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

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$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）。

CORD2R, 1, ,0., 0., 0., 0., 0., -1., +C1

+C1, -1., 0., 0.

$CAERO1卡片用来定义DOUBLET-LATTICE 理论气动力模型——建立升力面网格。$需要填写的第一行数据为升力面网格初始单元号EID，引用PAERO卡号 $PID和参考坐标系号CP,如果均分网格要填展向单元数、弦向单元数NSPAN $和 NCHORD，若使用非均分网格，需要填LSPAN和LCHORD，取值是定义非 $均分卡片(AEFACT) 的卡号，IGID为影响集标记，具有相同IGID的升力面 $是相互影响（联系）的。该卡片需要续行卡，填写升力面根部、稍部前缘的

$结点坐标和弦长。

$ EID PID CP NSPAN NCHORD LSPAN LCHORD IGID +CA

CAERO1, 1001, 1000, 0,, 4, 77,, 1, +CA1

$ (FWD INBOARD POINT) ROOTCHORD (FWD OUTBOARD POINT) TIP CHORD

+CA1, 78.75, 0.0, 0.0, 225.0, 35.0, 500.0, 0.0, 100.0

$AEFACT卡用来定义一系列的小数对升力面的展向或弦向进行分网。

$ SID D1 D2 D3 ETC

AEFACT, 77, .0, .09, .276, .454, .636, .826, 1.0

$影响体卡片PAERO即使没有与升力面相互影响的升力体（如机身）也必须填写。PAERO1, 1000

$定义升力面样条：线性插值

$SPLINE2 卡片声明一个梁样条，对 CAERO卡片生成的升力面单元进行插值。ID1 $和ID2 是CAERO卡片生成的升力面单元号范围。SETG 引用结构结点集合卡片 $的卡号。DZ 和 DTOR是线性附连和扭转柔性平滑常数，DTHX和DTHY是滚转附 $连柔性常数，一般采用默认值。CID 指明样条参考轴系。

$ EID CAERO ID1 ID2 SETG DZ DTOR CID

SPLINE2, 100, 1001, 1005, 1024, 14, 0.0, 1.0, 0, +SP100

$ DTHX DTHY

+SP100, -1.0, -1.0

$SET1卡片定义结构结点集合，用作与升力面单元的样条插值。

$ SID G1 G2 G3 G4 G5 G6

SET1, 14, 1, THRU, 11, $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$以上

上述是建立一个完整的升力面模型较常用的卡片。对于较为复杂的升力面建模可

依照上述卡片类比，有关样条插值的进一步讨论见下一章。

1.3.

2.颤振分析文件

ID MSC, HA145B

TIME 10 $最大使用CPU时间，单位：分钟

SOL 145 $采用颤振分析模块

CEND

TITLE = EXAMPLE HA145B: BAH JET TRANSPORT WING FLUTTER ANALYSIS

SUBTI = CANTILEVERED, DOUBLET-LATTICE AERODYNAMICS AT MACH NO. 0.0 LABEL = PK FLUTTER METHOD

ECHO = NONE $对输入文件在结果文件中无回应显示

SPC = 1 $引用机身约束卡号