nastran非线性材料理论
非线性材料
非线性材料
非线性材料是指在外界作用下，其力学性质和物理性质不随应力的大小而等比例变化的材料。
与线性材料相比，非线性材料更具有复杂的力学行为和性质。
非线性材料具有以下特点：
1. 力学性质的非线性：非线性材料在不同应力或应变条件下会表现出不同的力学行为，如弹性、塑性、黏弹性等。
2. 热性质的非线性：非线性材料在温度变化时会发生形态和性质的改变，如热膨胀、热变形等。
3. 电性质的非线性：非线性材料在电场作用下会发生电极化、电导率变化等非线性效应。
4. 光学性质的非线性：非线性材料在光场作用下会发生非线性光学效应，如光电效应、非线性折射等。
非线性材料的应用十分广泛，尤其在科技领域中起着重要作用。
以下是非线性材料的几个应用领域：
1. 光通信：非线性光学材料可以用于制造高效率的波分复用器、光放大器等光学器件，以及用于光学交换机、全光网络等光通信设备。
2. 激光技术：非线性光学材料可以用于制造高功率激光器、激
光器的倍频器和混频器等光学器件，以及用于激光医疗、激光制造等领域。
3. 光学传感：非线性光学材料可以用于制造高灵敏度的光学传感器，应用于环境监测、生命科学、医疗诊断等领域。
4. 光学计算：非线性光学材料可以用于制造光学计算器件，用于光学计算机、光学存储等领域。
5. 生物医学：非线性材料在生物医学领域有着广泛的应用，如用于成像、光谱分析、治疗等。
非线性材料的研究和应用为人类的科技进步和生活带来了许多便利和创新。
随着科技的发展和需求的增加，对非线性材料的研究和应用将会更加深入和广泛。
NXnastran中的解算方案类型总结
NX nastran中的分析种类（解算方案类型总结）（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与重心数据。
（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：线性屈曲分析与非线性屈曲分析。
（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与相应的振动模态，计算广义质量，正则化模态节点位移，约束力与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与振型，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与模态瞬态响应分析。
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与结构阻尼。
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、加速度与约束力以及单元应力。
运用md.nastran的鸟撞复合材料板显示非线性分析
向： 机械 Ｃ ＡＤ＼ Ａ Ｃ Ｅ， 算机 辅助 设计 与制 造。Ｅ ｍ ｉ ａｅ Ｃ Ｍ＼ Ａ 计 － ａｌ ｇ— ：ｄ
ｗｅ ｘ ｎ ＠ １ ６． ｏ ｏ ｉｉ ｇ ２ ｃｒ ｎ
科
学
技
术
与
工
程
１ 卷 １
鸟 体 采 用 Ｓ Ｌ ０ 模 块 中 第 １ 号 材 料 Ｏ ７０ ０ ＭＡ Ｄ １ ， 材料定 义 主要 有 密 度 ， 切 模 量 ， 服 Ｔ ００ 此 剪 屈 应 力 以及 硬 化 模 量 等 。 对 鸟 体 材 料 的描 述 使 用 状 态方程 （ ｑ ａｉ ｆ ｔ ｅ ， ｅ ｕ ｔ ｎｏ ａ ） 主要 描述 材料 内部 压力 Ｐ ｏ ｓｔ
撞 后 这些 动 量 几 乎 完 全 转 化 成 为 小 鸟 对 飞 机 的 冲 量 ， 鸟相 撞 而作用 于 飞机 上 的 冲击 力 约 为 １０ 机 ．３×
１ Ｎ ０ 。加 之 相撞 时 间极 短 ， 为 ３ ｍ ， 能 量相 当 约 ｓ这 巨大 。 目前 的 飞 机 材 料 大 都 经 受 不 住 如 此 大 的压
为 Ｇａｓ 、ｌｓ ｌ ｌＧａｓ 料 ， 材料 属性 如 表 ２所 示 ， ｓ ２材 其 利
⑥
２ １ ＳｉＴ ｃ． ｎ ｎ． ０ ｃ ｅｈ Ｅ ｇｇ １ ．
力 学
运 用 ｍｄ ｎ ｓ ａ ． ａｔ ｎ的鸟撞复合材料板 ｒ 显 示 非 线 性 分 析
魏 兴 高 明 宝 胡 醒 醒。
（ 安职业技术 学院机 电工程 系 ， 六 六安 ２ ７ ５ ； ３ １８ 昆明理工大学机械工程学院。 昆明理工大学理学院 ， ， 昆明 ６０ ９ ） ５０ ３
强 。若 两者 在 空 中相 撞 ， 鸟 固 然 粉 身 碎 骨 ， 机 飞 飞 也 难免 其祸 。轻 者 飞 机 不 能 正 常 飞行 ， 往往 被 迫 紧
NX Nastran非线性屈曲实例分析
实例的情景假设 此例为一个L型梁，模型尺寸、截面见图1-1。材料参数：弹性模量为处施加载荷。先对其进行线性屈曲分析确 定非线性屈曲的初始载荷。
图1-1
接下来我们进行具体操作：见视频
有限元值：(L)Pcr=15600N (NL)Pcr=14200N 通过比值来看，我们发现其结果比较接近。原因在于我们 此例是非线性弹性屈曲，不考虑材料的非线性行为 谢谢！
大家好！
NX Nastran非线性屈曲实例分析
本课目的：1.了解非线性屈曲分析 2.掌握如何使用NX Nastran解决非线性屈曲问题 3.线性与非线性结果比较
1.非线性屈曲分析基础理论介绍 非线性屈曲行为就可充分的考虑到3大非线性问题，这里主要以几何非线性 为主导分析结构的不稳定倒塌和后屈曲状态。 在NX Nastran中求解非线性屈曲我们采用弧长法(载荷-位移控制法)，通过对 某个可能会出现最大位移的节点进行控制，能够建立不稳定响应段的静力平 衡，此方法适用于载荷为比例加载。
建议大家在求解非线性问题上，都一致采用SOL 601,106 高级非线性静力学进 行解算，不建议采用SOL 106 非线性静力学解算。因为结构分析中最后三种解 算方案都采用的是Adina的解算核心。Adina在非线性领域有着极强的求解能 力，甚至可以说是要高出Abaqus的。我比较过Nastran本身的非线性解算方案 106，在求解轻微的非线性问题上，其结果还有一定可参考价值。。。
nastran非线性与线性分析
非线性和线性分析
NAS400, Section 2, April 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
S2-1
NAS400, Section 2, August 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
S2-8
• 面-面 • 边-面 • 边-边 • 梁-梁 • 刚-柔性体 • SPC / MPC
接触和约束改变
NAS400, Section 2, August 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
S2-9
几何非线性
• 大位移，大转动，小应变
P
membrane stiffening
S2-3
• 平衡方程 • 约束条件
线性有限元分析方程(续)
P=
External Load Vector
S
T
T eg
.
Force Transformation
Matrix
ug =
a
Fe
Element Forces
• 转换方程没有改变 • 力等于位移转换 • 约束(SPC, MPC)没有改变
NAS400, Section 2, August 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
S2-11
• 屈曲
几何非线性(续)
Panel failure
• “快速滑过”
Skin buckling
NAS400, Section 2, August 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
非线性有限元
研究生专业课程考试答题册
学号
姓名
考试课程非线性有限元
考试日期
西北工业大学研究生院
第二题
非线性问题分为三类：几何非线性、材料非线性和边界非线性。
下面以Patran/Nastran为例说明计算材料非线性的一般步骤。
1.建立有限元模型
非线性分析的计算量比较大，建立有限元模型时要将网格的数量控制在适当的范围内，实际计算时应当考虑模型是否可以简化。
2.定义材料属性和单元属性
非线性分析中如果包含了非线性材料兴致或者大应变效应，除了定义材料的常规性质，例如弹性模量、泊松比和密度等，还要按照材料的准则，给定塑性屈服的屈服点、硬化模量或者真实的应力-应变曲线。
例如，对塑性材料，用户可以选择非线性数据输入方式：Stress/Strain Curve 和Hardening Slope 两种方式，即真实应力-应变曲线输入方式和硬化模量方式，用户还要选择屈服方式和硬化准则，如图1-1所示。
图1-1
3.求解设置
非线性与线性分析的求解设置有所不同，其基本过程如下：
（1）选择分析类型
如图1-2 所示，在分析类型中选择Nonlinear Static单选按钮，在Solution Parameter 对话框中大变形Large Displacements 和追随力Follower Forces（默认选中）。
图1-2
（2）设置载荷步
在对话框中设置载荷增量步数和迭代次数，默认设置如图1-3所示。
如果选择使用弧长方法，则选择Arc-Length Method 并进行相关设置。
03_nastran非线性求解理论
S3-20
计算推进方案(续)
• 位移控制
– 分析计算一定的，在step结束时达到位移水平。 – 强迫位移被分在每个增量步(increment)中，位移单调增加。 – 强迫位移通过LOAD/DLOAD定义，并参考SPCD块数据卡定义。
u
inc3 inc2 inc1
F
NAS400, Section 3, July 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
S3-12
• 插值
LSTOL
线性搜索(续)
Dui-1 . Rik Ek =
Dui-1 . Ri-1
solution at iteration i
solution at iteration i - 1
NAS400, Section 3, July 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
第3章
非线性求解策略
NAS400, Section 3, July 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
S3-1
NAS400, Section 3, July 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
• 载荷控制
– 分析计算一定的，在step结束时达到载荷水平。 – 为了实现这个目标，载荷增量被分在每个增量步(increment)中，载荷单调增
加。 – 载荷通过LOAD，DLOAD，并参考工况控制和参考载荷块数据卡定义。
P
inc3 inc2 inc1
u
NAS400, Section 3, July 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
Nastran简介
一、Nastran简介Nastran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。
长期以来MSC.Nastran 已成为标准版的Nastran，是全球应用最广泛的分析程序之一。
为了迎合企业准确充分地模拟产品的真实性能的需求，结合当今计算方法、计算机技术的最新发展，从2001年以来，MSC.Software投入了大量的研发力量于进行MD技术研发，在2006年成功发布了新一代的多学科仿真工具Nastran，在继承原有MSC Nastran强大功能的基础上，陆续集成了Marc、Dytran、Sinda、Dyna和Actran等著名软件的先进技术，大大增强了高级非线性、显式非线性、热分析、外噪声分析等功能二、Nastran软件功能(1)基本功能Nastran的基本模块支持各种材料模式的线性分析,包括：均质各向同性材料、正交各向异性材料、各向异性材料和随温度变化的材料等。
(2)动力学分析结构动力学分析是Nastran的最主要强项之一，它具有其它有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能,其功能包括时间域的瞬态响应和频率域的频率响应分析，方法有直接积分法和模态法，同时考虑各种阻尼如结构阻尼、材料阻尼和模态阻尼效应的作用。
Nastran 基础培训7_材料性质
第七章材料性质NX_NASTRAN 可处理多种材料性质NASTRAN 可处理的适于线性静力分析的材料类型有：* 各向同性材料（MAT1）* 二维各向异性材料（MAT2）* 轴对称体正交异性材料（MAT3）* 二维正交异性材料（MAT8）* 三维各向异性材料（MAT9）* 多层复合材料PCOMP(1) 各向同性材料（MAT1）各向同性材料在各方向都具有同样的材料性质。
典型应力―应变曲线如图：* 当应力超过弹性极限，材料进入非线性，需用非线性分析方法。
* 材料常数E、G、NU 满足G = E / 2(1+υ)。
需提供E、G、υ中两个* 质量密度RHO 用于计算重力载荷及动力分析* 热膨胀系数A 和参考温度TREF 仅用于热分析* 结构阻尼GE 不用于静力分析NX_NASTRAN 中用MAT1 卡描述，格式如下：例子静力分析，采用低碳钢材料，性质为：E = 30.0E6 磅/英寸，μ= 0.3，质量密度ρ= 7.0E-4 磅-秒^2 / 英寸^4。
采用自由域格式为：MAT1，5，30.E6，，0.3，7.0E-4(2) 二维各向异性材料（MAT2）一般各向异性材料，平面应力—应变关系用（7-1）表示；横向剪应力—横向剪应变关系则由（7-2）定义。
NASTRAN 中，用MAT2 卡描述板（壳）单元各向异性材料性质。
格式为：(3) 轴对称体正交异性材料（MAT3）轴对称体正交异性材料的应力—应变关系：其中，(x,q,z) 为轴对称体横剖面坐标系；MAT3 仅适用于CTRIAX6 单元；为保证对称性，必须满足如下关系：MAT3 卡格式：(4) 二维正交异性材料（MAT8）二维正交异性材料：平面应力—应变关系（用于膜和弯曲）横向应力—横向应变关系（用于剪切）MAT8 卡只适用于板（壳）单元，格式如下：(5) 三维各向异性材料（MAT9）三维各向异性材料，应力—应变关系MAT9 卡格式如下：(6) 多层复合材料（PCOMP）对于多层复合材料，NASTRAN提供材料性质卡PCOMP，格式如下：。
nastran
Nastran简介Nastran（NASTRAN）是一种广泛使用的有限元分析软件，用于解决各种工程问题。
它最初是由美国国家航空航天局（NASA）开发的，用于设计和分析航天器结构。
随着时间的推移，Nastran已逐渐扩展到包括航空、汽车、船舶、建筑和其他领域的工程设计中。
Nastran提供了一套强大的工具和功能，用于创建、分析和优化复杂的结构和系统。
功能特点•有限元分析：Nastran可以进行线性和非线性的有限元分析。
它可以处理静态和动态的结构问题，包括线性弹性分析、非线性材料分析、动力学分析等。
Nastran还提供了各种不同的元素类型和求解器选项，以适应不同类型的分析需求。
•高级材料模型：Nastran支持各种材料模型，包括线性和非线性材料模型。
它可以考虑材料的弹性、塑性、破坏行为等，并根据定义的材料性能来分析结构的响应。
•结构优化：Nastran提供了多种优化方法和算法，用于优化结构设计。
它可以根据给定的设计目标和约束条件，自动搜索最优的设计解。
优化方法包括拓扑优化、形状优化、参数化优化等。
•疲劳和可靠性分析：Nastran可以进行疲劳和可靠性分析，用于评估结构的寿命和可靠性。
它可以考虑不同的载荷情况和环境条件，并根据标准和准则来评估结构的安全性和寿命。
•多物理耦合：Nastran可以进行多物理场的耦合分析，包括结构-热、结构-磁、结构-流体等。
它可以考虑不同物理场之间的相互作用和影响，并进行相关的分析和优化。
•后处理和可视化：Nastran提供了强大的后处理和可视化功能。
它可以生成各种分析结果和报告，包括应力、应变、位移、模态、频率响应等，并可以通过图形界面或脚本进行可视化展示和分析。
应用领域Nastran广泛应用于各种工程领域，包括航空航天、汽车、船舶、建筑等。
它可以用于解决各种结构和系统的设计和分析问题，包括飞行器结构设计、汽车车身强度分析、船舶结构疲劳寿命评估、建筑结构优化等。
Nastran已成为许多工程领域的标准分析工具，被广泛应用于工程设计和研发过程。
非线性光学材料
非线性光学材料非线性光学材料是指在外加光场的作用下，其光学性质不遵从麦克斯韦方程组的线性叠加原理，而表现出非线性效应的材料。
非线性光学材料具有一系列重要应用，如光通信、光存储、激光调制等，因此广泛应用于光学器件和光电子技术中。
非线性光学材料的非线性效应主要包括二次谐波产生、倍频效应、自聚焦效应、光学隐存效应等。
二次谐波产生是非线性光学材料中最常见的一种非线性效应。
当输入光场的频率为ω时，非线性光学材料会同时产生二次谐波，即频率为2ω的光。
这种现象可以用于频率倍增、频率加倍、频率转换等应用。
倍频效应是指非线性光学材料中输入光场的频率为ω时，其能够产生频率为nω的倍频光。
倍频效应广泛应用于激光技术中，可以将激光的频率提高至更高频率的光，以满足不同实验和应用的需求。
自聚焦效应是非线性光学材料在高光强下表现出的一种特殊现象。
当光场强度足够大时，非线性光学材料会表现出自聚焦效应，即光自动聚焦到材料内部。
这种现象可以用于激光束整形、光信息处理等应用。
光学隐存效应是指在光场作用下，非线性光学材料能够将光信息记录在其内部，并在之后的时间内隐约保持。
这种效应可以用于光存储、光信息处理等领域，具有重要的应用价值。
常见的非线性光学材料包括铁电晶体、光学玻璃、有机非线性材料等。
在实际应用中，非线性光学材料通常需要具备高非线性系数、低吸收损耗、长光学的非线性响应时间、稳定的化学性质等特点。
随着科学技术的发展，越来越多的非线性光学材料被开发出来，并在光学器件和光电子技术中得到广泛应用。
非线性光学材料的研究不仅为我们深入了解光学现象提供了新的途径，还为光电子技术的发展带来了新的可能性。
Ansys材料非线性理论概述
4.1 材料非线性概述许多与材料有关的参数可以使结构刚度在分析期间改变。
塑性、非线性弹性、超弹性材料、混凝土材料的非线性应力—应变关系，可以使结构刚度在不同载荷水平下(以及在不同温度下)改变。
蠕变、粘塑性和粘弹性可以引起与时间、率、温度和应力相关的非线性。
膨胀可以引起作为温度、时间、中子流水平(或其他类似量)函数的应变。
ANSYS程序应可以考虑多种材料非线性特性：1．率不相关塑性指材料中产生的不可恢复的即时应变。
2．率相关塑性也可称之为粘塑性，材料的塑性应变大小将是加载速度与时间的函数。
3．材料的蠕变行为也是率相关的，产生随时间变化的不可恢复应变，但蠕变的时间尺度要比率相关塑性大的多。
4．非线性弹性允许材料的非线性应力应变关系，但应变是可以恢复的。
5．超弹性材料应力应变关系由一个应变能密度势函数定义，用于模拟橡胶、泡沫类材料，变形是可以恢复的。
6．粘弹性是一种率相关的材料特性，这种材料应变中包含了弹性应变和粘性应变。
7．混凝土材料具有模拟断裂和压碎的能力。
8．膨胀是指材料在中子流作用下的体积扩大效应。
4.2 塑性分析4.2.1 塑性理论简介许多常用的工程材料，在应力水平低于比例极限时，应力—应变关系为线性的。
超过这一极限后，应力—应变关系变成非线性，但却不一定是非弹性的。
以不可恢复的应变为特征的塑性，则在应力超过屈服点后开始出现。
由于屈服极限与比例极限相差很小，ANSYS程序在塑性分析中，假设这二个点相同，见图4-1。
图4-1 弹塑性应力-应变曲线塑性是一种非保守的(不可逆的)，与路径相关的现象。
换句话说，荷载施加的顺序，以及什么时候发生塑性响应，影响最终求解结果。
如果用户预计在分析中会出现塑性响应，则应把荷载处理成一系列的小增量荷载步或时间步，以使模型尽可能附合荷载—响应路径。
最大塑性应变是在输出(Jobname.OUT)文件的子步信息中打印的。
在一个子步中，如果执行了大量的平衡迭代，或得到大于15%的塑性应变增量，则塑性将激活自动时间步选项[ AUTOTS ](GUI：Main Menu>Solution> Sol"n Control:Basic Tab 或Main Menu>Solution>Unabridged Menu> Time /Frequenc>Time and Substps)。
NX_Nastran简介1
[分享] NX Nastran简介简介, Nastran Nastran, 简介NX Nastran是由西门子/UGS PLM Software 研发、维护的全球标准Nastran，产品主要包括Professional Package、Dynamics Package、TMG Thermal Package、Server Package四个标准包及配选的功能模块。
主要模块及功能介绍•NX Nastran Basic（基本模块）NX Nastran基本模块是NX Nastran的一个核心子集，包括一套强健的线性静力学、模态、屈曲分析和基本非线性等功能。
其分析功能包括：1.线性静力分析（包括惯性释放）1.正则模态2.屈曲分析3.模型检查4.复合材料分析5.传热6.基本非线性分析•Optimization（优化）NX Nastran的优化过程由设计灵敏度分析及优化两大部分组成，设计灵敏度分析用于评估设计变动对结构的影响程度。
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。
设计灵敏度和优化分析支持的分析类型包括：1.静力分析2.模态以及屈曲分析3.瞬态响应、频率响应4.气动弹性和颤振分析•Superelements（超单元）超单元模块在求解超大的复杂有限元模型时具有关键的作用，它可将大型结构分解为较小的同等子结构集合，这些子结构称为超单元。
该模块可用于所有NX Nastran 分析功能，在大型的完整系统分析中特别高效，例如整架飞机、车辆或者轮船；同时该模块可执行增量或者部分装配求解，大大提高了运算效率。
•Dynamic Response（动力响应）动力响应模块可在时间和频率领域内评价产品性能。
结构动力学分析是Nastran的最强项之一,方法有直接积分法和模态法，可考虑各种阻尼 (如结构阻尼、材料阻尼和模态阻尼)效应的作用。
主要分析类型有：1.频率响应分析2.瞬态响应分析3.随机振动响应分析4.冲击谱响应分析•Aeroelasticity（气弹分析）气弹分析模块可预测产品结构性能在风场中的动力稳定性和动态响应，气动弹性问题涉及气动、惯性及结构力间的相互作用，可以进行飞机、导弹、悬索桥、电视发射塔甚至烟囱和高压线的气动弹性分析和设计。
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。
MSCNastran中的非线性弹性材料模型的应用
MSC Nastran 中的非线性弹性材料模型的应用1. 基本概念非线性弹性是指物体在外力施加时材料的应力和应变的关系是非线性的,而在外力解除的同时所有变形立即消失的材料模型。
该材料模型可用于拉、压性能不同的材料如铸铁，也可以用于模拟抗拉不抗压或抗压不抗拉材料或结构。
使用了该材料模型，必须采用非线性求解序列如Sol106、Sol129、Sol400等。
MSC Nastran较早版本即具备非线性弹性分析的功能，但有些用户对MSC Nastran中的非线性弹性分析功能比较陌生，如下图所示的梁结构为例进行一些操作介绍，便于用户掌握。
2. 非线性弹性材料曲线定义非线性弹性材料曲线的定义可以通过Patran中的Field功能定义，注意独立变量为应变，所定义的曲线为总应变和应力的关系曲线，曲线点输入结束后可以通过Show的功能显示曲线，可以很直观地检查曲线的正确性，如下图所示。
3. 材料属性的定义对于非线性弹性分析，除了定义材料的弹性模量和泊松比外，还要定义材料的非线性弹性部分，如果已经定义了材料应力应变曲线，此时只要将该曲线选中即可，如下图所示。
4. 分析参数定义首先要选择求解序列，MSC Nastran有很多求解序列可用于求解非线性弹性问题，对于一般静力的非线性弹性分析，经典的Sol106即可满足要求，如下左图所示。
对于大应变的非线性弹性问题可以选其它求解序列。
选择好求解序列后，要定义子工况的参数，对Sol106序列来讲，主要是定义求解的步数、矩阵更新方法、每次矩阵更新后用于迭代的次数。
为保证收敛，下右图所示的例子中，采用了10个增量步、采用半自动的矩阵更新方法、每次矩阵更新只用于一次迭代即每次迭代都更新刚度矩阵。
如果要求解非线性弹性分析后结构的固有模态，还可以将Nomal Modes选项激活，如上有图所示。
另外在输出定义中，一般要选上单元应变结果，以便检验一下应力应变关系是否正确。
另外如果我们要看中间各步的结果，要在Intermediate output Option 右侧选Yes, 如下图所示。
NASTRAN稳态非线性分析
Nastran隐式非线性分析实例MSC.Nastran隐式非线性分析模块是与MSC.Marc求解器所有特征相对应的应用模块，通过该模块，可以分析一系列关于几何，材料以及接触非线性的问题。
同时该模块与MSC.Nastran进行了高度集成，其所有的分析功能，结果处理等，都可以在MSC.Patran中处理。
下面对一个应用实例来详细说明这一求解过程，了解MSC.Nastran隐式非线性分析模块（SOL600）。
如图所示：中间Pipe的直径是8，长度是24，壁厚0.4，材料：弹性模量E=30E6，泊松比0.3，屈服强度为36000，两端固定，上下面各有一刚性面挤压中间的Pipe，分析在该载荷下Pipe的变形受力情况。
分析求解过程如下：1）创建数据文件右击Patran图标，选择属性，更改Patran启动路径，指向工作目录（需要预先新建该目录）。
打开Patran，file-new，输入文件名为crush，ok，创建数据库文件crush.db。
选择分析代码为nastran，分析类型为structure，preferences面板下拉菜单选择picking，在rectangle/Polygon picking选择enclose entire entity，单击close。
2）创建几何模型（1）首先创建一个新组，在Group下拉菜单中选择create，取名为rigid，激活make current 选项，选择add entity selection。
单击apply，cancel。
下面所建的几何特征将储存在该组中。
（2）创建点1<-3 -7.1 4.5>，点2<0 -7.1 4.5>,通过旋转创建下刚体面上的曲线。
单击geometry 应用工具，create>curve>revolve,在axis中输入{point1[X1 Y 1 5.0]},在total angel输入180，在point list输入point2，单击apply创建curve1。
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S4-6
典型应力-应变曲线
弹性 – 理想塑性
分段线性
双线性
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理想塑性或刚塑性
S4-7
● NLMOPTS卡
大应变选项
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268.496 .06
293.904
+
.08
313.378 .1
329.365 .2
384.423 .3
420.802
+
.4
448.681 .5
471.573 .6
491.14 .7
508.317
+
.8
523.682 .9
537.619 1.
550.399 1.1
562.224
+
1.2
573.239 1.3
MATEP
MID ANISO
Y0
BARLAT
M
C1
C2
C3
C6
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S4-16
Mohr-Coulomb屈服函数
● 屈服应力与压力相关 ● Drucker-Prager屈服函数 ● 函数可以是线性的或二次函数。
(1)
3 2 1
Hill屈服函数(续)
● 在实际应用中，初始屈服应力无法在三个方向上测量
● 使用板材的滚压和横向夹角a的单轴拉伸试验，可以测量应变比。
w = width t = thickness
th
Thickness Direction
Rolling Direction
0
a
90
Transverse Direction
center of yield
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S4-23
组合强化
● 组合等向强化和运动强化，也适合于循环加载。
● 在初始屈服后，材料开始强化时， 等向强化占主导。
● 然而，等向强化随等效塑性应变而 退化。
MID
Y0
vMISES
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S4-10
Hill屈服函数( 1948 )
● 各项异性屈服
各向同性屈服的实际系数：
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二次：
LINMOHR
MATEP
MID
Y0
PBLMOHR
PRESS
PBL
ALPHA
BETA
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S4-18
流动准则
● 相关流动准则
● 流动余能等于屈服面。 ● 当材料屈服时，塑性应变垂直于屈服面。
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S4-3
重要信息
● 本章所介绍的高级非线性材料必须与第5章相应的非线性属性扩展联合使 用，才能起作用，如壳体的PSHLN1。
● 否则，非线性材料属性不会使用，仅使用标准材料属性。
等向强化(默认) 运动强化 运动强化和等向强化组合
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S4-25
强化 – 实例
● 各向同性强化
BEGIN BULK PARAM, LGDISP, 1
stress vs. plastic strain
S4-9
von Mises 屈服应力( 1928 )
● 各向同性屈服
MATEP
In the deviatoric p plane the yield function is a circle
In the 2D principal stress plane the yield function is an ellipse
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S4-13
Hill屈服函数(续)
● 得到a = 0, 45和90°的屈服应力和应变比 ，参数Rij 如下：
Ya=(Y0+2Y45+Y90)/4
MATEP
MID ANISO
flow potential
direction of plastic flow
sort of scale factor
(determines the
amount of plastic strain)
F
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● 平面各项异性屈服，适合铝合金板。屈服函数为：
Si ：如下张量的主应力值
柯西应力张量s
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S4-15
x,y,z指的是滚压方向，横向 和板厚度方向
Barlat屈服函数(续)
45°
transverse shear is isotropic
Y0
HILL
R11
R22
R33
R12
R23
R31
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S4-14
Barlat屈服函数( 1991 )
S4-20
等向强化
● Point 1
材料开始屈服。
● Point 2 – 3
强化和弹性卸载。
● Points 3 – 2 – 4
跟随新的强化弹性加载，屈服应力变为s4 。
1D
● Point 5
加载方向反转
材料行为变为线弹性，直到-s4。
● Point 6
进一步加载，屈服应力增加。
center of yield
S4-2
概述
● 大应变弹塑性材料 – MATEP ● 非线性弹性材料 – MATS1/3/8/ORT ● 高级超弹材料 – MATHE ● 复合材料失效 – MATF ● 垫片材料 – MATG ● 断裂材料 – MCOHE & VCCT ● 蠕变材料 – MATVP ● 形状记忆合金 – MATSMA ● 非线性材料表格输入 ● 指南和限制
S4-5
单轴试验
● Point 1
● 弹性，无塑性 ● 加载 = 卸载
● Point 2
sy
● 初始屈服应力sy 因为强化增加
● 卸载后 塑性变形仍保存
● Point 3
● 屈服应力进一步增长，卸载后，塑性变 形保持比之前大。
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S4-11
Hill屈服函数(续)
● 系数由三个方向初始正屈服应力和剪屈服应力确定(见图)
,
其中：
Ya = 三个方向的平均屈服应力 ( 作为初始屈服应力)
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S4-12
● Ci 代表各项异性属性，m为指数
● m=1: Tresca屈服准则 ● m=2 or 4：v.Mises屈服准则 ● 推荐m值：钢为6，铝为8。 ● C1, C2, C3和C6 必须定义(C4=C5=1，因为假设横向剪切的各向同性特性)。 计
算在下文中描述：
Yoon, J.W., Barlat, F., Chung, K., Pourboghrat, F. and Yang, D.Y., “Earing prediction based on asymmetric nonquadratic yield function”, Int. J. Plasticity, 16, 1075-1104 (2000).
S4-8
弹塑性行为的规则
● 屈服准则确定屈服点
● von Mises
● Hill
金属
● Barlat
● Mohr-Coulomb 土壤，粉末金属，岩石，冰，混凝土
● 塑性变形流动准则
● 强化准则
● isotropic ● kinematic ● combined ● Chaboche
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第4章
高级非线性材料
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