Nastran动力分析1章

合集下载

NASTRAN_动力分析指南

NASTRAN_动⼒分析指南第⼀章动⼒学分析⽅法及NX NASTRAN基本使⽤介绍1.1 有限元分析⽅法介绍计算机软硬件技术的迅猛发展，给⼯程分析、科学研究以⾄⼈类社会带来急剧的⾰命性变化，数值模拟即为这⼀技术⾰命在⼯程分析、设计和科学研究中的具体表现。

数值模拟技术通过汲取当今计算数学、⼒学、计算机图形学和计算机硬件发展的最新成果，根据不同⾏业的需求，不断扩充、更新和完善。

近三⼗年来，计算机计算能⼒的飞速提⾼和数值计算技术的长⾜进步，诞⽣了商业化的有限元数值分析软件，并发展成为⼀门专门的学科－计算机辅助⼯程CAE（Computer Aided Engineering）。

这些商品化的CAE软件具有越来越⼈性化的操作界⾯和易⽤性，使得这⼀⼯具的使⽤者由学校或研究所的专业⼈员逐步扩展到企业的产品设计⼈员或分析⼈员，CAE在各个⼯业领域的应⽤也得到不断普及并逐步向纵深发展，CAE⼯程仿真在⼯业设计中的作⽤变得⽇益重要。

许多⾏业中已经将CAE分析⽅法和计算要求设置在产品研发流程中，作为产品上市前必不可少的环节。

CAE仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显⽰出明显的优越性：●CAE仿真可有效缩短新产品的开发研究周期；●虚拟样机的引⼊减少了实物样机的试验次数；●⼤幅度地降低产品研发成本；●在精确的分析结果指导下制造出⾼质量的产品；●能够快速的对设计变更作出反应；●能充分的和CAD模型相结合并对不同类型的问题进⾏分析；●能够精确的预测出产品的性能；●增加产品和⼯程的可靠性；●采⽤优化设计，降低材料的消耗或成本；●在产品制造或⼯程施⼯前预先发现潜在的问题；●模拟各种试验⽅案，减少试验时间和经费；●进⾏机械事故分析，查找事故原因；●等等当前流⾏的商业化CAE软件有很多种，国际上早20世纪在50年代末、60年代初就投⼊⼤量的⼈⼒和物⼒开发具有强⼤功能的有限元分析程序。

其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。

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)=

Nastran基础培训1_简介

Nastran基础培训1_简介第一章 Nastran 简介一概述1 功能齐全的大型有限元软件a. 大型：有上百万条源程序语句b. 功能齐全：进行静力、动力分析，敏度，分析与优化设计c. 实用面广：航空、航天、船舶、汽车、机械、建筑、桥梁、水力、化工、海洋、能源、橡胶等2 通用性强a. NASTRAN输入/输出格式被许多行业公认为一种标准b. 几乎所有 CAD/CAM 系统都提供了与 NASTRAN 的接口c. NASTRAN 的计算结果经常作为评估其它有限元分析软件精度的参照标准3 经过严格的检验，高度可靠性a. 每一版本发行都要经过 4 个级别，5,000 多个测试题目的考核b. 30 多年的开发与不断改进c. 3、50,000 多个用户的长期工程应用验证d. NASTRAN 已成为许多工业部门法定结构分析软件。

4 强大的用户开发程序－ DMAP关于 DMAP (Direct Matrix Abstraction Programming)a. 为用户提供由 DMAP 语言组成的固定分析流程b. 用户可以根据需要用 DMAP 语言修改与重组新的流程。

5 丰富的文献资料* NASTRAN 线性静力与模态分析指南( NASTRAN Linear Static and Normal Modes Analysis User’s Guide )* NASTRAN 基本动力分析指南( NASTRAN Basic Dynamic Analysis User’s Guide )* NASTRAN 数值方法指南( NASTRAN Nunerical Methods User’s Guide )* NASTRAN 设计敏度与优化指南( NASTRAN Design Sensitivity and Opotimization User’s Guide ) * NASTRAN 气弹分析指南( NASTRAN Aeroelastic Analysis User’s Guide )* NASTRAN 热分析指南( NASTRAN Thermal Analysis User’s Guide )* NASTRAN 超单元分析指南( NASTRAN Superelement Analysis User’s Guide )* NASTRAN DMAP和数据库应用指南(NASTRAN DMAP and Database Application User’s Guide) * NASTRAN 非线性分析指南( NASTRAN Nonlinear Analysis User’s Guide )6 主要缺点(1) Nastran 只是一个求解器，没有自己的前后处理。

MSCNASTRAN颤振分析模块使用说明

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基础教程01_概述

平的MSC.Patran的开发、发行和支持公司
● MSC.Patran是一个开放的用于主要的有限元分析(FEA)
软件,包括MSC.Nastran 和 MSC.Marc的前后处理程序
NAS120v, Section 1, April 2010 Copyright© 2010 MSC.Software Corporation
创建有限单元网格
NAS120v, Section 1, April 2010 Copyright© 2010 MSC.Software Corporation
S1 - 14
STEP 3 -创建分析模型(续.)
约束悬臂板的一条边
NAS120v, Section 1, April 2010 Copyright© 2010 MSC.Software Corporation
使用MD Nastran 分析图示的悬臂板结构并且用手工计算验证分析结果
材料: Steel
● ●
E = 30 x 106 psi n = 0.3
NAS120v, Section 1, April 2010 Copyright© 2010 MSC.Software Corporation
S1 - 9
NAS120v, Section 1, April 2010 Copyright© 2010 MSC.Software Corporation
S1 - 17
STEP 3 -创建分析模型(续.)
定义模型属性.
NAS120v, Section 1, April 2010 Copyright© 2010 MSC.Software Corporation
MD Nastran

具有广泛的支持文档 (包括在线百科全书)

P023-用MSC.Nastran进行流固耦合系统的动力学分析

用MSC.Nastran进行流固耦合系统的动力学分析王安平刘兵山中国科学院光电研究院北京 100190摘要：本文用Nastran2005对一个流固耦合系统进行了模态分析，结合一个密闭的薄壁结构模型，给出了分析的一般过程和需要注意的问题，也给出了该薄壁结构的模态频率、空腔系统的声学模态频率，以及耦合系统中，结构和空腔的声学模态频率和振型的变化。

关键词：Nastran，流固耦合，声学Modal Analysis Using MSC.Nastran for CoupledFluid-Structure SystemWANG Anping, LIU BingshanAcademy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ChinaAbstract：The paper introduced the modal analysis method for the coupled fluid-structure (CFS) system using MSC.Nastran2005. Combinedthe model of a sealed laminated structure, analytical approach andwatchful items are presented. And making use of the MSC software, thestructure modal analysis and the cavity acoustic modal analysis of the CFSsystem are simulated.Keywords: Nastran, Coupled fluid-structure, Acoustics0 前言流固耦合法广泛应用于声学和噪声控制领域，如发动机的噪声控制。

对空腔结构(比如汽车车室、宇宙飞船船舱)进行流固耦合分析，可以知道耦合作用对系统模态的影响，可为研究耦合系统的声学特性提供可靠的理论和试验依据。

MSC Nastran操作与实战培训教程分解

6)设计敏度分析与结构优化
l 设计敏度分析 l 多约束结构优化
7) 通用矩阵运算
l l 运用DMAP修改MSC/NASTRAN固定流程建立用户自己的有限元求解系列
8) 特殊分析功能
l l l 声响分析流体与结构耦合分析循环对称分析
l 层复合材料分析
5 MSC/NASTRAN的前后处理
1、 MSC公司提供的
(2) 静力载荷包括：
l l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷由加速度引起的载荷 l 强迫位移 l 集中力和力矩 l 梁上的分布载荷
Ka 0 u1 F1 K a F2 K a K a K b K b u 2 F 0 u K K b b 3 3
线性静力有限元分析步骤
结构离散施加载荷
形成单元刚度矩阵
求解方程
MSC.Software公司
•
• • •
• • • • • •
第一笔业务： NASA 通用有限元结构分析程序 NASTRAN开发（1963年） 1970年开发NASTRAN商业版本MSC/NASTARN 1983年股票上市 1993 年收购世界著名 CAD 软件供应商 Aries Technology 公司 1994年收购CAE领域第二软件供应商PDA工程公司 1998年收购MARC公司 1999年收购Work Model 公司 2001年与法国DASSAULT战略同盟 2002年收购MDI公司（ADAMS机构运动仿真) 2002年收收购波音公司控制仿真系统EASY5
3)热传导分析
l l l l 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

Nastran静力分析1-3章讲解

模型几何
MSC/NASTRAN中，模型几何用结点定义
结构结点加载而移动
结构模型每一结点有六个可能位移（自由度）
三个移动(在X、Y和Z方向)和三个转动(关于X、Y和Z轴)
有限单元
Nastran中，单元名前字母C是表“connection”
■ 弹簧元（性质如简单拉伸或扭转弹簧）
CELAS1～4
■ 线单元（性质象杆、棒或梁）杆元： CROD，CONROD
服务方式
1）热线咨询服务
2）遍布世界各地的MSC办事处 3）定期与专门培训 4）定期召开MSC用户会议 5）网上服务
第 1 章 MSC.NASTRAN
1 NASTRAN与MSC/NASTRAN
NASTRAN 程序由来
1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis）是一个大
6)设计敏度分析与结构优化
l 设计敏度分析 l 多约束结构优化
7) 通用矩阵运算
l 运用DMAP修改MSC/NASTRAN固定流程 l 建立用户自己的有限元求解系列
8) 特殊分析功能
l l l 声响分析流体与结构耦合分析循环对称分析
l 层复合材料分析
5 MSC/NASTRAN的前后处理
1、 MSC公司提供的
L u 3 u 2 0.01167 0.005 0.0006667 L L 10
1) (1) σ( 106 ×(-5) × 10-4 = - 5000 (磅 / 英寸) 2 el = Eε el = 10 ×
2) ( 2) σ( 106 ×(-6.667) × 10-4 = - 6667 (磅 / 英寸) 2 el = Eε el = 10 ×
(2) 静力载荷包括：

Nastran静力分析01-12章

L u 3 u 2 0.01167 0.005 0006667 0. L L 10
σ (1) = Eε (1) = 10× 6 ×(-5) × -4 = - (磅 / 英寸) 2 10 10 5000 el el
σ ( 2) = Eε ( 2) = 10× 6 ×(-6.667) × -4 = - (磅 / 英寸) 2 10 10 6667 el el
MSC/PATRAN,MSC/ARIES
2、通用CAD软件
如Unigraphics(UG),Pro/ENGINEER与I-DEAS等 3、所有著名CAD/CAM系统及专用有限元前后处理软件都与MSC/NASTRAN有接口，均可生成MSC/NASTRAN的输入文件，并进行后处理。
6 MSC/NASTRAN的文档资料
3)热传导分析
l l l l 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
l 静态气动弹性分析 l 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。
5) 多级超单元分析
l l l 线性静力超单元分析屈曲超单元分析动力超单元分析（模态综合法）包括固有模态分析，直接与模态复特征值，直接与模态频率响应和直接与模态瞬态响应。 l 气动弹性响应超单元分析 l 颤振超单元分析 l 稳态与瞬态热传导超单元分析 l 循环对称（静力、屈曲）超单元分析
8）商品化材料数据信息系统 MSC/MVISION 9）锻压仿真系统 MSC/SuperForm
10) 速跌落试验仿真系统 MSC/DropTest
11) 面向设计人员的分析软件 MSC/InCheck 12）车辆舒适性预测仿真系统 MSC/NVH-Manager 13）预测系统 MSC/AKUSMOD 14）汽车有限元模型处理系统 MSC/AMS 15）拓扑及形状优化设计软件系统 MSC/Construct 16）成型仿真系统 MSC/SuperModel

nastran第1章动力分析概述

第一章动力分析概述1.1动力分析过程1.2单自由度系统1.2.1动力学方程其中，m 为质量（惯性），b 为阻尼（能量耗散），k 为刚度（恢复力）n 为非线性恢复力p 为作用力u 为位移为加速度u̇̇为速度u̇通常，作用力p 、位移u 、速度、加速度为时间函数，m 、b 、k 为常数，非线性恢u̇u ̇̇复力n 为的函数。

uu,̇1.2.2单位1）基本单位长度L (inch,m)，质量M （slug,kg ），时间T （second ）2)基本与推导单位3）常用变量工程单位4）注意：(a)用一致的单位制(b)常见错误是质量与阻尼单位(c)Nastran 不检验单位，用户应该小心1.2.3单自由度系统无阻尼自由振动1）动力学方程2）解其中，3）初始条件最后解为1.2.3单自由度系统阻尼自由振动1）动力学方程临界阻尼临界阻尼比2）解a)欠阻尼情况ω其中，为阻尼固有频率db)临界阻尼情况（无振荡发生）c)过阻尼情况无振荡发生，系统逐渐回到平衡位置（至少不会扩散）。

d)通常分析欠阻尼情况，结构的粘性阻尼一般在0~10%范围内。

1.2.4单自由度系统无阻尼简谐振动1）动力学方程ω其中，为激励力频率2）解的形式其中，稳态解部分1.2.5单自由度系统阻尼简谐振动1）动力学方程2）解的形式a)瞬态解迅速衰减，可以不考虑b)稳态解为其中，为相位角θc)讨论i),放大因子（静态解），相位角（响应的相位为激励相位）1<<nωω0→0360→ii),放大因子（无响应），相位角（响应的相位与激励相位1>>nωω0→0180→相反）iii)（共振）,放大因子，相位角（响应的相位为激励1≈n ωωζ2/1→0270→相位）1.3多自由度系统1.3.1概述动力学方程为其中，1.3.2动力学环境分类1）环境类型2）动态激励类型1.3.3有限元动力学建模需要考虑的问题1）结构分析的频率范围2）结点/约束/单元的分配方案及其相互关系3）线性与非线性行为的区别，问题的定性考虑4）整体系统与超单元模型的关系5）相邻介质的相互作用6）测试/或测量数据的综合考虑7）阻尼。

NX_Nastran__超单元用户指南

加快计算速度
因为处理单个超单元对计算机资源的需求比不使用超单元的整个模型要少，因此可以使用快速序列提交各超单元的处理 (或者甚至在不同的计算机上处理)，而不是通宵等待整个问题的一次性求解。
减小风险
处理一个不使用超单元的模型，是一种要么全有要么全无的做法。如果出现错误，必须在改正错误后重新处理整个模型。在使用超单元时，每个超单元只需处理一次，除非需要修改超单元以重新处理。如果在处理中发生错误，只有受影响的超单元和残余结构 (最后处理的超单元) 需要重新处理。无错误的超单元不需要重新处理，除非对该超单元进行修改。
安全性
许多公司进行私人或保密的项目。包括为了竞争而开发的新设计，到高度机密的国防项目。即使在安全程序下工作，有时也需要发送模型给合作者，以便他们进行部件的耦合分析。使用外部超单元允许用户发送减缩后的边界矩阵，其中不包含实际部件的几何信息，只有从边界上看到的质量、刚度、阻尼和载荷。在收到一组可以由 NX Nastran 读出的任意格式的减缩矩阵后，工程师可以用这些矩阵定义一个外部超单元，并将外来结构附加到自己的模型上。
另一类超单元是外部超单元，模型的一个零件由一组源于外部的矩阵所代表 (该矩阵也可以来自另一个 NX Nastran 分析的结果)。对这些矩阵，没有任何内部的几何信息可用，只有这些矩阵所附着的节点是已知的。图 1-3 显示了一个外部超单元的例子。图中，左边是有限元模型，右边虚线表示外部超单元。
在静力分析中，用于超单元处理的理论是精确的。在动力分析中，对质量、阻尼和载荷矩阵的减缩是近似的。在第 9 章 “动力分析超单元介绍” 中对这些近似作了解释，并说明了改善近似性的方法 (特别是部件模态综合方法)。
■介绍
■如何对情况控制进行内部分区和使用
■多个载荷情况的例子

Autodesk Nastran In-CAD Dynamics 动态分析手册说明书

1. Activate the Nastran environment 2. Double click on the Analysis 1 3. In the Model State tab change the
LOD to Two Brackets 4. Press OK
5. Note that the CAD materials are
2. Change the name to Mounts 3. Select the Associated Geometry box 4. Select the two brackets to complete
the last property definition 5. Click OK 6. Your tree should now look like this:
© 2017 Autodesk
3
Open the Part
1. Open the file Muffler&Brackets.iam (Get Started > Launch > Open)
8/11/2017
© 2017 Autodesk
Use Level of Details in Nastran In-Cad
Transient Response Analysis
User-defined Time Steps Control Solution Accuracy + Results Insight
© 2017 Autodesk
8/11/2017 2
8/11/2017
Example 4.1: Muffler Modal Analysis
box 6. In the Selected Quadrilaterals:

nastran动力学培训

四、强迫运动
用于分析带有地基加速度、位移和速度的输入的受约束结构。直接指定法例：一端固支的矩形结构，在地基上受到沿Z方向频率为 250HZ的单位正弦脉冲加速度作用，使用直接方法，确定该结构的瞬态响应。在地基上施加1000lb的大质量，使用的结构阻尼系数：g=0.06，并将此阻尼转化为在250HZ下的等效粘性阻尼。
动力学培训内容介绍
1.模态分析 2.瞬态响应分析 3.频率响应分析 4.强迫运动 5.随机响应分析
结构动力学分析
一、模态分析求解器：103 质量矩阵形式：MSC认为耦合质量比集中质量更精确，在动力分析里出于对计算速度的考虑，更倾向于使用集中质量。使用方法：用PARAM，COUPMASS，1选择耦合质量；缺省为集中质量。求解方法：推荐的Lanczos方法。 EIGRL卡片
（续）
激励的定义：与瞬态响应中TLOAD对应，在频率响应中为RLOAD。其中RLOAD1是按照实部与虚部的形式来定义频变载荷；RLOAD2按幅值和相位的形式来定义频变载荷。几点考虑：如果激励的最高频率比系统的最低谐振频率小得多，那么使用静态分析就足够了；阻尼很小的结构在激励频率接近于谐振频率的时候，会表现出很大的动力响应。在这样的问题中，模型上一个小的改动（或仅换一台电脑来计算）都可能产生响应的明显变化；如果希望对峰值响应进行充分的预测，必须使用足够好的频率步长（Δ f）。对每个半能带宽至少使用5个点。
（续）
SOL 109 TIME 30 CEND TITLE = TRANSIENT RESPONSE WITH BASE EXCITATION SUBTITLE = USING DIRECT TRANSIENT METHOD, NO REDUCTION ECHO = UNSORTED SPC = 200 SET 111 = 23, 33 DISPLACEMENT (SORT2) = 111 VELOCITY (SORT2) = 111 ACCELERATION (SORT2) = 111 SUBCASE 1 DLOAD = 500 TSTEP = 100 $

MSCNastran操作与实战培训教程

l
刚性杆：RROD
l
刚性梁T
l
刚性体：RBE1，RBE2
l
均方加权约束元：RBE3
l
内插约束元：RSPLINE
载荷
(1) MSC/NASTRAN可处理的载荷包括静力载荷、动力瞬态、振动载荷、热载、地震加速度和随机载荷……
(2) 静力载荷包括：
l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷 l 由加速度引起的载荷 l 强迫位移 l 集中力和力矩 l 梁上的分布载荷
8) 特殊分析功能
l 声响分析 l 流体与结构耦合分析 l 循环对称分析 l 层复合材料分析
5 MSC/NASTRAN的前后处理
1、 MSC公司提供的 MSC/PATRAN,MSC/ARIES
2、通用CAD软件如Unigraphics(UG),Pro/ENGINEER与I-DEAS等
3、所有著名CAD/CAM系统及专用有限元前后处理软件都与MSC/NASTRAN有接口，均可生成MSC/NASTRAN的输入文件，并进行后处理。
1995年,MSC/NASTRAN V68.2版
1996年,MSC/NATRAN V69版
1997年, MSC/NASTRAN V70版
2001年,MSC/NASTRAN2001版
3 MSC/NASTRAN主要特点与功能
• MSC/NASTRAN 的主要特点
1)大型、通用、功能齐全、适用面广 2)极高的软件可靠性 3)世界领先的计算结构技术先进性 4)独特的DMAP语言 5) 标准的输入/输出格式
结点 3# 单元 ② 结点 2# 单元 ① 结点 1#
2、形成单元刚度矩阵 3、总装刚度矩阵
4、施加边界条件 5、施加作用载荷

NASTRAN动力学分析教程

NASTRAN 动力学分析教-1第一章动力分析概述 ................................................................................................................ - 1 1.1 动力分析过程............................................................................................................... - 1 1.2 单自由度系统............................................................................................................... - 1 1.2.1 动力学方程 ........................................................................................................ - 1 1.2.2 单位.................................................................................................................... - 1 1.2.3 单自由度系统无阻尼自由振动 ........................................................................ - 2 1.2.4 单自由度系统阻尼自由振动 ................................................

nastran动力学分析

S8-19
TSTEPNL – 时间步和结果
1
2
3
4
TSTEPNL
ID
NDT
5
6
7
8
DT
NO
9
10
• DT, NDT – 时间增量和总时间步
• NO – 结果输出间隔增量步
– 如果为正，输出位置由DT控制，默认值为1，每步输出。 – 如果为负，在NO个实际计算增量步后输出(SOL 129风格)
NAS400, Section 8, August 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
K * ( M, B, K, t ) U
等效动力刚度
=
P * ( t, Ů, Ü, M, B, P )
等效动力载荷矢量
• 等效动力刚度和载荷矢量由积分策略决定。 • 例如，使用平均加速度策略，也称之为trapezoidal法则或Newmark策略( =
1/2, = ¼)
NAS400, Section 8, August 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
S8-22
TSTEPNL –结果输出(续)
• 用户可以使用使用OTIME进行附加时间控制，例如：
OTIME = 99
SET 99 = 0.025, 0.035
additional output
$
SUBCASE 10
STEP 1
LOAD = 1
NLPARM = 110
STEP 2
ANALYSIS = NLTRAN
S8-11
用户界面
• 载荷定义
TLOAD1 TLOAD2 DAREA LSEQ NOLIN1 NOLIN2 NOLIN3 NOLIN4

nastran动力学模型输入

nastran动力学模型输入2.1 Nastra n 输入文件结构1）FM別NASTRAN语句一文件管理与系统资源分配2）执行控制（求解类型、时间容许、系统诊断）CEN界定符（必须）3）情况控制（输出要求、选择模型数据集项目）BEGIN BULI界定符（必须）4）数据模型Bulk Data S —结构模型定义，求解条件参数ENDDATA -定界符号（必须）2.2 Nastra n 数据卡片格式（1）固定格式如.GR|D)AAA 2AAAAAAA 3AAAAAAA 1 0 AAAAA 显0 AAAA 3 0 AAAAAAAAAAAAA 316(2)自由格式女口：GRID,2,3,1.0,-2.0,3.0,,316(3)重复输入如: GRID,1,,0.,0.,0.,,126=,*(5),=,=,*(1.),===（3）这里‘='表示与上卡片相同字段相同，‘ * （b）‘表上卡片的值增加b, ' = （n）' 表示重复次数。

因此等同于注意：重复输入采用自由格式2.3有限元分析(1) 现实世界不完全由单自由度系统组成(2) 有限元用于模拟复杂系统和结构的质量、阻尼、刚度(3) 自由度是独立的坐标，它描述结构在任何时刻的运动，与系统基本坐标系无关 (4) 用离散结点模拟连续结构5)每结点由6个自由度，3个沿X,Y,Z 方向的平动，3个绕X,Y,Z 方向的转动2.4 Nastra n 常用单元每个单元名前字母 C 代表"conn ection ”。

■弹簧元(性质象简单拉伸或扭转弹簧)两自由度弹簧单元： CELASi (2) (1=1,2,3,4 )多至6自由度频变弹簧/阻尼器单元：CBUSH( 6) 线单元(它们的性质象杆、棒或梁)杆元： CROD (4) , CONROD4) 直梁元： CBAR( 12), CBEA M 14) 曲梁元： CBEND( 12)面单元(它们的性质象膜或薄板) 三结点三角形板元： CTRIA 3 (15) 六结点三角形板元： CTRIA 6 (30) 四结点四边形板元： CQUAD 4( 20) 八结点四边形板元： CQUAD 8( 40) 四结点剪力板元：CSHEAR (8)■体单元(它们的性质象块料或厚板材)CELAS1 〜4Time 2■ 约束元（无限刚硬，称为刚性元，在数学模型中不引起数值困难）刚性杆：RROD 刚性梁：RBAR 刚性三角板：RTRPLT 刚性体：RBE 1，RBE 2 均方加权约束元：RBE 3 内插约束元：RSPLINEOne-Dimension al GeometryNumber of DOFsROD Rin-ended rod4BAR fPrismiatic beam12 BEAMStraight beam with warphng14 BENDvect bea>mi F pipe, or elbow■12Two-Dimensional GeometryTRIA3Triangular plate 15 QUAD4 dm 曰日「il 曰t 曰「曰1 plate20 SHEAR 4-sldAd 『panel8 TRIA6 Triangular plate with mid slide nodes 30 QUADSQ LJ adlriilateral plate with midsiids imodo 呂40riircc-DimcnsionalGeometryHEXASoliid with 导 ix quadri lateral faces 24-60 TETRA Sol Id with four triangular facee1 2-30 PENITASolid with two t Nangular faces and three quadrilateral faces1 8-45Zero-Dime n 导ioneil GeometryELASBUSHFr^q t. Je r icy-d epend entspr iriq?danipercon nechng up to $tx degrees of freedom六面体元 CHEXA ( 24-80)五面体元 CPENTA (18-45)四面体元 CTETRA (12-30)Simple spring connecting two degrees of2.freedomAE o-AE L GJ L 0 L 0 -AE 0 AE LL 0-GJ L0 -GJ 0 GJGAIp 3A2.5 耦合质量与集中质量2.5.1概述(1) 耦合质量比集中质量更精确 (2) 集中质量比耦合质量计算效率更高(3)Nastran 中缺损为集中质量，用如下语句选择耦合质量矩阵PARAM, COUPMASS, 1(4)可用集中质量和耦合质量的单元有BAR, BEAM, CONROD, HEXA, PENTA, QUAD4, QUADS, ROD, TETRA, TRI A3, TRIA6, TRIAX6, TUBE(5)仅能用集中质量的单元有CONEAX T SHEAR(6)仅能用耦合质量的单元有BEND. HEX20. TRAPRG, TRIARG(7) 集中质量矩阵仅包含对角元素，因此仅有平动分量，而无转动分量 (8) 耦合质量矩阵包含非对角元素，因此对象 BAR(即使无扭转)，BEAM,BEAND 单元既仅有平动分量，又有转动分量 (9)例子：杆单元质量矩阵Length L Area A Torsional constant J Young !s modulus E Shear modulus GMass density p Polar moment ofinertia Ipa) 刚度矩阵b)经典一致质量矩阵o ）1M =”阿 =1.5708 叵2 LL精确的1/4波固有频率为使用集中质量矩阵的相应频率使用经典一致质量矩阵的相应频率使用Nastran 耦合质量矩阵的相应频率一 iF/j'i .JF/n(!> = JT 厲@ = 1.722 (+10%)*蚀仰5厚*549宰2.5.2质量单位（1） MSC/NASTRA 默认为用户的单位一致（2）可以用重量单位，但是应该使用 PARAM,WTMAS 将其转化为质量单位（3）质量、重量转换关系为Mass = (1/G) Weight {G = Gravity Acceleration) Mass Density = (1/G)c ）经典Nastran 集中质量矩阵m = pALd ）Nastra n 耦合质量矩阵0 0O0 01/2 OO5/121/12 01/125/12 00 0其平动项描述集中质量（经典一致质量）的平均，用于 BAR 和ROD 单元时效果最好（10） Nastran 耦合质量矩阵的检验考虑图示杆1「■一j _f u(t)Single Element Model1/2O 0m = pALL2Weight Density(4)PARAM,WTMA执行转化操作(1/G),缺损为1.0 如：Input RHO = 03 for steel weight density.Use PARAM, WTMASS, 0.00259 to multiply 03 for G = 3864 in/sec2(5)一但每次运行使用了PARAM,WTMASS所有输入的质量/重量都乘以该因子(包括MASSi,CONM和输入的非结构质量)。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

2)动力分析
l l l l l l l l l l 正交模态分析（固有频率与振动模态）直接复特征值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直接瞬态响应分析模态瞬态响应分析响应谱分析随机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
l l l l 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
必须限定符
ENDDATA
必须的限定符
NASTRAN 语句（可选的）
主要用来修改一些操作参数
如：工作存储器状况，数据块大小，数据块参数等
文件管理段（可选的）
主要用于初始化数据库和FORTRAN 文件
执行控制段（必须的）
（1）主要功能：规定执行作业分析解法类型
（2）其它一般功能：1）可选ID语句，识别作业 2）可选TIME语句，设置作业执行最大时间限（3）结束用CEND限定符标识
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
经典法
数值法
精确解法
近似解法
能量法
边界元法
有限差分法
有限元法
有限元法的过程
线性静力分析的基本矩阵方程
单元刚度矩阵
F1 EA 1 1 u1 F2 L 1 1 u 2
直梁元：CBAR，CBEAM 曲梁元：CBEND
■
面单元（性质象膜或薄板）
三结点三角形板元：CTRIA 3 六结点三角形板元：CTRIA 6 四结点四边形板元：CQUAD 4 八结点四边形板元：CQUAD 8
四结点剪力板元：CSHEAR
■ 六面体元（性质象块料或厚板材）
六面体元 CHEXA 五面体元 CPENTA
MSC/NASTRAN输出文件
MSC/NASTRAN输出文件包括
ROD.DBALL ROD.F04 ROD.F06 ROD.LOG ROD.MASTE 包含数据库运行的永久性数据包含数据库文件信息和模块执行摘要包含MSC/NASTRAN的分析结果包含系统信息和系统错误信息数据库运行总辞典
L u 3 u 2 0.01167 0.005 0.0006667 L L 10
1) (1) σ( 106 ×(-5) × 10-4 = - 5000 (磅 / 英寸) 2 el = Eε el = 10 ×
2) ( 2) σ( 106 ×(-6.667) × 10-4 = - 6667 (磅 / 英寸) 2 el = Eε el = 10 ×
动力学方程
临界阻尼
临界阻尼比
解：
a)
欠阻尼情况
其中，
为阻尼固有频率
临界阻尼情况（无振荡发生）
过阻尼情况
无振荡发生，系统逐渐回到平衡位置（至少不会扩散）
通常分析欠阻尼情况，结构的粘性阻尼一般在0~10%范围内
单自由度系统无阻尼简谐振动
动力学方程
其中，为激励力频率解的形式
稳态解部分
• MSC/NASTRAN开发历史
结点 3#
单元 ②
结点 2# L=10英寸 A=2.0英寸2 单元 ①
结点 1#
2、形成单元刚度矩阵
3、总装刚度矩阵
4、施加边界条件
5、施加作用载荷
6、求解矩阵方程
7、计算单元应力
(el1)
(el2)
L u 2 u1 0.005 0.0 0.0005 L L 10
Ka 0 u1 F1 K a F2 K a K a K b K b u 2 F 0 u K K b b 3 3
线性静力有限元分析步骤
结构离散施加载荷
形成单元刚度矩阵
求解方程
有MSC/PATRAN和MSC/ARIES
2、通用CAD软件
如Unigraphics(UG),Pro/ENGINEER与I-DEAS等 3、所有著名CAD/CAM系统及专用有限元前后处理软件都与MSC/NASTRAN有接口，均可生成MSC/NASTRAN的输入文件，并进行后置处理。
MSC/NASTRAN的文档资料
四面体元 CTETRA
■
l
l l
约束元（无限刚硬，称为刚性元）
刚性杆：RROD
刚性梁：RBAR 刚性三角板：RTRPLT
l
l l
刚性体：RBE1，RBE2
均方加权约束元：RBE3 内插约束元：RSPLINE
载荷
(1) MSC/NASTRAN可处理的载荷包括静力载荷、动力瞬态、振动载荷、热载、地震加速度和随机载荷……
单位
基本单位
长度L (inch, m)，质量M（slug,kg），时间T（second）
基本与推导单位
常用变量工程单位
注意
用一致的单位制常见错误是质量与阻尼单位
Nastran不检验单位，用户应该小心
单自由度系统无阻尼自由振动
动力学方程
解：
其中，
初始条件
解的最后形式：
单自由度系统阻尼自由振动
第三章
NASTRAN有限元模型知识
离散化结构的描述
l
l l
有限元模型所需数据：
坐标系模型几何
l
l l l
有限单元
载荷边界条件材料性质
坐标系
MSC/NASTRAN 有直角笛卡尔坐标系 , 称为基本坐标系 , 也称缺省坐标系 MSC/NASTRAN允许建局部坐标系, 包括直角、柱面(r,θ,z)与球面坐标系(r,θ,φ)
（2）包含描述有限元模型的全部数据：几何、坐标系、有限单元、单元性质、载荷、边界条件以及材料性质模型数据段记录可以按任何秩序排列，但最后一条必是限定符“ENDDATA”
例子
截面直径0.25英寸，一端固定，另一端作用20磅轴力。求轴力引起的伸长
MSC/NASTRAN输入文件ROD.DAT为
ID ROD EXAMPLE 执行控制段 SOL 101
TIME 5 限定符 CEND LOAD=8 情况控制段 DISP=ALL SPCF=ALL ECHO=BOTH 限定符 BEGIN BULK GRID,1, ,0.,0.,0., ,123456 GRID,2, ,0.,8.0,0., , FORCE,8,2, ,20.,0.,1.,0. 模型数据段 CROD,1,15,1,2 PROD,15,5,4.909E-2 MAT1,5,30.E6, ,0.3 ENDDATA
(2) 静力载荷包括：
l l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷由加速度引起的载荷 l 强迫位移 l 集中力和力矩 l 梁上的分布载荷
边界条件
(1) 结构对载荷的响应通过约束点或结构点处产
生反力来响应（2）一些简单边界件
（3）MSC/NASTRAN中，边界条件通过约束适当自由度为零位移来处理
装配总体刚度矩阵
计算位移、应力等
施加约束边界条件
F = 10000 磅
例子：
面积 A = 1.5 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2
L = 10 英寸YIN
面积 A = 2.0 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2
L = 10 英寸
1、建立结构有限元模型
L=10英寸 A=1.5英寸2
l 1964年，MSC承担美国航空航天局（NASA）主持 NASTRAN的开发 l 1971年，MSC推出专利版MSC/NASTRAN l 1973年，MSC定为NASTRAN(NASA)维护商 l 1989年, 发布经重大改进的 MSC/NASTRAN66 l 1991年，将CAD技术引入MSC/NASTRAN V67.5及相应产品Nastran for Window l 1994年，MSC公司发布了经重大改进的 MSC/NASRANV68版
l 1994年，MSC与PDAE合并,形成了以MSC/ NASTRAN为核心的MSC产品系列
如： MSC.MVISION、 MSC.PATRAN、MSC.THERMAL、 MSC.FEA、MSC.FATIGUE、MSC.ADVANCED FEA等
标志着CAE 领域新阶段的开始
l l l l
1995年,MSC/NASTRAN V68.2版 1996年,MSC/NATRAN V69版 1997年, MSC/NASTRAN V70版 2001年,MSC/NASTRAN2001版
[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量
F Ku
总体刚度矩阵
F1 K a K a u1 F2 K a K a u 2 F2 K b K b u 2 u F K K b 3 3 b
4)气动弹性分析
l 静态气动弹性分析 l 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。
5) 多级超单元分析
l l l 线性静力超单元分析屈曲超单元分析动力超单元分析（模态综合法）包括固有模态分析，直接与模态复特征值，直接与模态频率响应和直接与模态瞬态响应。 l 气动弹性响应超单元分析 l 颤振超单元分析 l 稳态与瞬态热传导超单元分析 l 循环对称（静力、屈曲）超单元分析
1、 MSC/NASTRAN
2、用户指南 3、MSC/NASTRAN 快速参考手册
使用入门
（ Getting Started With MSC/NASTRAN User’s Guide ）
( MSC/NASTRAN Quick Reference Guide )
4、MSC/NASTRAN 参考手册