NX Nastran非线性接触分析例题

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有限元分析方法及NX+Nastran基础指南

第1章有限元分析方法及NX Nastran的由来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。

1.1.1 有限单元法的形成近三十年来，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。

❑能够快速对设计变更作出反应。

❑能充分和CAD模型相结合并对不同类型的问题进行分析。

❑能够精确预测出产品的性能。

❑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。

当前流行的商业化CAE软件有很多种，国际上早在20世纪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NastranNX Nastran 基础分析指南2 有限元分析系统。

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。

NX-nastran-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和重心数据。

（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：线性屈曲分析和非线性屈曲分析。

（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和相应的振动模态，计算广义质量，正则化模态节点位移，约束力和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和振型，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和模态瞬态响应分析。

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和结构阻尼。

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、加速度和约束力以及单元应力。

Nastran FX接触分析

StepContact AnalysisStep●3D Linear Static Analysis-Unit : N, mm-“Hitch Assembly.stp”●Load & Boundary Condition-Constraint (Pinned)-Force●Result Evaluation-Deformation-von Mises StressHitch Assembly 00OverviewOverviewStepModel Type : [3D / General]Click [ ] (Unit System) Button Length : [mm]Click [OK]ButtonClick [OK]Button 12543Analysis > Analysis Setting (01)12345ProcedureStep“Hitch Assembly.stp”Click [OK]ButtonClick Right Mouse Button in WorkWindow and Select [Hide Datum &Grid]23File > Import > Geometry (02)123ProcedureSelect 1Solid Element Size : “1.5”Property: “1”Name : “Hitch”Click [Apply]Button Select 1Solid Element Size : “1.5”Property : “1”Name : Tube”Click [Apply]Button325418710916612345678910ProcedureSelect2 Solids Element Size : “1”Property : “1”Name : “Bolts”Click [Advanced Option…+Button Check off [Register Each Solid Independently]Click [OK]ButtonClick [Apply]ButtonSelect 2SolidElement Size : “1”Property : “1”Name : “Nuts”Click [OK]Button 3285111013671941212345678910111213ProcedureStepCreate * 3D… ]Select [Solid]tab ID : “1”, Name : “Steel”Click [ ] Button Create [Isotropic]Select [General]tab ID : “1”, Name : “Steel”Elastic Modulus : “1.9e5”Poisson’s Ratio : “0.29”Mass Density : “8e -6”Click [OK]Button Click [Close]Button Material : [1:Steel]Click [OK]Button Click [Close]Button3546789111214152110Analysis > Property…1305123456789101112131415ProcedureStepClick [ ](Bottom)BC Set: “BC”Select 228NodesClick [Pinned] Button Click [OK]Button4353Analysis > Boundary Condition > Constraint…120612345ProcedureClick [ ] (Right)Load Set : “Y-force”Object Type : [Surface]Select 8Faces(See Figure)F2 : “-10000”Click [OK] Button635241123456ProcedureClick [Add…+ ButtonTitle : “Weld”Solution Type : [Linear Static(101)] Click [ ] (Analysis Control) Button Select [Contact] tabPenetration Type : [Two Way Welded Contact]Click [Mesh Set…+ ButtonMove all Mesh Sets to [Selected Mesh Set(s)] window By Clicking [ ]ButtonClick [OK]ButtonClick [Add]ButtonClick [OK]ButtonClick [OK]Button on Add/Modify Analysis Case (Master Case) Dialogue Box523467101198 112123456789101112ProcedureClick [ ] or [ ] to move Each Mesh Set from side to side.Step 345261413119815107Click [Add …+ Button Title : “Weld and Sliding”Solution Type: [Linear Static (101)]Click [ ] (Analysis Control) Button Select [Contact] tabPenetration Type:[Two Way Welded] Click [Mesh Set…+ Button Selected Mesh Set(s) :[Bolts], [Nuts]Click [OK]ButtonClick [Add]Button Penetration Type : [Two WayBi-directional Sliding Contact]Selected Mesh Set(s) :[Bolts],[Hitch],[Tube]Repeat ~Penetration Type : [Two Way Bi-directional Sliding Contact]Selected Mesh Set(s) :[Hitch], [Nuts]Repeat ~Click [OK]Button Click [OK]Button Analysis > Analysis Case (09)1234567891011131415Procedure 910910Step 6Click [Close]Button on Analysis Case Manager Dialogue box Model Works Tree : [Geometry]Click Right Mouse Button and Select [Hide All]File > [Save …+ (Hitch ssembly.fnb)Analysis Case > [Solve …+Click [OK]ButtonAnalysis > Solve (10)123456Procedure Analysis Message and ResultSummary will be displayed at Work Window.Step Click [ ] (Right)Double Click [TOTAL RANSLATION] Select [Fringe]on Post Style Tool Bar 32Result Works Tree : Hitch Assembly_Weld > Nastran FX > Displacement (1)11123ProcedureStep Select [Hitch Assembly_Weld and Sliding] Analysis Set on Post Data Tool bar Result Works Tree : Hitch Assembly_Weld and Sliding> Nastran FX > Displacement…1Weld Weld and Sliding121ProcedureStep Double Click [SOLID VON MISES]Select [Bolts]Mesh Set in Model Works Tree Window Click Right Mouse Button and Select[Show Only]13Result Works Tree : Hitch Assembly_Weld > Nastran FX > 3D Element Stress (213)123ProcedureStep Select [Hitch Assembly_Weld and Sliding] Analysis Set on Post Data Tool bar Result Works Tree : Hitch Assembly_Weld and Sliding > Nastran FX > 3D Element Stress…1Weld Weld and Sliding141Procedure。

NX_Nastran_Advanced_Nonlinear_CN

容易从线性分析过渡到非线性分析
只向线性模型添加几个非线性专用条目输入和输出格式类似支持很多高级的 NX Nastran 特征弹性各向同性和正交各向异性材料复合材料平面应变建模材料的温度依赖性支持很多负荷条件螺栓预荷载集中负荷从负荷压力和分布式负荷惰性负荷强制运动应用温度移位、速度和温度的初始条件
金属成型的应变结果。一块平面板材被成型加工为一个“S”型槽材
几何非线性
大变型大应变跳跃屈曲分析（屈曲发生后进行） Follower forces
实例篇
强大的解决方法
全牛顿迭代（有线搜索或无线搜索）负荷移位控制（LDC）方法自动时间步长（ATS）方法低速动力学效应选项能量、力和变型收敛标准动态解决方案（包含为直接隐式集成提供的 Newmark 方法）稀疏解算器和迭代多网格解算器用于静态解决方案的刚性稳定
超弹性材料：一个轮胎模型被两个板挤压时产生的移位
特征
表面接触材料的非线性行为几何非线性行为强大的解决方法容易从线性过渡到非线性静态和瞬态动态分析重启动功能并行处理隐式和显示解算器选项
超弹性材料：一个轮胎模型被两个板挤压时产生的应变
实例篇
主要功能
表面接触：
壳与实体元件的面接触单面和双面接触自接触多个摩擦模型连接接触几个接触算法金属成型的刚性目标接触合规（软）接触接触面偏转间隙元件接触压力和力结果胶接
静态和瞬态动力分析
模型设置与静态和动态分析一样静态和动态分析不要求单独许可
隐式和显式解决方案
用于静态分析和低速动态分析的隐式解决方案用于冲击仿真或金属成型仿真的显式解决方案可以从隐式切换到显式或者从显式切换到隐式；可以重启动

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

61-NX NASTRAN在福田CAE的应用

NX NASTRAN在福田CAE的应用廖晖王阳(北汽福田汽车股份有限公司工程研究院计算分析所北京 102206)摘要：NASTRAN以其强大的线性模拟仿真技术广泛应用于汽车行业CAE结构分析中，其中从UGS 发展出来的NX NASTRAN，有着自身的技术优势。

福田CAE在线性仿真计算中应用了NX NASTRAN的Linear Contact、Glue、Superelement、Bolt Preloads功能，从而很好的解决接触问题、胶粘问题和超大规模计算问题、预紧力问题。

从而福田CAE工程师更专注于汽车工程分析。

关键词：NASTRAN、Linear Contact、 Glue、Superelement、 Bolt Preloads1 引言进入21世纪，中国CAE应用得到长足的发展。

以福田CAE为例，人员从最初的5人，发展到30人；分析内容从静力学和多体动力学，拓展了NVH、CFD、碰撞、疲劳等分析。

其中，有限元分析在总的工作量占80%，而与NASTRAN相关分析又占到80%。

所以，福田CAE 分析工作的深度和效率很大程度依赖于NASTRAN的技术能力支持。

有限元线性分析中，福田CAE常用到NX NASTRAN的Linear Contact、Glue 、Superelement、 Bolt Preloads有特色的功能，来解决常见的仿真问题。

2 Linear Contact过去的NASTRAN版本，在SOL 101和SOL 103中是不能施加接触。

在过去，如果需要模拟接触，一般有四种方式：2.1 使用GAP单元，SOL 106求解使用这种方法，建立模型工作量巨大，并且一开始就要规划好划分网格的策略。

还有就是求解时间很长，计算结果需要标定。

2.2 在ABAQUS求解进行了真正的非线性求解，必然求解时间很长。

工程师很难在分析精度和工作量找到平衡。

2.3 在IDEAS（现为masterFEm）求解结果计算数值不一致，这是因为使用不同的求解器。

NX Nastran非线性屈曲实例分析

废话不多说了，我们开始今天的分析实例
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

第2章
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

ABAQUS接触非线性在有限元计算分析中的应用

Home接触非线性在有限元计算分析中的应用赵明一汽技术中心摘要本文介绍了某车型后制动凸轮支架的计算分析过程，在以往的线性计算的基础上又把接触非线性加到计算分析之中，这样得到的结果相比较，得到更接近实际情况的结果，进而可以为设计提供更加具有说服力的依据。

一、前言在通常的有限元分析工作中，绝大多数是采用线性的方法进行分析的。

虽然可以比较接近实际情况，但是当计算中出现接触的时候局部的结果会产生较大的偏差，所以这里要引进接触非线性的计算方法。

下面介绍了某车型后制动凸轮支架的计算分析过程，从中可以看到接触非线性方法的优点。

二、某车型后制动凸轮支架的计算分析过程2.1 建立有限元模型本文首先用MSC/PATRAN软件对支架、轴套和轴建立有限元模型，生成十节点四面体、五面体和六面体43087个，节点69155个。

模型图如图一。

2.2 进行有限元线性计算载荷工况：压力缸自重 Fz＝150N压力 Fy1＝10000N工况一：压力系数为1。

工况二：压力系数为1.1。

工况三：压力系数为1.2。

工况四：压力系数为1.5。

Home 计算使用的软件为MSC/NASTRAN。

2.3 将有限元模型读入Hypermash软件中在Hypermash软件中定义接触对，本题中有四对接触面。

2.4 进行接触非线性计算工况与线性计算时相同。

每个工况计算时分两步，第一步是支架与轴套过盈配合，第二步是轴套与轴的间隙配合以及加载荷。

计算使用ABAQUS软件。

三、结果比较分析表一为线性计算结果，表二为接触非线性计算结果。

表一（单位：MPa）工况一工况二工况三工况四最大应力261 288 314 392最大应力位置如图二、四、六、八。

表二（单位：MPa）工况一工况二工况三工况四最大应力209 228 248 308 最大应力位置如图三、五、七、九。

由以上的结果可以看出接触非线性计算结果比线性计算结果小了20％以上，更接近实际情况。

四、结论本文通过对某车型后制动凸轮支架的计算分析过程，对比了线性计算与非线性计算结果，提出了接触非线性计算应用的优越性，并将非线性计算应用于实际问题中，解决了一定问题。

62-NX NASTRAN在压力容器应力分析中的应用

NX NASTRAN 在压力容器应力分析中的应用谢涛1 刘岩1（1.大连市锅炉压力容器检验研究所,大连,116013）摘要：NX Nastran具有很强的线性分析功能和非线性分析功能，能够满足压力容器应力分析的需求。

以压力容器典型的受内压圆筒径向接管结构为例，利用NX CAD的强大建模功能以及CAD&CAE的无缝集成，进行了应力分析以及线性化处理，成功证明了NX Nastran在压力容器分析设计中应用的可行性、方便性。

关键词：NX Nastran；压力容器;CAD&CAE无缝集成；线性化处理；应力分析NX Nastran Application in Pressure Vessle Stress AnalysisXie tao1Guo Tao2 Liu Yan3Abstract: There is very powerful analysis function in NX Nastran, especially in linear analysis and nonlinear analysis. It can meet the need of pressure vessel stress analysis.Typical pressure vessel structure of internal pressure cylinder with nozzle as an example, stress analysis and linearization are implemented by use of modeling function of NX CAD and integration of CAD&CAE. It is fully proved that it is feasible and convienent in pressure vessel stress analysis by NX Nastran.Key words: NX Nastran; Pressure Vessel; Integration of CAD&CAE; Linearization; Stress AnalysisNX Nastran的前身是MSC Nastran，2002年11月美国联邦贸易委员会（FTC）为反垄断裁定MSC.Software公司必须共享MSC Nastran最新商业版，即v2001r9，该版本即为NX Nastran V1.0。

ANSYS-接触非线性分析的一个实例

ANSYS-接触非线性分析的一个实例ANSYS - 接触非线性分析的一个实例这是在三维网上的一次试讲所使用的资料，现提供给大家分享，可以作为初学接触非线性时的参考。

下面通过一个2D 例子来演示ANSYS 接触分析中主要参数的设置和作用。

该例子为：一个(无限长) 圆柱置于一个(无限长) 长方体上，当圆柱承受压力载荷时，计算圆柱和长方体之间的接触应力。

该问题可以简化为2D 问题进行分析。

选择单元类型–二维4 节点四边形solid182 单元：单元行为：选择平面应变：设置材料属性： E = 201000 MPa； = 0.3：定义一个矩形：长度20 mm，高度5 mm：再定义一个实心圆，半径5 mm，刚好与矩形接触：为了能使用MAP 方式划分网格，先在圆内创建两条直线，以便将圆切分为 4 块：为了切分矩形，将圆中的竖线延长6 mm。

执行Area by Line，分割圆和矩形：首先选择两个Areas：点击Apply 后，选择水平和竖线，再点击OK，对面进行切割：面切割后，可以进行MAP 划分网格：下面划分网格：进入前处理-> Meshing 首先设置几何体的网格默认属性：设置单元边长，这里取为0.4采用MAP 方式划分网格：网格划分结果：设置约束条件：1 选择两条下边界线设置Uy = 0:为防止x 方向的刚体运动，选择矩形中间线设置为Ux = 0然后在圆柱顶部中间节点处施加压力选择Fy，输入力值-100，力沿着–y 方向，对圆柱构成压力下面准备采用接触向导来定义接触对。

需要做一些准备工作：根据结构情况，选择圆柱面(这里是圆周线) 作为接触面，矩形上边界作为目标面，使用面–面接触。

为了方便，需要预先定义好相关的节点组。

分别选择圆周下边界中间部位的若干节点和矩形上边界中间部位的若干节点，定义两个节点组(N-contact 和N-target)，便于创建接触对时使用。

先选择下面两个圆柱面，再select -> everything below -> area 和plot -> element 汇出对应的单元和节点。

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

大家好！
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。

Nastran 接触分析

S3-2
Overview
● Part I: Numerical Analysis of Nonlinear Behavior
● Nonlinear Analysis: The “Attitude” ● Iterative Solution Methods (Newton Raphson) ● Load Incrementation and Automatic Time Stepping
not…) ● Understanding of the most appropriate FE features to use
● This exacting process requires an inquisitive Engineer with a
growing understanding of FEA
● Analysis Convergence
● Part II: Load Controls and GUI Controls
● Graphical User Interface Controls ● Constrained Solution Methods (Arc-Length) ● Cost Of Nonlinear Analysis
NAS123, Section 3, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation S3-11
Time Scales / Automatic Time Incrementation
● In Nonlinear Statics time step size is based on
● ●
NAS123, Section 3, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation

非线性-接触分析

接触分析接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。

接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。

一般的接触分类接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，半柔体─柔体的接触，在刚体─柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，（与它接触的变形体相比，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触，另一类，柔体─柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。

ANSYS接触能力ANSYS支持三种接触方式：点─点，点─面，平面─面，每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。

为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个结点。

如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元，有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，至于ANSTS 使用的接触单元和使用它们的过程，下面分类详述。

点─点接触单元点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为，为了使用点─点的接触单元，你需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下）如果两个面上的结点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量，那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面─与的接触问题的典型例子。

基于Nastran的球轴承接触问题有限元分析

一
［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃｓＢａｓｅｄｏｆＳｔｍｅｔｍｅｓａｎｄＭａｃｈｉｎｅｓ。
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３结束语
对数曲线滚子修形时，应严格控制滚子凸度
中心偏移量，否则接触应力会呈现出复杂的非对称性，凸度中心可向大端适量偏移。对３５３１１２轴
圈接触的影响［Ｊ］．机械设计与研究，２０１２，２８（１）：５６
—
５９．
’ ［６］王爱林，洪玉芳，汪久根．滚针轴承接触分析［Ｊ］．轴
承，２０１１（１１）：１— ４．
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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。

NX非线性疲劳分析实例

扭簧疲劳分析θ线径：1.6mm中径：8.6mm材料：琴钢丝SWP-B转动角度θ：55°力臂L1：13.5mm力臂L2：16mm有效圈数：7.6圈转轴直径：6mm（拟定）我们运用NX CAE的非线性分析功能，完成了扭转过程的仿真。

同时，通过查阅扭簧设计资料，根据经验公式计算了刚度和应力，与仿真结果进行对比。

基于非线性分析的结果，运用Durability Solution进行疲劳分析。

将最后一个载荷步（扭转55度）的结果，作为疲劳脉冲应力循环的峰值，进行疲劳分析，得到该产品的寿命及疲劳安全系数。

对扭簧和转轴划分3D网格，网格类型全部采用CHEXA(8)。

Total number of nodes in the part : 79617 Number of Hex8 elements : 70884针对扭簧模型的边线进行了缝合、拆分等处理。

使螺旋线更加光顺，便于生成质量较好的扫掠网格。

处理前处理后材料扭簧采用琴钢丝SWP-B ，转轴采用Steel 。

查阅相关资料，SWP-B 的工程应力-应变如下：NX 设置SWP-B 材料的Engineering Stress-Strain 如下：FixedFixed FixedCelas1（小刚度0.5N/mm ，避免扭簧发生刚体位移导致接触不收敛）RBE2RBE2Enforced Displacement 0~55s ，绕轴线旋转55度位移Contact Pressure扭簧与转轴的接触扭簧自身接触应力弹簧内圈取一些点，应力均值为821MPa；弹簧外圈取一些点，应力均值为617MPa扭矩随角度变化曲线：55deg对应的扭矩为：252.2N.mm 刚度：K=252.2/55=4.6N.mm/deg仿真结果与理论计算对比根据扭簧设计手册计算相关参数，计算说明书详见附件。

将仿真结果和理论计算进行对比，如下表。

仿真结果理论计算差异扭转刚度N.mm/deg 4.6 5.1-9.80%最大扭矩N.mm252.2280.9-10.22%内圈最大应力MPa8218180.37%外圈最大应力MPa6176160.16%疲劳问题探讨扭簧设计手册中提到：对于未喷丸处理的ASTM A228材料，疲劳寿命为10万次时，最大工作应力需小于抗拉强度的53%。

接触非线性

接触非线性实例分析（GUI方法）问题描述插销比插销孔稍稍大一点，这样他们之间由于接触会产生应力应变。

由于对称性，可以只取模型的四分之一来进行分析，并分成两个载荷步来求解。

第一个载荷步是观察插销接触面的应力，第二个载荷布是观察插销拔出过程中的应力、接触压力和反力等。

问题详细说明下列材料性质应用于这个问题：EX=30E06 (杨氏模量）NUXY=0.25F=0.2(摩擦系数)几何尺寸圆柱套筒：R1=0.5,H1=3套筒：R2=1.5,H2=2套筒孔：R3=0.45,H3=2求解步骤：步骤一：设置分析标题1、选择菜单路径：Utility Menu>File>ChangeTitle。

2、键入文字“CONTACT ANALYSIS”3、单击OK。

步骤二：定义单元类型1、选择菜单路径Mail Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。

2、单击Add。

Library of Element Types(单元类型库）对话框出现。

3、在靠近左边的列表中，单击“Structural Solid”仅一次。

4、选靠近右边的列表中，单击“Brick 8node 185”仅一次。

5、单击OK。

Library of Element Types 对话框关闭。

步骤四：定义线性材料性质1、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models.对话框出现。

2、单击OK 来指定材料号为1。

另一个Isotropic Material Properties 对话框出现。

3、对杨氏模量（EX）键入3E07,PRXY=0.254、单击OK。

步骤七：建立模型1、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Volumes>Cylinder>ByDimensions.外径输入1.5，Z1,Z2 Z-coordinates中输2.5和4.5，点单击OK。