of rheological analysis; and then the paper prepares relevant calculation subroutine to achieve the rheological calculation based on secondary development of MSC. Marc. Taking a rockfill dam of a certain pumped storage power station for example? the developed program is validated according to the calculation results, so as to show that the developed program can be applied to practical engineering.Keywords rheology ； constitutive model ； MSC. Marc softw are ； secondary development流变在混凝土中一般被称为徐变，在岩石力学中一般被称为:蠕变，均表示变形随时间翁生变•对流变的分析*目前主要是采用流变模型.由于混凝土的力学性质（包括徐变性质在内> 与材料的龄期有关. 当混凝土的龄期较小时，材料受力后徐变发展得很快.只有a 它的龄期达到相1大的时候（如1年以上），徐变的发展才可以近似地认为与龄斯无关•所以在處宣;混凝土的徐变理论时，逾该考虑材料龄期的影响.混凝土的流变，可用专门的理论来分析.也可采用元件流变模型来分析.对于岩石的蠕变•则一般用元件流变模型M 来模拟.图1是典型的岩石蠕变过程线*由图可知，岩石的蠕变可分为3个阶段.第1阶段(a — b .)，减速蠕变阶段：应变速率随时间増加而减小；第2阶段（b —等速蠕变阶段：应变速率保持不收稿日期：2(H 7-01-04基金项目：国家自然科学基金项目（51409205);博士后自然科学基金项目（2015M 572656X B );水文水资源与水利工程科学国家重点实验室开放研究基金（2014491011)通信作者：冉蠡（1993 —），男，硕士研究生.研究方向为水工结构数值仿真及安全监控模型.E -m ail : mnli 0202@30三峡大学学报.(自然科荸版)_i s華i l变;第3阶段(c一d,)，加速蠕变阶段;应变速率随时间增加而增加.流变计算较为复杂般需借助相关的计算软件.在结构有限元分析的各种商业软件中s由于M SC. M arc软件_拥有多种高级非线性有限元求解器、充足的单元类型、丰富的材料库以及计算精度高等优点，本文以M SC.M arc软件为基础，进行次开发，编制相关的程序，来实现流变计算.然后采用某抽水蓄能电站的面板堆石坝为算例，对开发的程序进行了验证.1流变问题的基本原理设流变过程中结构的静力平衡方程为u°j|e Tf f d y+ / =o(l)v式中，B为应变矩阵w为应力;V为体积;/为外力.采用小应变和小位移假设f即矩阵和坐标与时间无关.将上式对时间/求导，并根据应力应变转换关系进行推导，可以得到平衡方程的微分形式为=/+卜^曹(2)V V式中，为弹性矩阵为位移一为蠕变应变率;，采用增量形式，假设G时刻的位移《(々）、应力 <r(々）、外力/(々）和蠕变应变率e H D已知，在由“到 “+A?时段内的位移增量A m,流变应变增量为Ae、这时可以在A f内积分，得到平衡方程为J s T DBAMdy=/—|s TDAecdV(3)V V处理流变问题一般有显难方法和隐式方法两种. 所请的显式方法(初应力法)就是如式(3)所示蠕变项被完全处理成伪荷载，这样不需要重新组装求解刚度矩阵.所谓的隐式方法就是将式（3)右端第二项移到方程的左边，使刚度矩阵变成与流变应变相关的:麗》这样每个时间步都要重新组装刚度矩阵.由上可知，采用有限元法求解流变问题的关键是根据^时刻初始的位移、应变和应力等获得流变应变的潜量 Aee=e6.(a m，e)_At&―2流变分析的伯格斯模型在解决流变问题时，通常采用.元件模型进行有限元分析w.元件模型是一种可模拟材料粘弹性性质的力学模型，其中伯格斯模型较为常用.伯格斯模型是由一个K elvin模型和一个Maxwell模型串联得到的 ⑷ ，如图 2 所示.> °——W l A/—3D----°^—E见%图2伯格斯流变模型则由Kelvin模型和M axw ell模型可推导出，在全量形式下，f。