nastran非线性与线性分析
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
MSC_Nastran模块介绍_2012
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 Nastran ADAMS Integration可使MSC Nastran 计算生成ADAMS所需要的柔性体模态中性文件。
NX_Nastran非线性接触分析例题
UG NX 6.0 NX NASTRAN 6.0
高级静态非线性解析， 需要安装完全模块的NX。 ADVNL601、701实际上是 集成的Adina的解算器
Simwe yueyaba
3
4.定义约束条件
UG NX 6.0 NX NASTRAN 6.0
Constraint--〉New Constraint--〉Fixed Translation Constraint
强迫上面沿Z轴负方 向移动22mm
选择上一步定 义的Table
Field
Simwe yueyaba
6
7.定义接触
Simulation objects--〉Advanced Nonlinear Contact
UG NX 6.0 NX NASTRAN 6.0
定义接触关系，手动选择可 能会相互接触的面，一般情 况下，刚度大的面作为目标 面（Target）
1.打开文件
UG NX 6.0 NX NASTRAN 6.0
Simwe yueyaba
1
2.建立Fem，划分网格
材料：Steel 单元类型：2次四面体 单元大小：2
UG NX 6.0 NX NASTRAN 6.0
材料：ABS 单元类型：2次四面体 单元大小：2
Simwe yueyaba
2
3.建立Sim
底面移动自由度固定
Simwe yueyaba
4
5.定义加载函数
Fields--〉New--〉Table
UG NX 6.0 NX NASTRAN 6.0
注意单位
注意输入 格式
Simwe yueyaba
6.定义强制位移条件
UG NX 6.0 NX NASTRAN 6.0
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。。。
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
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。
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。
NX Nastran材料非线性实例分析
NX Nastran材料非线性实例分析
本课目的：1.了解材料非线性的基础理论 2.掌握如何使用NX Nastran解决材料非线性分析 3.探讨材料非线性在非线性分析所占的影响
1.了解材料非线性的基础理论 在之前的课程中，我们讲解了线性与非线性的区别，今天主要来讲一下非线 性影响之一的材料非线性。我们知道大多数的金属材料在小应变时都具有良 好的线性应力-应变关系。这时我们对材料参数只用输入弹性模量和泊松比就 够了，但当材料发生屈曲后，此时材料的S-E关系已不是呈线性的增长，即材 料进入了塑性阶段也就是我们所要讲的材料非线性。
从上图我们可以看到材料完整的S-E曲线，非线性的则为从a点到最后的g点。 关于材料的非线性分析时，对材料参数的定义我们可以分为两种方式： 双重线性塑性材料模型（屈服应力和切线模量） 多重线性塑性材料模型（完整的塑性段S-E曲线） 建议在材料的非线性分析中尽可能使用第二种方法，第一种ห้องสมุดไป่ตู้化的比较大也 是一种很理想的状态，对结果可能会产生较大的误差。
实例的情景假设 此例取材料力学实验中的单轴拉伸试验进行有限元的分析。材料为DQSK36，杨氏模量 207000MPa，泊松比0.28，塑性的应力—应变曲线为图1-1
图1-1
接下来我们进行具体操作：见视频
3.探讨材料非线性在非线性分析所占的影响
从结果我们可以看出，模型发生了大的位移和大的应变，但我们并没有打 开几何大变形开关，有限元的结果是接近遵循材料的应力-应变曲线的。所 以我们可以认为材料的非线性并不关联几何的非线性，但几何的非线性往 往是要关联着材料的非线性(排除大位移小应变)，通常几何非线性的发生 即意味着局部的模型进入了塑性状态，所以建议在做几何非线性分析的时 候也要完整的附加材料非线性的参数。
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。
Nastran
nastran简介开发历史优势3.1 极高的软件可靠性3.2 优秀的软件品质3.3 作为工业标准的输入/输出格式3.4 强大的软件功能3.5 高度灵活的开放式结构3.6 无限的解题能力分析功能4.1 NASTRAN动力学分析简介4.2 正则模态分析4.3 复特征值分析4.4 瞬态响应分析(时间-历程分析) 4.5 随机振动分析4.6 响应谱分析4.7 频率响应分析4.8 声学分析非线性5.1 NASTRAN非线性分析简介5.2 几何非线性分析5.3 材料非线性分析5.4 非线性边界(接触问题)5.5 非线性瞬态分析5.6 非线性单元热传导6.1 NASTRAN热传导分析简介6.2 线性/非线性稳态热传导分析6.3 线性/非线性瞬态热传导分析6.4 相变分析6.5 热控分析6.6 空气动力弹性及颤振分析6.7 流-固耦合分析6.8 多级超单元分析6.9 高级对称分析优化分析7.1NASTRAN的拓扑优化简介7.2 设计灵敏度分析7.3 设计优化分析7.4 拓扑优化分析复合材料分析自适应求解方法单元库开发语言展开简介开发历史优势3.1 极高的软件可靠性3.2 优秀的软件品质3.3 作为工业标准的输入/输出格式3.4 强大的软件功能3.5 高度灵活的开放式结构3.6 无限的解题能力分析功能4.1 NASTRAN动力学分析简介4.2 正则模态分析4.3 复特征值分析4.4 瞬态响应分析(时间-历程分析) 4.5 随机振动分析4.6 响应谱分析4.7 频率响应分析4.8 声学分析非线性5.1 NASTRAN非线性分析简介5.2 几何非线性分析5.3 材料非线性分析5.4 非线性边界(接触问题)5.5 非线性瞬态分析5.6 非线性单元热传导6.1 NASTRAN热传导分析简介6.2 线性/非线性稳态热传导分析6.3 线性/非线性瞬态热传导分析6.4 相变分析6.5 热控分析6.6 空气动力弹性及颤振分析6.7 流-固耦合分析6.8 多级超单元分析6.9 高级对称分析优化分析7.1NASTRAN的拓扑优化简介7.2 设计灵敏度分析7.3 设计优化分析7.4 拓扑优化分析复合材料分析自适应求解方法单元库开发语言展开编辑本段简介NASTRAN是在1966年美国国家航空航天局(NASA)为了满足当时航空航天工业对结构分析的迫切需求主持开发大型应用有限元程序。
NASTRAN简介
NASTRAN简介NASTRAN是一款有限元分析（FEA）软件，最初是1960年代末在美国政府对航空航天工业的资助下为美国国家航空航天局（NASA）开发的。
诺世创软件（MSC Software）公司是公共域NASTRAN代码的主要原始开发商之一，这些代码已被众多公司集成到大量的软件中。
历史1964年，美国航空航天局结构动力学研究计划的年度审查发现，研究中心正分别开发针对自身需求的结构分析软件。
审查建议应当使用单一的通用软件取而代之。
由此成立了一个专责委员会。
委员会认定没有一份现成的软件能够满足他们的要求。
他们建议成立一个合作项目来开发这个软件并创建了概述该软件功能规范。
因之，计算机科学公司（CSC）获得了开发软件的合同。
1960年代，该程序在开发期间的第一个名字是GPSA，普遍目的结构分析（General Purpose Structural Analysis）的首字母缩写。
但NASA最终批准的名字则是NASTRAN（NASA Structural Analysis）。
NASTRAN 软件于1968年发布给NASA。
60年代末，诺世创软件将自己的版本（MSC/NASTRAN，最终演化成MSC.Nastran）市场化并提供支持。
Joe Mule（NASA）、Gerald Sandler（NASA）和Stephen J. Burns（罗彻斯特大学）设计了原始软件的架构。
编写NASTRAN软件应用程序是为了帮助设计更有效的空间飞行器，如航天飞机。
1971年，美国航空航天局技术利用办公室向公众发布NASTRAN。
NASTRAN的商业应用帮助了对任何尺寸、形状或目的弹性结构行为的分析。
例如，汽车行业用其设计前悬架系统和转向拉杆。
该软件也可用于轨道和机车、桥梁、发电厂、摩天大楼和飞机的设计。
据估计，1971年至1984年NASTRAN节省了7.01亿美元的成本。
NASTRAN于1988年入选美国航天基金会的空间技术名人堂，这是获此殊荣的第一项技术之一。
patran nastran 单元
一、概述patran nastran 是工程学领域中常用的有限元分析软件，包含了有限元建模、网格划分、分析求解等功能，是工程师们进行结构、固体、流体力学等多种分析的重要工具。
在 patran nastran 中，单元是构成有限元模型的基本单元，可以用来描述结构的几何形状和材料特性，对模型的精度和计算效率有重要影响。
二、patran nastran 单元的分类1. 刚性单元刚性单元是用来定义结构中刚性连接或刚性节点的单元类型，它不考虑材料的弹性特性，常用的刚性单元包括：RBE2（Rigid Body Element Type 2）、RBE3（Rigid Body Element Type 3）等，它们通过刚性杆件、弹簧等方式连接结构中的节点，能够有效地模拟刚性连接的效果。
2. 线性单元线性单元用来描述结构中的线性弹性材料或线性变形的部分，它们的应力-应变关系是线性的，常用的线性单元包括：梁单元、杆单元、壳单元等，它们在模拟材料的弹性行为和结构的变形情况时具有较好的精度和计算效率。
3. 非线性单元非线性单元适用于材料或结构存在明显非线性特性的情况，包括大变形、材料屈服等，常用的非线性单元包括：大变形壳单元、非线性弹性杆单元、塑性材料单元等，它们能够更准确地模拟材料的非线性行为和结构的变形特征，但计算效率相对较低。
4. 其他特殊单元patran nastran 中还包含了一些特殊的单元类型，如壳单元、接触单元、等离子体单元等，它们能够应用于特定的工程分析场景，满足用户对不同问题的建模和求解需求。
三、patran nastran 单元的应用1. 结构分析在工程学领域中，patran nastran 单元被广泛应用于结构分析领域，如飞机机翼、汽车车身、建筑结构等的强度、刚度、振动等性能分析，通过选择合适的单元类型和参数，可以准确地描述结构的受力情况和变形特征，为工程设计和优化提供重要参考。
2. 固体力学分析在固体力学领域，patran nastran 单元可以用来描述材料的力学行为，如拉伸、压缩、扭转、剪切等，以及材料在复杂应力状态下的变形情况，通过建立合适的有限元模型和选择合适的单元类型，可以对材料的强度、耐久性等性能进行评估。
MSC.NASTRAN的分析功能
MSC.NASTRAN的分析功能作为世界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.PA TRAN中定义时可把载荷直接施加于几何体上。
Inventor Nastran非线性分析实战示例：实际应用与操作指南说明书
MFG501490Up and Running with Inventor Nastran Nonlinear Analysis – Real World ExamplesWasim YounisSymetriDescriptionThis session will start with real-life examples demonstrating how engineers and designers like you have greatly benefited from the advanced use of Inventor Nastran simulation technology within their companies. The software has helped them to make informed design decisions early on and enabled them to make cost-effective optimized designs with less impact on the environment, ultimately providing more time to explore “what if” scenarios. Real-life examples will include blast loads, drop tests, elastic/plastic analysis, and permanent deformation. We will then continue by explaining the process of applying nonlinear analysis using a straightforward, step-by-step approach, supported by industry best practices with explanations and tips. Our hope is to help make your Inventor Nastran adoption journey within your workplace successful. We want ultimately to help you simulate complex real-world scenarios early on, enabling the creation of sustainable designs faster and more cost-effectively.Speaker(s)A passionate simulation solutions expert been involved with Autodesk simulation software from when it was first introduced, and is well-known throughout the Autodesk simulation community, worldwide. Also authored the Up and Running with Autodesk Inventor Professional books. He also manages a dedicated forum for simulation users on LinkedIn – Up and Running with Autodesk Simulation. Wasim has a bachelor’s degree in mechanical engineering from the University of Bradford and a master’s degree in computer- aided-engineering from StaffordshireUniversity.Different types of nonlinear behaviourStress, σNonlinear analysis generically falls into the following three categories.Geometric nonlinearity - Where a component experiences large deformations and as a result can cause the component to experience nonlinear behavior. A typical example is a fishing rod.Material nonlinearity - When the component goes beyond the yield limit, the stress/strain relationship becomes nonlinear as the material starts to deform permanently.Contact - Includes the effect of two components coming into contact; that is, they can experience an abrupt change in stiffness resulting in localised material deformation at region of contact.While many practical problems can be solved using linear analysis, some or all its inherent assumptions may not be valid:•Displacements and rotations may become large enough that equilibrium equations must be written for the deformed rather than the original configuration. Large rotations cancause pressure loads to change in direction, and to change in magnitude if there is achange in area to which they are applied.•Elastic materials may become plastic, or the material may not have a linear stress-strain relation at any stress level.•Part of the structure may lose stiffness because of buckling or material failure. •Adjacent parts may make or break contact with the contact area changing as the loads change.Geometric NonlinearityThe geometric nonlinearity becomes a concern when the part(s) deform such that the small displacement assumptions are no longer valid. The large displacement effects area collection of different nonlinear properties, such as:1. Large deflections.2. Stress stiffening/softening.3. Snap-thru.4. Buckling.5. Large strain.Large DeflectionsWhen your components or assemblies start to experience rotations of more than about 10 degrees you should start to consider nonlinear analysis. This is because linear analysis assumes small displacement theory in which sin(θ) ≈ (θ).Stress StiffeningStress stiffening (also known as geometric stiffening) only effects thin structures where the bending stiffness is very small compared to the axial stiffness. For instance, consider the following plate subjected to a load. The structure is fixed around the perimeter. This thin-walled structure will undergo significant stress stiffening as the part transitions from reacting the load in bending, to reacting the load in-plane.The images below show two results of the plate. The first image is results from a nonlinear analysis (peak deflection 3.321mm). The second image is the results from a linear analysis (peak deflection is 26.03mm).Stress stiffening effects are caused by tensile stresses which result from larger displacements, not by the displacements themselves. The actual displacement in the model is not a clear indication of the degree of nonlinearity, nor is the tensile stress magnitude. A similar tension in one geometry or load orientation may result in significantly less stress stiffening than in another.Snap-thru and BucklingOther common geometric nonlinear situations involve snap-thru and buckling problems, often referred to as bi-stable or multi-stable systems. Many snap-thru problems behave nearly linearly until the point where a small amount of additional load causes a large amount of deflection where a secondary stable position is reached. Capturing this snap-thru is a very difficult numerical problem.Large StrainLarge strains are typically associated with large displacements causing permanent deformation as stresses above yield have been exceeded. Cold heading, rubber seal compression, and metal forming are good examples of large strain examples.Material NonlinearityWhen components experience stress above yield then the results obtained from linear analysis are not valid. In these cases, we need to define stress and strain behavior of materials above yield to get an accurate behavior. However, most materials and even metals have some amount of ductility. This ductility allows hot spots to locally yield thus reducing the stresses compared to what a linear analysis would predict.The metal bracket from the image below shows very different stress distributions between linear and nonlinear materials. The right image contains linear analysis results and shows peak stresses well above yield. The nonlinear material analysis on the left shows a different contour due to the stress redistribution. Peak plastic strain was 5.7% in the nonlinear material analysis.Boundary Condition NonlinearityThe most common boundary nonlinearities are:1. Contact.2. Follower forces.ContactContact conditions model the interaction of two separate parts. Boundary conditions such as separation contacts are generally regarded as nonlinear, as the contact allows separation and sliding between components. This type of contact is typically used in bolted connections where two plates are held by the bolts and the plates allowed to slide and separate depending on the extent of the loading conditions. Another example is in impact type analyses as illustrated below.Follower ForcesThis nonlinear effect simply means that the direction of the force moves with deformation or movement of the part. This can be best demonstrated with the cantilevered strip shown below which is loaded with a force of 100N and three analyses are performed with different large displacement settings.The first image shows the unrealistic "growth" that occurs when large displacementeffects are turned off (LGDISP=OFF). The second image shows the results of largedisplacements turned on, but follower forces turned off (LGDISP=2). The final imageuses large displacement effects with follower forces and is the most accurate(LGDISP=ON).Top Inventor Nastran nonlinear tips.Always run a linear analysis first to check if the yield limit has exceeded.Keep model simple and consider symmetry.Perform distortion checks to make sure there are no severely distorted elements.Only apply nonlinear materials in the areas of the model where you expect nonlinear or plastic behavior. This will help to speed up the analysis and can improve the convergence rate.Split faces at contact regions to reduce the number of generated contacts.Use Linear elements instead of Parabolic elements to help with achieving fasterconvergence in results.Use Continuous Meshing for Surface models to connect surfaces eliminating the need to create contacts. Contacts increase solution times.Leave the Number of Increments field blank in the Nonlinear Setup dialogue box. The software will calculate the optimum number of increments.Equivalent Stress Results follow the stress and strain curve data. Use this to analyse your stress and strain results.Use the NPROCESSORS parameter to increase number of cores to help speed up analysis times.Use explicit solvers if you are expecting high strains.Run modal analysis to determine Dominant Frequency W3 required for Nonlinear Transient Response Analysis.Use multiple subcases to determine permanent deformations in Nonlinear Static Analysis.With the first being loaded and second being unloaded.Use multiple subcases to allow different time steps in Nonlinear Transient ResponseAnalysis.Performing analysis using both implicit and explicit solvers.The 1st Simatek example is based on the implicit solver and the following content is directly taken from my new Up and Running with Autodesk Inventor Nastran 2023 – Nonlinear Analysis book.Available from Amazon worldwide.(Image hyperlink takes you to )DP4 – Inlet(Design problem courtesy of Simatek A/S)Key features and workflows introduced in this design problemIntroductionSimatek is a leading manufacturer of industrial emission and air pollution control solutions. Their high-value products and systems, optimise footprint, performance, powder recovery and maintenance for industrial plants worldwide. All at a low cost of ownership.In this design problem we are going to analyse an inlet using the following design informationand goal.Key Features/Workflows 1 Material Nonlinearity2 Nonlinear Static Analysis – Plastic Stress and Strain curve3 Shell Elements - Continuous Mesh Connections 4Multiple subcases – (Actual Permanent Deformation)Design InformationMain StructureMaterial - AISI Carbon Steel 304Youngs Modulus - 193GPaYield Limit- 184MPaPoisson’s Ratio - 0.27Blast Load – 0.082MPaDesign GoalStrain to be less than 10%.Workflow of Design Problem 4IDEALIZATION1 - Simplify assembly as a single surface model.BOUNDARY CONDITIONS1 - Apply materials, loads and constraints to simulate reality.RUN SIMULATION AND ANALYSE1 - Analyse and interpret results.REDESIGN1 - None.IdealizationThe assembly is remodeled as a single surface component to simplify the analysis and to speed up solution times. This includes removing small features like holes and non-structural components.1. Open Inlet.iptBoundary conditions2. Select Environments tab > Select Autodesk Inventor Nastran.3. Double click Generic under Materials from the Model tree.4. Select Material > Select Load Database > Open ADSK_materials.nasmat > Select AISICarbon Steel 304 > Click OK > Specify 184 for Sy > Click OK.The default path to access library is C:\Program Files\Autodesk\Inventor Nastran 2023\In-CAD\Materials.5. Select Idealizations tab > Select Shell Elements for Type of Idealizations > Specify Bodyfor Name of Idealizations > Specify 3mm for t >Select Associated Geometry > Right click in selection entities box > Select Face Chain > Select all faces making up body of the inlet.6. Click New > Select Shell Elements for Type of Idealizations > Specify Support for Name ofIdealizations > Specify 10mm for t > Select Associated Geometry > Select the 4highlighted faces as shown below.7. Click New > Select Shell Elements for Type of Idealizations > Specify Flange for Name ofIdealizations > Specify 6mm for t >Select Associated Geometry > Select the 3 highlighted flange faces as shown below.8. Click OK > Select Constraints > Specify Fixed Constraints for Name > Select bottomflange as shown below > Select Preview so you can see constraint symbol. Adjust display options as desired.9. Click OK > Select Loads > Specify Blast for Name > Select Pressure for Load Type >Specify -0.082 for Magnitude (MPa) > Select Face Chain option from Selected Entities box > Select all faces making up body of the inlet (No Support Plates and Flanges)> Select Preview so you can see load symbol. Adjust display options as desired.10. Click OK > Select Mesh Settings > Specify 50 for Element Size (mm) > Select Linear forElement Order > Select Continuous Meshing.11. Click OK. This will regenerate mesh.Selecting linear elements will help to achieve results convergence quicker.Selecting continuous meshing will connect nodes and elements at adjacent surfaceintersections avoiding the need to use contacts.Continuous meshing will only work if surfaces have no gaps between them.12. Double click Analysis 1 [Linear Static] > Select Nonlinear Static for Analysis Type >Click OK.13. Right click AISI Carbon Steel 304 material > Select Edit > Select Nonlinear > SelectPlastic option > Specify the following values to define the stress and strain curve. First two rows already specified.14. Select Show XY Plot.15. Click OK three times to exist all dialogue boxes.16. Double click Nonlinear Setup 1 > Select All option for Intermediate Output.17. Click OK.Selecting All will save all converged intermediate and bisected increments in the results file.Nastran will calculate the number of increments automatically, if left blank. Typically, a run will complete after 10 iterations.Run simulation and analyse18. Select Run > Click OK when run is complete.Depending on computer specification this can take up to 4mins.19. Right click Results > Select Edit > Select increment showing LOAD = 1.0 > Select SHELLEQUIVALENT STRESS > Select Centroidal for Data Type > Select Visibility Options > Switch visibility off for loads and constraints.Equivalent Stress results in Nastran follow the stress and strain curve specified in theearlier steps.20. Click OK > Select Strain from the results heads-up bar > Select Options from the Resultspanel > Select Contour Options from the Plot dialogue box > Select Specify Min/Max > Specify 0.001 for Data Max > Select Display to update results.The component experiences up to 0.5% strain.21. Click OK > Right click Subcases > Select New > Select Fixed constraint.In Nonlinear analysis subcases are linked, unlike linear analysis where they areindependent of one another.This subcase will start from the previous deformed shape as a result of the blast. In this subcase no blast load will be specified, and we will be able to determine the permanent deformation after the blast load.22. Click OK > Right click Loads in Subcases 15 (new subcase) > Select New > Selecthighlighted face > Specify 0.0001 for Magnitude (N) for Fz direction > Select Preview so you can see load symbol. Adjust display options as desired.For analysis to run we need to specify a negligible load. Location of the load is not important23. Click OK > Select Run.24. Click OK when run is complete.25. Select Shell Equivalent Stress from the results heads-up bar > Select Options from theResults panel > Select increment showing LOAD = 2.0 (No-load) > Select ContourOptions from the Plot dialogue box > Select Centroidal for Data Type > Select Specify Min/Max > > Specify 184 for Data Max > Specify 0 for Data Min > Select Display to update results.The contour plot is showing residual stresses in the component as a result of plastic deformation. So once the load is removed as in this subcase, the material tries to recover the elastic part of the deformation but is inhibited from full recovery due to the adjacent plastically deformed material. Residual stresses can affect fatigue life if the component is subjected to repetitive and cyclic loading. This is the not the case in this example.26. Click OK > Select Displacement from the results heads-up bar.This shows permanent deformation of 16.9mm of the inlet as a result of 5% strain.27. Close File.The step-by-step workflow for Dellner and EMC example is in my new Up and Running with Autodesk Inventor Nastran 2023 – Nonlinear Analysis.NB: Due to copyright issues could not include in this handout.Available from Amazon worldwide. (Image hyperlink takes you to )This book has been written using actual design problems, all of which have greatly benefited from the use of advance simulation technology. For each design problem, I have attempted to explain the process of applying nonlinear analysis using a straightforward, step by step approach, and have supported this approach with explanation and tips. At all times, I have tried to anticipate what questions a designer or development engineer would want to ask whilst he or she were performing the task using Inventor Nastran.The design problems have been carefully chosen to cover the most popular nonlinear analysis capabilities of Inventor Nastran and their solutions are universal, so you should be able to apply the knowledge quickly to your own design problems with more confidence.Chapter 1 provides an overview of Inventor Nastran Nonlinear and the user interface and features so that you are well-grounded in core concepts and the software’s strengths, limitations, and work arounds. Each design problem illustrates a different unique approach and demonstrates different key aspects of the software, making it easier for you to pick and choose which design problem you want to cover first; therefore, having read chapter 1 it is not necessary to follow the rest of the book sequentially.This book is primarily designed for self-paced learning by individuals but can also be used in an instructor-led classroom environment.Page 21 Further Resources and LearningThe following books have also been authored by the speaker and are available from Amazon worldwide. If you have any further questions, you can post them on my LinkedIn User group. Up and Running with Autodesk Simulation | Groups | LinkedIn My contact details if you have any further questions Work email: ************************ Personal email: ************************ Mobile: +44(0)7980 735244 LinkedIn: /in/wasimyounis/。
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。
NastranFX非线性分析实例
●3D Nonlinear Static Analysis-Unit : N, mm-Isotropic Material-Solid Element-Rigid Link●Load & Boundary Condition-Displacement-Constraint (Pinned)●Result Evaluation-Displacement Spring00OverviewOverviewModel Type : [3D / General]Click [ ] (Unit System) Button Length : [mm]Click [OK] ButtonClick [OK] ButtonClick Right Mouse Button in Work Window and Select [Hide Datum & Grid]Analysis > Analysis Case (341526)01123456Procedure“Spring.stp”Click [OK] ButtonFile > Import > Geometry (2)0212ProcedureClick [ ] (Displayed)Mesh Size -Element Size : “3”Property : “1”Mesh Set : “Spring”Click [OK] ButtonMesh > 3D Mesh > Auto Mesh Solid (234)510312345ProcedureClick [ ] (Left)Select [Center of Nodes]Selection Filter : [Edge (E)]Select 32Nodes (See Figure)Mesh Set : “Center Point”Click [OK] Button4523222123456ProcedureSelect [Rigid] tabSelect [Rigid Body(RBE2)]Independent Node: Center Point Dependent Node(s) : [Multiple Nodes]Selection Filter : [Face (F)] Select 156Nodes (See Figure) Mesh Set: “Rigid Link”Click [OK] Button 2413567812345678ProcedureCreate> [Isotropic] Select [General]tab ID : “1”, Name : “Alu”Elastic Modulus : “7e5” N/mm2 Poisson's Ratio: “0.346”Mass Density: “2.71e-9” kg/mm3 Factor of Safety Calculation: [No]451 23671234567ProcedureSelect [Nonlinear]tabModel Type : [Plastic]Initial Yield Stress : “95” N/mm2 Click [ ] (Nonlinear Function) Button 12431234ProcedureSelect [Non-spatial] tab Name : “Material”Strain : “0”, Value : “0” Strain : “0.0001357”, Value : “95”Strain : “0.0025”, Value : “100Strain : “0.01”, Value : “110”Strain : “0.1”, Value : “120”Strain : “1”, Value : 130”Click [OK] ButtonAnalysis > Function > General Function (234)You have to Click Next Row at theTable to Finish the Input.Plastic Type Stress-Strain FunctionStarts at Origin.Second Row of Strain Column“0.0001357” is End Point of Elastic Strain Range, and it can beCalculated With Initial Yield Stress Factor. 1081234ProcedureCreate > [Isotropic]Nonlinear Function : [Material]Click [OK] ButtonClick [Close] Button2311234ProcedureCreate > [3D…]Select [Solid] tab ID : “1”, Name : “Alu”Material : [1: Alu]Click [OK] Button Click [Close] Button235461123456ProcedureAnalysis > Boundary Condition >Constraint…Click [ ] (Left)BC Set : “BC”Selection Filter : [Face (F)]Select 344Nodes (See Figure)Click [Pinned] ButtonClick [OK] Button562 4111234563 ProcedureLoad Set : “Force”Select1 Node Marked by [ O ](See Figure)F3 : “-120”NClick [OK] Button41 231234ProcedureClick [Add...]ButtonTitle : “Nonlinear”Solution Type : [Nonlinear Static(106)]Drag & Drop [Force]to “All Sets”WindowClick [ ] (Analysis Control) Button41 32512345ProcedureSelect [Nonlinear] tabCheck on and Input [Displacement(U)]:“0.001”Check off [Load (P)]Check on : [Work (W)]:“0.0001”Click [OK] ButtonClick [Add/Modify Subcases…]Button2341 1234ProcedureClick [New]Button Label : “Loading”Drag & Drop “Force” to “Active Set”WindowClick [Update] Button Click [New] Button Label : “Unloading”Click [Update] ButtonClick [Close] ButtonClick [OK] Button on Add/Modify Analysis Case (Master Case) Dialogue BoxClick [Close] Button on Analysis Case Manager Dialogue Box7851234612345678910ProcedureAnalysis > Solve...File > [Save…] (Spring.fnb)Model Works Tree :[Geometry]Click Right Mouse Button and Select [Hide All]Analysis > [Solve...]Select [Use Sockets]Click [OK] Button 235616123456ProcedureDouble Click [TOTAL TRANSLATION]Select [Deformed+Undeformed]in Tool Bar Post DataProperty Window -Scale Factor : “10”Actual Deformation : [True]Click [Apply] ButtonResult Works Tree : Spring_Nonlinear > INCR 10, LOAD=1.0(1) >Displacement152341712345ProcedureDouble Click [SOLID VON MISES]Result Works Tree : Spring_Nonlinear > INCR 10, LOAD=1.0(1) >3D Element Stresses1181ProcedureDouble Click[TOTAL TRANSLATION]Result Works Tree : Spring_Nonlinear > INCR 10, LOAD=0.0 > Displacement1191ProcedureResult Works Tree : Spring_Nonlinear > INCR 10, LOAD=0.0 >3D Element StressesDouble Click [SOLID VON MISES]1201Procedure2341Data : [TOTAL TRANSLATION(V)]Click [Select All] Button Select 1NodeClick [Table] Button1234ProcedureDrag [Step Value], [Node : 22] Column on TableClick Right Mouse Buttonand Select [Graph…]Enter X Label, Y Label, Graph Title Click [OK]Buttonon Graph View DialogClick [ ](Initial Post Style)123412345ProcedureLeaf Spring●3D Nonlinear Static Analysis-Unit : N, mm -“Leaf Spring.stp”-Isotropic Material -Tetra Element,Quadrilateral Element●Load & Boundary Condition-Displacement -Constraint●Result Evaluation-Displacement-Extract Result00Overview OverviewModel Type : [3D/General]Click [ ] Button (Unit System)Length : [mm]Click [OK] Button Click [OK] ButtonClick Right Mouse Button in Work Window and Select [Hide Datum & Grid]341526Analysis > Analysis Setting…01123456Procedure“Leaf Spring.stp ”Click [OK] ButtonFile > Import > Geometry…20212ProcedureClick [ ] (Displayed) Mesh Size-Element Size: “2”Property : “1”Mesh Set : “Spring”Click [OK] Button2 34 5112345ProcedureSelect 1Face (See Figure)Mesh Size -Element Size : “5”Property : “2”Mesh Set : “Plate”Click [OK] Button2345112345ProcedureCreate > [Isotropic]Select [General]tab ID : “1”, Name : “Steel”Elastic Modulus : “2e5” N/mm 2Poisson's Ratio : “0.266”Factor of Safety Calculation : [No]Click [Apply] ButtonAnalysis > Material…1632457051234567ProcedureSelect [General]tab ID : “2”, Name : “Rigid”Elastic Modulus : “2e8” N/mm 2Poisson's Ratio : “0.266”Factor of Safety Calculation : [No]Click [OK] Button Click [Close] Button75123461234567ProcedureCreate > [3D...]Select [Solid] tab ID : “1”, Name : “Spring”Material : [1: Steel]Click [OK] Button5412312345ProcedureCreate > [2D…] Select [Plate] tabID : “2”, Name : “Rigid Plate”Material: [2: Rigid]T/T1 : “1”mmClick [OK] ButtonClick [Close] Button6417 51 2 3 4 5 6 7Procedure23Analysis > Contact > Manual Contact Pair…Select Elements by Mouse DraggingName :“Contact pair”Penetration Type :[General Contact]Scheme : [Two Way]Master -[2D Element] : 64Elements (See Figure)Slave -[Surface]: 2Faces (See Figure)Click [OK] Button544551234609123456ProcedureAnalysis > Boundary Condition > Constraint…Click [ ] (Top) BC Set : “BC”Selection Filter : [Face (F)]Select 316Nodes (See Figure)Check on [T1], [T2]Click [Apply] Button Select 18Nodes(See Figure) Click [Fixed] ButtonClick [OK] Button23474586910123456789ProcedureAnalysis > Static Load >Displacement…Load Set : “Displacement”Selection Filter : [Face (F)] Select 316NodesCheck on [T3]: “-7.5”Click [OK] Button13451112345ProcedureClick [Add…] Button Name : “Nonlinear”Solution Type : [Nonlinear Static(106)]Click [OK] ButtonClick [Close] Button on Analysis CaseManager DialogueAnalysis > Analysis Case…513241212345ProcedureAnalysis > Solve...File > [Save…] (Leaf Spring.fnb)Model Works Tree : [Geometry]Click Right Mouse Button and Select [Hide All]Analysis > [Solve...]Select [Use Sockets]Click [OK] Button 235613123456ProcedureDouble Click[TOTAL TRANSLATION]Select [Deformed+Undeformed]in Post Data Tool BarClick [ ] (Actual Deform) in PostData Tool BarResult Works Tree : Leaf Spring_Nonlinear > INCR 10, LOAD=1.0(1) >Displacement1214123ProcedureDouble Click [SOLID VON MISES]Edge Type : [No Edge] (See Figure)Result Works Tree : Leaf Spring_Nonlinear > INCR 10, LOAD=1.0(1) >3D Element Stresses121512ProcedureClick [ ] (Animation) in Post Style Tool BarClick [ ] (Multi-Step Animation Recording) in Post Style Tool Bar Click [ ] (Animation Step) in Post Style Tool BarClick [Select All] Button Click [OK] ButtonClick [ ](Record)ButtonClick [ ] (Initial Post Style)546Result Works Tree : Leaf Spring_Nonlinear > INCR 10, LOAD=1.0(1) >3D Element Stresses312161234567ProcedureProbe●3D Nonlinear Static Analysis-Unit : N, mm -“Probe.stp”●Load & Boundary Condition-Constraint -Displacement●Result Evaluation-Deformed Shape -von Mises Stress00Overview OverviewModel Type : [3D / General]Click [ ](Unit System)Button Length : [mm]Click [OK]Button Click [OK]ButtonAnalysis > Analysis Setting…125430112345ProcedureAnalysis Setting Dialogue box isautomatically activated at Startup.Select “Probe.stp”Check off [as Compound]Click [OK]ButtonClick Right Mouse Button in Work Window and Select [Hide Datum & Grid]File > Import > Geometry…342Display/non-display and position changeof the scale, which is found in the upper left side of work window, can be done by setting View > Scale item in the Tool > Display option dialogue box.Display/non-display of the globalcoordinate system, which is on the bottom right side of the screen, can be done by setting [Toggle GCS Triad]menuclicking on right mouse button.021234ProcedureClick 3Edges Marked by [O ]Click [OK]Button Click [Close]Button23Geometry > Curve >Make Wire…03123ProcedureSelect 1FaceNumber of Division : “10”Property : “1”Property : “Plate”Click [OK]Button32541Mesh > 2D Mesh > Map Mesh Face…0412345ProcedureSelect 1 Edge (See Figure)Number of Division: “12”Property : “1”Click [OK]Button3241Mesh > 2D Mesh > Auto Mesh Planar Area (05)1234ProcedureSelect 21Elements Division : “10”Scale Factor : “0.2”Selection Filter : [Wire (W)]Select 1WireCheck on [Orthogonal Sweep]Source Mesh : [Delete]Property : “2”Name : “Probe”Click [ ] (Preview) Button Click [OK]Button921161810435Mesh > Protrude Mesh > Sweep…7061234567891011ProcedureSelect [Spring/Mass] tab Select [Spring]Select [Ground]Select 11Nodes Check on [T1]Select [Direct Property Definition]Spring Constant : “1e -6”Mesh Set : “Dummy Spring”Click [OK]Button91478Mesh > Element > Create Element…236507123456789ProcedureCreate > [ 2D… ]Select [Plate]tabID : “1”, Name : “Plate”Click [ ] (Material) Button Create > [Isotropic]Select [General]tabID : “1”, Name : “Plate Mat”Elastic Modulus : “1.0e+6”Poisson’s Ratio : “0.2”Click [OK]ButtonClick [Close]ButtonMembrane Material : [1:Plate Mat] Click [OK]Button35467891011 132112Analysis > Property (08)12345678910111213Procedure。
nastran非线性弹性分析
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。
此单元采用非线性弹性材料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。
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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
S2-12
• 跟随力
几何非线性(续)
FORCE1/2
RFORCE
Temperature Loads
Tire
PLOAD
NAS400, Section 2, August 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
S2-13
材料非线性
s • 非线性弹性
– 小应变 – 拉伸压缩曲线不同 – 卸载后材料不变形
• 超弹
– 通常为大应变
Matrix
ue
Element Displacement
Vector
s=
Element Stresses
D
.
Stress-Strain Relationship
e
Element Strains
NAS400, Section 2, August 2011 Copyright 2011 MSC.Software Corporation
$.......2.......3.......4.......5.......6.......7.......8.......9.......0
NLPARM 110
25
ITER 1
15
P
NO
+
0.05
-3
MAT1 1
210000.
0.3
7.85-9 1.2-6
MATS1 1
PLASTIC 1000. 1
• 循环塑性
– 屈服应力随循环次数改变 – 基于Chaboche硬化
s
loading
unloading
e
plastic deformation
7
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S2-15
材料非线性(续)
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S2-22
练习
● 练习1：Linear and Nonlinear Analysis of a Cantilever Beam.
Linear_job1
Nonlinear_job1
S2-21
文档
• MSC Nastran
– User’s Guide
• contains examples for the efficient use of SOL 400
– MSC Nastran Quick Reference Guide – MSC Nastran Release Guide MD 2011
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S2-23
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S2-24
SOL 400
DIAG 8
CEND
TITLE = THIS IS A DEMO INPUT EXAMPLE
SUBCASE 10
STEP 1
LOAD = 1
NLPARM = 110
STEP 2
ANALYSIS = NLTRAN
DLOAD = 3
TSTEPNL = 130
BEGIN BULK
PARAM, LGDISP, 1
– NLSTEP, 代替NLPARM, TSTEPNL, NLPCI, NLADAPT
• 几何非线性分析
– param, lgdisp, 1
• 材料非线性分析
– MATS1, MATEP, 弹塑性材料
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S2-4
线性分析结果
• 求解线性等式系统
K. u = P
• 在线性分析中：
– 载荷独立于变形。 – 位移与载荷呈比例。 – 不同载荷的结果可以叠加。
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S2-5
非线性分析
S2-17
Rupture
Creep
t
T1 Deformation
T2 > T1
材料非线性(续)
• 复合材料失效
– 最大应力或应变 – Hill – Hoffmann – Tsai-Wu(蔡-吴) – Puck – Hashin – 渐进失效(连续失效)
• Puck • Hashin • Genoa Integration
– 波松比接近于0.5
s
– 橡胶材料
compression tension
e
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S2-14
7l
材料非线性(续)
• 弹塑性
– 小应变或大应变 – 各项同性，各项异性，压力相关 – 初始应力和塑性应变
M
F
F
u
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P nonlinear linear
S2-10
几何非线性(续)
• 大位移，大转动和大应变
Rubber Bearing
Metal Forming
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S2-6
非线性分析(续)
因为方程组变为非线性了，需要使用迭代求解策略。
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S2-7
非线性的来源
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• MSC Nastran
– Implicit Nonlinear User’s Guide (SOL 600)
• Marc User’s Manuals
– Volume A – Theory and User Information – Volume B – Element Library – Volume E – Demonstration Problems
1
240.
.
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S2-20
SOL 400输入文件实例(续)
• SOL 400 非线性分析
– 非线性静态和瞬态分析 – 摄动分析载荷步
• 非线性迭代策略 – NLPARM, 静态非线性参数 – TSTEPNL, 瞬态非线性参数
S2-18
材料非线性(续)
• 断裂
– 应用：复合材料分层分析 – 虚拟裂纹闭合技术(VCCT) – 粘接区模拟
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S2-19
SOL 400输入文件实例
ID LIEBE,TEST
p
材料非线性(续)
• 时间相关
e
– 材料属性随时间变化
– 蠕变和松弛
– 粘弹性和粘塑性