MSC.Nastran中Beam及Bar元素截面类型
nastran常用卡片说明
Nastran输入文件是以数据卡片进行控制的，虽然利用Patran可以在一定程度上绕开这些卡片，不过想要对求解过程进行精细控制，熟悉这些卡片的功能及使用方法是必不可少的。
而且很多有限元软件所使用的关键字与这些卡片兼容，比如说hyperworks中的optistruct。
本文内容摘自《MSC. Nastran有限元分析基础与理论》，张永昌编著。
数据卡片功能说明1、标量点SPOINT定义标量点2、坐标系CORD1C由几何点定义的柱坐标系CORD1R由几何点定义的直角坐标系CORD1S由几何点定义的球坐标系CORD2C由节点定义的柱坐标系CORD2R由节点定义的直角坐标系CORD2S由节点定义的球坐标系3、节点GRDSET节点数据域的缺省值GRID定义节点4、约束与分割MPC指定自由度间的线性关系MPCADD合并MPC集SPC指定自由度约束SPC1指定自由度约束SPCADD合并SPC集OMIT静态凝聚，删除给定的自由度OMIT1静态凝聚，删除给定的自由度ASET指定分析集保留的自由度ASET1指定分析集保留的自由度SUPPORT删除刚体运动5、广义单元GENEL广义单元的柔度或刚度6、标量单元CELAS1,2连接节点自由度的弹簧PELAS弹簧的属性CELAS3,4连接标量点自由度的弹簧7、一维单元CROD轴向受力的杆单元PROD ROD单元属性CTUBE轴向薄壁管单元PTUBE TUBE单元属性CBAR等截面弯曲梁单元PBAR BAR单元属性CBEAM非均匀界面弯曲梁单元PBEAM BEAM单元属性CBEND曲梁单元BENDPBEND BEND单元属性8、二维剪切单元CSHEAR四边形剪切板单元PSHEAR SHEAR单元属性9、二维弯曲/薄膜性能壳单元CQUAD4平面等参四边形壳单元CQUAD8曲面等参四边形壳单元CTRIA3平面等参三角形壳单元CTRIA6曲面等参三角形壳单元PSHELL壳单元属性PCOMP复合材料单元属性10、三维单元CHEXA节点数可变六面体等参实体单元（8节点或20节点）CPENTA节点数可变五面体等参实体单元（6节点或15节点）CTETRA节点数可变四面体等参实体单元（4节点或10节点）PSOLID实体单元属性11、约束单元PROD沿两点连线方向的拉伸约束PBAR两点间的刚性连接PTRPLT三点间刚性连接RBE1，RBE2任意点间的刚性连接RSPLINE样条插值弹性约束单元RBE3加权平均约束单元12、材料说明MAT1各向同性材料MAT2二维各向异性材料MAT8正交各向异性材料MAT9三维各向异性材料MATT1与温度有关的MAT1材料MATT2与温度有关的MAT2材料MATT9与温度有关的MAT9材料13、静载荷说明FORCE由矢量分量定义的节点集中力FORCE1由两个节点定义的节点集中力FORCE2由叉积定义的节点集中力MOMENT由矢量分量定义的节点集中力矩MONENT1由两个节点定义的节点集中力矩MOMENT2由叉积定义的节点集中力矩SLOAD作用于标量点的载荷PLOAD1定义沿梁单元长度的分布载荷PLOAD2定义二维单元法向压力载荷PLOAD4指定三维和二维等参数单元的面载荷GRAV指定整个结构的重力矢量RFORCE指定计算离心力的转速LOAD载荷合并SPCDA指定强迫位移作为静态分析的载荷DEFORM线单元的初始变形TEMP节点温度TEMPD缺省节点温度TEMPRB指定杆与梁单元的温度分布TEMPP1指定板和薄膜单元的温度分布14、质量单元CMASS1标量质量关系CMASS2标量质量关系CMASS3标量质量关系CMASS4标量质量关系PMASS标量质量属性CONM1指定6x6对称质量矩阵CONM2 节点集中质量（或偏置集中质量）15、特征值提取EIGR逆幂法、跟踪法、……，特征值提取方法EIGRL Lanczos法提取特征值16、其他数据卡片DMIG直接输入矩阵系数DMI直接输入矩阵系数PARAM指定参数输入数据。
MSCNastran模块介绍
MSCNastran模块介绍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 NastranADAMS 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。
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）。
CAE软件操作小百科(5)
CAE软件操作小百科(5)作者简介：张锴(1989―)，男，上海人，博士研究生，研究方向为固体力学，(Email)zk1989zk@1在MSC Marc中如何定义实体梁截面？在MSC Marc中选择“Geometric Properties→3D→Solid Section Beam”即可定义实体梁截面，定义方式有2种：Calculated和Entered.在Calculated方式下可选择梁截面的形状，有圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、梯形、菱形和六边形等，截面各形状参数见图1.其他形状的截面也可在Beam Sections中手动定义.在Entered方式下可直接定义梁截面的面积和绕两轴的转动惯量，Ixx为绕横轴的转动惯量，Iyy 为绕纵轴的转动惯量.最后还需定义梁截面方向（Vector Defining Local zxPlane），在设置梁截面属性时，MSC Marc 会在梁截面上形成一个局部坐标系，x轴为横轴，z轴为竖轴，需要定义的方向是整体坐标系下局部坐标系x轴的方向.(a)圆形(b)椭圆形(c)正方形(d)矩形(e)三角形(f)梯形(g)菱形(h)六边形图1各截面形状参数Fig.1Parameters of different sections2在MSC Patran和MSC Nastran中如何定义实体梁截面？在MSC Patran中，选择“Properties→Create→1D→Beam→Input Properties”即可定义梁的属性，选择Create Sections可根据MSC Nastran的梁截面库定义截面，软件会自动计算相关参数；在Section Name的Value Type中选择Properties可手动定义梁截面的参数.最后需要定义Bar Orientation，与MSC Marc一样，MSC Nastran也会在梁截面上形成一个局部坐标系，1轴为横轴，2轴为竖轴；但与MSC Marc不同的是，MSC Nastran中Bar Orientation定义的方向是整体坐标系下局部坐标系2轴的方向.3在MSC Marc，MSC Patran和MSC Nastran中如何拓扑显示梁截面？若在MSC Marc中选择Calculated方式，在MSC Patran和MSC Nastran中使用截面库定义梁截面，则截面在软件中可拓扑显示.在MSC Marc中选择“Plot→Elements Settings→Beam→Plot Beams in 3D”，然后选择Regen重新生成即可；在MSC Patran中选择“Display→Load/BC/Elem Props→Beam Display→3D: FullSpan”.4在MSC Marc中如何查看变形后Rebar单元与参考轴的角度？MSC Marc的结果中不直接给出变形后Rebar单元与参考轴的角度，但可根据Rebar单元的最大主应力角度进行测量.在Results中选择“More→Vector Plot→On→Vector →Principal Rebar Stress Max”，显示Rebar单元最大主应力的向量，测量其与参考轴的角度.Rebar主要承受拉力，因此最大主应力方向与Rebar单元方向一致，测得的角度即为Rebar单元与参考轴的角度.5在MSC Marc中如何导出变形后的模型轮廓？在Results中将Deformed Shape选为Off，否则结果会出错.选择相应的步数，然后选择“Tools→Rezone Mesh”得到变形后的网格，切换到Mesh Generation→Convert→Edges to Curves，选择模型轮廓上的单元边界，最后选择Files→Export导出.6在MSC Marc中如何将前次计算的结果作为本次计算的初始条件？使用MSC Marc的PreState功能.具体方法为：Initial Conditions→General→Previous Analysis State，其中Stress和Strain为必选，其他可选；选择Axisymmetric to 3D 可将二维轴对称结果文件旋转为三维模型，在Expand Repetition中输入环向复制的次数，即环向单元个数.在Post File中选择前次计算的结果文件，其中必须包含Stress和Strain，否则会出错.7在MSC Marc中如何选取摩擦模型？在MSC Marc中选择“Jobs→Contact Control→Friction→Type”，MSC Marc提供库仑摩擦模型（Coulomb）和剪切摩擦模型（Shear）.库仑摩擦模型分为反正切（Arctangent）、双线性（Bilinear）和黏滑（StickSlip）模型.反正切模型多用于相对运动速度较大的情况，双线性模型多用于相对位移较大的情况，黏滑模型多用于从黏性摩擦到滑动摩擦突变的情况.剪切摩擦模型分为反正切和双线性模型，多用于模拟金属加工成型.8在MSC Marc中如何调整颜色？在MSC Marc中选择Visualization→Colors，可在右侧手动调整单元、边界条件和背景等颜色，也可在左侧Colormap 中选择MSC Marc预设的颜色.9在MSC Marc中如何确定二维刚体的接触方向？在MSC Marc中选择“Contact→Contact Bodies→ID Contact”，观察代表刚体的曲线，光滑一侧为接触面，带短线一侧为非接触面（见图2），可使用Flip Curves命令调整方向，若方向设置错误，单元会穿透刚体.图2接触方向示意Fig.2Schematic diagram of contact direction10在MSC Marc中如何设定接触容差？选择“Contact→Contact Table→Properties→选择相应的接触对→Distance Tolerance”，软件默认设置为0，表示容差为最小单元边长的1/20或壳单元厚度的1/4，可根据具体情况调整.11如何不打开Marc Mentat直接提交计算？首先使用Marc Mentat打开需要计算的文件，选择“Files→Write”，保存dat文件至指定目录；然后打开命令提示符，切换到dat文件目录下，输入run_marc -j **.dat，其中**代表dat文件的文件名，若出现问题，可在marc\\tools目录下找到run_marc.bat文件，将第3行for %%i in (%0) do set DIRSCRIPT=%%~dpi编辑为for %%i in (run_marc.bat) do set DIRSCRIPT=%%~dp$PATH:i即可.（待续）(摘自同济大学郑百林教授《CAE操作技能与实践》课程讲义.)。
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。
PATRAN的一些精华小技巧
PATRAN的一些精华小技巧1、在Patran里如何Move 一组Points 的位置, 而不改变这组Points 的ID 编号? Group/Transform/Translate的功能,这样不但编号不会变, 连property跟边界条件都会保留2、Patran如何执行多次Undo?所有Patran的操作步骤, 都记录在最新的一个patran.ses.xx中,如果需要多次undo, 可以刪除最后不需要的步骤指令行,再利用File -> Session -> Play 的方式, 执行改过的patran.ses.xx ,这样可以无限制的undo。
3、Patran中如何定义杆件之间的铰接？用的是rod元素，不需要定义铰接，因为rod元间本身就是以铰接形式连接。
如果用bar或是beam，需在properties里的Pinned DOFs @ Node 1/2定义铰接。
4、Patran 如何把不小心Equivalence的node分开用Utility/FEM-Elements/Separate Elements在equivalence时, 可以將选项切换为"List",只选择特定某些节点作equivalence, 可以避免不小心的失誤。
5、Patran如何將Tri3单元转换为Tri6单元在Patran -> Element -> Modify/Element/Edit , 將Type选项打勾,在Shape中选Tri, New Shape 选Tri6, 最后选取想要改变的Tri3单元,6、Patran 如何定义材料库Patran除了可以直接读取MSC.Mvision的材料材料库外，还可利用执行Session File的方式，直接使用以前已经定义过的材料。
编辑patran.ses.xx，将定义材料的PCL指令剪下，粘贴到另外一个文件中（如mat.ses）。
之后便可直接由Patran的File/ Session/ Play来加入此一材料的定义。
Nastran 基础培训 3_有限元模型
第三章NASTRAN 有限元模型知识1 离散化结构的描述有限元模型所需数据包括：* 坐标系* 模型几何(节点坐标)* 有限单元* 载荷* 边界条件* 材料性质A. 坐标系NX_NASTRAN 有默认的直角笛卡尔坐标系，称为基本坐标系，也称缺省坐标系。
NX_NASTRAN 允许用户建立局部坐标系,坐标系类型包括直角、柱面(r,θ,z) 与球面坐标系(r,θ,φ)。
作为一个例子，考虑如图所示的储水罐，这是一个具有半球顶的圆柱面，其轴线是偏离基本坐标系原点的。
对这种情况，建立局部柱面坐标系（γ，θ，z）和球面坐标系（γ，θ，?）来形成模型的几何记录，或检查计算出来的位移结果，显然是十分方便的。
B. 模型几何NX_NASTRAN中，模型几何用结点(Grid) 定义。
结构结点由于加载而移动：结构模型每一结点有六个可能位移（自由度），分别是：三个移动(在X、Y 和Z 方向) 和三个转动(绕X、Y 和Z 轴的转动) 。
C. 有限单元Nastran 中，单元名均以字母C 开头，C 是表示“connection”。
Nastran 中提供了以下单元：■弹簧元（性质如简单拉伸或扭转弹簧）■线单元（性质象杆、棒或梁）杆元：CROD，CONROD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■体元（性质象块料或厚板材）■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·刚性约束元：RBE1，RBE2·均方加权约束元：RBE3·内插约束元：RSPLINED. 载荷(1) NX_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：* 板和体表面上的压力载荷* 重力载荷* 由加速度引起的载荷* 强迫位移* 集中力和力矩* 梁上的分布载荷E. 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) NX_NASTRAN 中，边界条件通过约束适当自由度为零位移来处理。
MSCNastran中的非线性弹性材料模型的应用
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。
MSC软件上机指南
“有限元分析及应用”本科生/研究生课程有限元分析软件MSC.Patran/Nastran 上机指南重庆理工大学重庆汽车学院I目录Patran基础知识 (2)Project 1 悬臂梁的有限元建模与变形分析 (13)Project 2 悬臂梁的有限元建模与变形分析（2D） (16)Project 3 悬臂梁的有限元建模与变形分析（2D/3D） (19)Project 5 弹簧支撑柔行杆的力学分析 (22)Project 4 受热载荷作用的薄板的有限元建模与温度场求解 (25)Project 6 带孔平板的受力分析 (27)Project 7 厚壁圆筒的受内压作用时的应力分析 (31)Project8 受集中载荷作用的铰接衔架受力分析 (34)Project 9 咖啡杯的静力分析 (37)Project 10 咖啡杯的轴对称分析 (41)Project11 受压力载荷作用时板的受力分析 (45)Project12 板的模态分析 (48)Project 13 板的频率响应分析 (50)Project14 板的瞬态响应分析 (53)Project15 提取车架中性面的模态分析 (56)Project16 提取箱体中性面 (59)Project17 书架的钢制支架的受力分析 (63)Project 18 散热器的温度场分析 (67)Project 19 钢制支架的受力分析 (70)2Patran 基础知识一．Patran 的用户界面介绍Patran 具有良好的用户界面，清晰、简单、易于使用且方便记忆，其用户界面如图1-1所示。
图1-1 patran 界面按照各部分的功能，可将Patran 界面划分为四个区域：菜单和工具栏区、操作面板区、图形编辑区、信息显示和命令行输入区。
下面，就分别对这几个区域进行介绍。
1.菜单和工具栏区如图1-2所示，patran 的界面上有一行菜单，两行工具栏。
图1-2 菜单工具栏Patran 的菜单是该软件的重要组成部分，使用菜单项，可以完成多设置和操作。
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。
nastran beam 单元受力提取
NASTRAN是一款广泛应用于有限元分析的软件，它能够对结构进行精确的受力分析。
在NASTRAN中，beam单元是常用的一种元素类型，用于模拟结构中的梁或梁系统。
在进行结构的受力分析时，提取beam单元的受力是非常重要的，可以帮助工程师更好地理解结构的受力情况，从而进行更精确的设计和分析。
在NASTRAN软件中，要想准确地提取beam单元的受力，需要进行以下步骤：1. 定义模型：首先需要根据实际结构情况，在NASTRAN中建立相应的模型。
这包括定义结构的几何形状、材料属性、约束条件等。
在建立模型时，需要确保几何形状和材料属性的准确性，以及正确设置约束条件，这样才能保证受力分析的有效性和准确性。
2. 设置加载：在模型建立完成后，需要对结构施加相应的加载，以模拟实际工况下的受力情况。
这包括静载荷、动载荷、温度加载等，需要根据实际情况进行合理设置。
3. 运行分析：在定义模型和设置加载完成后，可以通过NASTRAN进行结构的有限元分析。
在分析过程中，软件会对模型进行离散化处理，将结构划分为多个小单元进行计算。
通过有限元分析，可以得到结构在不同加载情况下的受力情况。
4. 受力提取：在有限元分析完成后，可以通过NASTRAN的后处理功能进行beam单元受力提取。
可以通过查看节点或单元的NASTRAN输出文件，来得到梁单元的受力情况，包括弯矩、剪力、轴力等。
这些受力数据可以帮助工程师全面了解结构的受力情况，并进行后续的设计和分析工作。
需要注意的是，beam单元的受力提取需要结合工程实际进行综合分析，可以结合CAD软件对提取的受力数据进行可视化处理，以便更直观地观察结构的受力情况。
还需要对提取的受力数据进行合理的理解和应用，以指导实际工程中的设计和施工。
beam单元的受力提取是结构分析中重要的一步，能够帮助工程师深入理解结构的受力情况，为结构设计和分析提供重要的依据。
通过合理地使用NASTRAN软件进行受力提取，可以更好地指导工程实践，保证结构的安全可靠性。
CBEAM_CBAR&RJOINT
CBEAM、CBAR&RJOINT有限元计算中，有时会遇到一些长度方向大于其他两个方向尺寸，方向固定为一直线，此类部件可以使用CBAR或者CBEAM进行模拟。
下面，就nastran 中的CBEAM、CBAR的使用做简要介绍。
一、CBARCBAR的功能是在模型中定义一简单的梁单元，在Nastran中的卡片格式为：例：CBAR单元的功能及局限性：①须定义沿中性轴方向的刚度及沿中性轴的扭转刚度；②CBAR单元能定义垂直于其中性轴的两个方向的弯曲及剪切刚度；③CBAR单元长度方向的属性必须相同，CBEAM单元无此限制；④剪切中心必须与中性轴重合，CBEAM单元无此限制；⑤CBAR单元可以与所连接的网格端点产生一定的偏移量。
CBAR单元的卡片说明如下：EID：单元ID号；PID：单元属性ID号；GA, GB：所连接节点的ID号；X1, X2, X3：v向量的坐标；G0：PA, PB：A、B两点的自由度标记；W1A, W2A, W3AW1B, W2B, W3B：CBAR单元偏移向量。
CBAR单元的属性是由PBAR卡片来定义的，其格式定义如下：PID：属性ID号；MID：PBAR属性所引用的材料ID号；A：BAR单元截面积；I1, I2, I12：惯性矩；J：扭转常数；NSM：单位结构上的非结构质量；Ci, Di, Ei, Fi：应力恢复常数；K1, K2：剪切面积因数。
CBAR单元的空间位置定义：如上图所示Grid Point A为BAR单元所定义的A点，Grid Point B为BAR单元所定义的B点，Wa及Wb向量为BAR单元相对A、B点的偏移向量，若想定义偏移与A、B点的BAR单元，须定义这些向量，BAR单元的y轴由Plane 1定义，而Plane 1由向量v及BAR单元的端点A、B定义，由端点A、B定义单元的x轴，由v向量几x轴构成的平面定义单元的y轴，之后由右手法则定义z轴。
值得注意的是，在偏移后的A、B点定义BAR单元时，端点A、B为偏移后的A、B点。
Patran基础教程11_单元属性
第 11部分 单元属性
PAT301, Section 11, September 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
● 在Nastran中 称作 C,D,E,F ● 在计算公式stress= Mc/I 中用来确定 “c”
● Nastran 和 ABAQUS 梁的截面方向将在下页的图中说明
PAT301, Section 11, September 2010 Copyright 2010 MSC.Software Corporation
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S11-11
用 BAR 单元划分网格举例
● 构建一个 64” x 64” 加筋板 ● 用 quad4 单元划分曲面 ● 以 Bar2 单元划分面的边 ● 用事先定义好的T截面定义
S11-7
梁单元属性
● Bar/Beam elements 需要一个矢量来定义截面的方向 (单元
坐标系y和z的方向)
● 在 MSC.Patran中, 这个矢量可以用全局 坐标系(Coord 0) 或局部坐标
系来定义
● 截面贯性矩 I11和 I22, 以及扭转常数 J（不是极贯性矩）是相
对与单元坐标系来定义的 ● 为了计算弯曲应力, 必须相对于单元坐标系定义应力恢复点
S11-18
案例学习: 用 QUADS 和 BARS划分网格
● 对Bar2单元创建梁单元特性
pantran中遇到的问题)
MSC .patran问题集_应该有用MSC FAQ,可能老了点儿,不过应该还有点用MSC.NASTRAN FAQQ：对于有限元或MSC.NASTRAN的初学者，MSC.NASTRAN有哪些入门手册？A：MSC.NASTRAN Getting Started User's Guide与MSC.NASTRAN Common Questions and Answers。
Q：如何找到MSC.NASTRAN在不同工作平台的运算效率比较资料？A：从网址/tech/performance可找到相关资料。
Q：在MSC.NASTRAN分析时若在*.f06文件出现fatal message 9050时代表什么情况？A：此为有限元分析初学者最容易遇到的错误信息。
就静力分析而言，它代表你定义的模型约束条件不足，造成结构在外力作用下会有刚体运动(Rigid Body Motion)或机构(Mechanism)的状?。
详情请参考MSC.NASTRAN Reference Manual第15章或是MSC.NASTRAN Common Questions and Answers中Miscellaneous部份的What is Meant by the Term "Mechanism"?一节。
Q：在MSC.NASTRAN分析时若在*.f06文件出现fatal message 3060时代表什么情况？A：它代表MSC.NASTRAN在分析时无法找到授权密码，或是授权密码过期或错误。
详情请参考MSC.NASTRAN Reference Manual第15章或是MSC.NASTRAN CommonQuestions and Answers中Diagnostic Messages部份的What Does "User Fatal Message 3060 …Option xxx Not in Approved List Mean?一节。
Nastran梁单元应力输出
1.Nastran梁单元1.1.CBAR单元卡片CBAR单元属性卡1.2.CBEAM单元卡片（1）PBEAM属性卡（2）PBEAML属性卡2.Nastran梁单元应力输出一维梁单元中的内力或应力可以通过单元力或单元应力输出（如FORCE或者ELFORCE）来进行输出，并且梁单元只输出应力恢复点的应力。
如果梁截面是标准库中的截面（PBARL，PBEAML定义的截面），则应力恢复点已经由程序根据不同的截面形状进行定义，不需要用户定义。
如果是自己定义的梁截面（PBAR，PBEAM定义的截面），则用户必须自行定义应力恢复点(属性卡片中的C1,C2、D1,D2、E1,E2、F1,F2)。
此时beam elements的应力需要选择recovery point on the beam cross section，然后在stress recovery pointC/D/E/F- Element-Nodal中可以看到对应的应力分析结果。
2.1.CBAR梁单元的单元力和应力下图是CBAR梁单元力（element force）的正方向。
real或者complex形式（取决于输出格式）的单元力的输出包括下面几项：M1a，M1b，M2a和M2b是分别在两个参考平面中，两个端点处的弯矩。
V1和V2是在两个参考平面中的剪力，Fx是平均的轴向力，T是绕x轴的扭矩。
输出中可以要求输出CBAR单元下面的real形式单元应力（element stress）：（1）平均轴向应力（ average axial stress）：axial stress（2）由在两个端点A、B处横截面上的4个应力恢复点的弯矩引起的张性应力（extensional stress due to bending）：SA1、SA2、SA3、SA4，SB1、SB2、SB3、SB4。
仅当用户在PBAR卡片中输入了应力恢复点，才计算该弯曲应力。
（3）两个端点A、B处的最大和最小的张性应力（maximum and minimum extensional stress at both ends）：SA-MAX、SA-MIN、SB-MAX、SB-MIN。
BAR与BEAM
1．BAR单元与BEAM的关系：
BEAM单元允许偏移剪切中心和改变沿轴线的面积属性，而BAR只是BEAM单元的一个子集，不具有变截面的特性。
2．BAR单元可以模拟偏置加强筋的板壳，这时单元局部坐标的X轴位于由梁单元的Aumd 到B端的线段上。
3．由于BAR单元的形心轴与单元局部坐标系的X轴一致，所以BAR单元不能用于形心轴和剪切中心不一致的梁。
这种偏置梁必须应用BEAM单元。
（P206）
4．BAR单元具有下列特性和限制：
描述了在两个垂直平面中梁的弯曲属性，并兼有X轴向位移和扭转属性。
形心轴可以偏离节点，形心轴和剪切中心轴一致；
包括横向剪切柔度（铁摩辛柯梁）；
可以定义铰链连接，面积属性为常数；
惯性主轴不需和单元局部坐标轴一致。
能在每个端点的横截面上，计算最多到4个点的应力。
5．BEAM单元除了具有BAR单元所有特性外，还具有：
形心轴，剪切中心轴和非结构质量中心轴可以不重合；
截面属性和非结构质量沿梁的长度可以任意变化；
考虑了横截面翘曲对扭转刚度的影响；
能够定义转动惯量的分布；
能够定义锥度对于横向剪切刚度的影响。