MSC_NASTRAN振动疲劳分析(Lec22_振动疲劳)
振动疲劳分析流程
振动疲劳分析流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!振动疲劳分析流程一、项目启动阶段。
在开展振动疲劳分析之前，首先要明确项目的目标和需求。
典型结构件的振动疲劳分析
ii
典型结构件的振动疲劳分析
图清单
图 1.1 基础激励振动疲劳试验装置 ........................................................................................ 4 图 1.2 铝合金疲劳裂纹扩展曲线及实物图.............................................................................. 4 图 1.3 复合膜材料疲劳寿命曲线............................................................................................ 5 图 1.4 有机塑料的 S-N 曲线 ................................................................................................... 5 图 1.5 LY12CZ 铝合金动态疲劳 S-N 曲线.........................................................................频率，模型修正，频率变化，裂纹扩展
i
典型结构件的振动疲劳分析
Abstract
At present, the conventional analytical methods of static fatigue has been formed a separate system, and in engineering applications are quite ripe. But in actual environment, the project structure is often working in the environment of the vibration loads, the principal loss of structure is caused by vibration. Only use the idea of static fatigue can not compeletly explain the vibration conditions of failure，because it omits the key role of the changes of frequency . As a result, we take the common typical structure of aircraft as analyzing objects. Futhermore, we use the finite element software of MSC.patran&nastran and fatigue as a platform building dynamic models to study its’dynamic features and fatigue life. This paper put forward a method which considers frequency as a main factor to predict the life of structure. All works of this paper includes: First, we choose unidirectional stiffened plate and linking slab which are widely used in aircraft as objects to complete the structural vibration fatigue experiments under resonant excitation, realizing band motivation of the incentive frequency tracking structure inherent frequency and studying structure life change rule and the dynamic change of natural frequency by the resonance conditions. Results show that structural dynamic characteristics have important influence on fatigue life and nature frequency with the fatigue process is drab degressive. Futhermore, all works Based on the MSC. Patran&nastran platform, establishing the typical structure finite element dynamic model to complete the modal analysis and validate the finite element model is correct. And we use the amended model to analysis structure dynamic response, so as to realize the fatigue life calculation. Moreover, considering frequency variation of structure damage effect, this paper puts forward the frequency as the main parameters of resonance fatigue longevity methods. Through reasonable simplification and assumptions, using the finite element software of ABAQUS to simulate the dynamic structure crack propagation (named frequency of dynamic decreasing process), dynamic analysis is studied on each stages. SN method and damage tolerance are picked to simulate the progress of Adopt SN method, damage tolerance is done by the way under the condition of simulation timely resonance fatigue life. The example shows that the method is simple and reasonable and provides reference for vibration fatigue analysis. Key words : vibration fatigue; typical structure; natural frequency; model modification; frequency change; crack propagation
运载火箭结构振动疲劳损伤的工程分析方法
运载火箭结构振动疲劳损伤的工程分析方法随着太空技术的发展，运载火箭发射在国家战略安全和空间科学研究方面的重要作用日益凸显，为了确保发射的安全性和可靠性，对运载火箭结构的振动疲劳损伤进行综合分析和深入研究以确保运载火箭发射安全是十分必要的。
运载火箭是一种具有复杂结构的复合重型发动机，通过发动机推力将运载火箭从地面发射到太空的各个阶段，受到多种外界因素的施加，其结构会产生振动，如果振动中有疲劳损伤，将对航天器的安全性造成威胁。
因此，对运载火箭结构的振动疲劳损伤的研究则显得十分重要。
振动疲劳损伤发生的详细过程是，小弹性变形会引起结构材料的损伤，当处于低频非线性振动幅度限制下时，损伤会加剧，如果在结构混凝土光秃秃的区域聚集大量液态，有可能会损坏空间站及其他高科技结构。
为了确保安全，应该采用功能性结构，使其具有抗变形，抗冲击和抗振动等性能，加强结构材料的综合性能，提高结构的承受能力。
在振动疲劳损伤的工程分析领域中，分析方法也在不断完善，以确保结构的安全性和可靠性。
根据受力状况和技术性能的不同，分析方法主要包括结构物理方法、有限元分析方法、离散元分析方法、固体力学方法等，有效分析结构振动疲劳损伤的原因，为运载火箭发射提供科学依据。
首先，要充分了解复杂结构组件的结构特性，对复合重型火箭结构体系进行计算分析，全面探测发射过程中的振动疲劳损伤位置，为结构损伤的预防和实施提供有效的科学数据支持;再次，要深入分析各结构振动疲劳损伤件，以确定各类结构材料及其联合结构振动疲劳损伤的可靠性水平，以确保发射过程中结构的安全可靠性;最后，如果有必要，可以采用结构健康监测技术，圆满完成运载火箭结构健康状况的监测管理，以此来达到结构安全可靠的目的。
综上所述，为了确保运载火箭发射的安全，在振动疲劳损伤的工程分析方面应采取一系列措施，充分利用结构物理方法、有限元分析方法、离散元分析方法等，从复杂结构模型识别其本质特征，准确计算出发射过程中的振动疲劳损伤位置，加强结构材料的综合性能，提高结构的承受能力，达到确保发射的安全性和可靠性的目的。
Ncode案例
虚拟疲劳分析软件Desig nLife 应用案例传统的汽车整车和零部件开发通常都通过产品在试验室中的台架耐久性试验，或试车场道路试验，以验证产品是否满足其设计目标，这一过程周期很长，成本很高，发现问题较晚。
在当今的产品开发中，汽车企业越来越多地应用虚拟模拟分析技术，在实物样机出来之前就对其进行疲劳耐久性预测，在设计的早期消除不合格的设计，并通过设计比较，挑选出好的设计。
实践证明，进行虚拟寿命分析，能大大加快产品的开发，减少试验的工作量，节省成本。
新一代疲劳分析软件ICE-flow DesignLife 是nCode公司的旗舰产品之一。
它不仅继承了已经在工程上得到广泛应用的FE-Fatigue的功能特点，而且在软件的使用方便性方面也有了极大的改进。
本文首先介绍虚拟寿命分析的一般步骤，然后将重点介绍在汽车零部件疲劳分析中应用DesignLife的几个案例，以帮助读者深入了解并把握虚拟疲劳分析中的一些要点和难点。
典型步骤疲劳分析是一项较为复杂的工作，通常需要分析者对所分析的问题，以及需要从分析中获得什么样的结果有一个深刻的理解。
通常所说的虚拟疲劳分析，指的是基于结果的疲劳分析，就是将有限元分析结果，通常是应力应变结果，作为疲劳分析的一个主要输入。
通过一个疲劳分析模型，计算出零部件或结构表面的疲劳寿命分布，以帮助判断设计寿命是否达到，或进行寿命优化设计。
步骤如下：1. 选择一个合适的疲劳分析模型汽车疲劳分析中常用的分析模型有局部应力法、局部应变法、焊点疲劳分析法和焊缝疲劳分析法，另外还有较为复杂的Dang Van多轴安全因子法、振动疲劳分析和高温疲劳分析等。
不同的分析方法需要不同的有限元分析结果和材料性能输入。
2. 准备有限元分析结果一旦疲劳分析模型已经选择，那么需要什么有限兀分析结果也将明确。
比如，局部应力或应变法通常需要应力结果，而焊点分析法则需要焊点单元的力和力矩。
有限元分析通常对每一个作用在零部件或结构中的力和力矩做单位静力线性计算，应力输出结果可以是未平均的，或已平均的节点值，或者单元值。
CSR散货船底边舱折角处结构疲劳设计
CSR散货船底边舱折角处结构疲劳设计林文平;宋大伟;徐超友【摘要】以82 000吨级CSR散货船为例,利用大型通用有限元软件MSC/Patran&Nastran,以及英国劳氏船级社ShipRight SDA软件为平台,根据不同结构形式在三舱段有限元分析下不同的响应结果,对船舶内底板和底边舱斜板折角处的热点进行疲劳强度分析.根据几种方案下计算结果的对比,优化设计方案并对该处疲劳强度设计方案提出合理建议.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2013(024)001【总页数】6页(P49-54)【关键词】疲劳;热点应力;优化设计【作者】林文平;宋大伟;徐超友【作者单位】青岛北海船舶重工有限公司船舶与海洋工程设计研究所青岛266520;青岛北海船舶重工有限公司船舶与海洋工程设计研究所青岛266520;青岛北海船舶重工有限公司船舶与海洋工程设计研究所青岛266520【正文语种】中文【中图分类】U663.830 引言众所周知，船舶在海上航行时，船体结构一直受到波浪力和船舶运动产生的各种惯性力的作用。
而波交变应力、长期的交变应力作用将会使结构产生疲劳损伤。
疲劳破坏是船舶与海洋工程结构物的主要破坏形式之一。
对于大型、超大型船舶而言，疲劳问题更应引起重视。
据统计，船长大于200 m的中大型船舶，总损伤数的70%属于疲劳损伤；船长小于200 m的船舶，疲劳裂纹损伤约占总损伤数的20%。
而今，船舶在整个生命周期的疲劳安全越来越受到人们的关注。
1 船体主要参数2 疲劳损伤计算基本原理国际标准化组织（ISO）在1964年发表的报告《金属疲劳试验的一般原理》中对疲劳做的定义是：“金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化”。
本次疲劳评估依据“IACS-Common Struc tral Rules for Bulk Carrier”规范进行。
疲劳强度评估采用线性累积损伤方法，评估基于等效切口应力范围，等效切口应力范围由热点应力范围乘以疲劳切口因子得到。
散货船体总振动固有频率预报
散货船体总振动固有频率预报作者：顾俊唐尧王凡超来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2013年第05期一、引言船舶是一个弹性体，船舶航行时由于主机、螺旋桨等各种激励的作用会受到不同程度的振动。
轻微的振动是允许的，如果激振频率和系统的固有频率相等，或者激励幅值过大，都会引起共振或者剧烈的强迫振动，影响船舶的正常航行，因此进行全船的振动分析是很有必要的。
早期人们采用经验公式进行四节点以下的全船振动分析，往往是满足实际情况的，但是对四节点以上的振动还有很大误差。
本文采用有限元法进行全船的振动分析，它是目前较为准确的计算方法，能准确计算出船体的固有频率，但是耗费的时间和精力比较多。
利用MSC.PATRAN/NASTRAN对某散货船进行全船的建模及后处理分析，采用有限元方法对两种典型工况（满载离港、压载到港）进行全船振动分析，计算合理，对该船舶建造后船舶性能评定有重要参考指导意义。
依据82 000D WT散货船总布置图、装载手册和结构设计图样，采用全船有限元分析方法，选取船舶营运期间可能出现的均质装载出港（HOMOS_D）、隔舱装载出港（ALT_ORE_D）和轻压载到港（N B_A）三种典型装载状态，分别进行了全船自由振动计算和分析；并与船体主要激励源：波浪激振频率、主机2阶频率、螺旋桨激振频率等进行详细的比较和分析；主要是通过研究全船结构的自由振动特性，避免主要激励源与船体自身结构的共振破坏。
最后进行了尾部上层建筑、烟囱结构自由振动计算与分析，并与螺旋桨激振频率进行比较，避免局部所关心结构与主要激励源的共振破坏。
二、船体自由振动计算1.全船有限元模型82 000D W T散货船全船及局部结构的自由振动分析均采用有限元方法，借助大型通用软件MSC/PATRAN&NASTRAN完成。
船体梁自由振动有限元模型依据各专业相关设计图样建立，结构建模和载荷施加过程中采用牛、米、秒的国际单位制；模型的总体坐标系采用右手笛卡尔坐标系：X 方向为船长方向，指向船艏；Y 方向为船宽方向，自中纵剖面指向左舷；Z 方向为型深方向，自基线指向甲板。
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 2013突破地集成了疲劳分析可对重量及耐久性进行优化设计
MSC Nastran 2013突破地集成了疲劳分析可对重量及耐久性进行优化设计源于：CAE学术网原先的 NASTRAN 求解器还扩展了声学、非线性及显式求解能力，同时提升了高性能计算机的能力加速产品创新的多学科仿真解决方案领导者 MSC 软件公司日前宣布发布新版的 MSC Nastran 2013。
MSC Nastran 2013 的新特性提供了用户定制及更广泛的求解能力，可大大节约汽车和航空航天行业仿真工作流程的周期。
版本特点：嵌入式疲劳分析新版本在 MSC Nastran 中集成了业内领先的疲劳分析工具。
工程师们如今可使用 MSC Nastran 求解器来计算疲劳损伤和寿命，无需将结果导出到单独的疲劳求解器中。
疲劳分析曾经是一个后期处理作业，如今已成为分析处理不可或缺的部分，具有多种优势，其中之一就是既能对重量进行优化，又能约束疲劳寿命。
∙规避了耐久性计算中的顺序处理步骤，从而极大地节约了时间。
这不仅缩短了计算时间（在某个例子中，传统上一次疲劳分析需要耗时 8 小时，如今只需38 分钟），而且还大幅提高了易用性（待处理的文件由 200个减少为 2 个）∙用户现在可以同时进行设计优化和疲劳分析，从而实现性能更佳、使用时间更长的设计。
一个例子显示，质量可减轻24%，同时疲劳寿命提高了 14%多孔材料建模在汽车和飞机中广泛采用内饰件来吸收振动并改善乘坐者的舱内舒适性。
新版本支持此类内饰件的孔隙表现，通过对流固界面的复杂多物理场进行建模，从而对交通工具的振动声学性能进行分析，以提高仿真精度。
高级非线性新版本增加了创建模型的灵活性和提高系统分析精度的功能。
∙改进了用户定义的材料子程序，能让工程师们定义新状态变量，并可传递其他的内部变量∙改进了强迫相对运动的功能，以便对结构进行更好的非线性动力学分析∙Adams 使用的 MNF 文件可用于柔性体模拟变形，现在也可在变形设置中输出显式非线性本版本中已实现了若干种新功能，用以改进计算密集型爆炸和常规流固耦合相互作用（FSI）的功能。
基于NASTRAN的船舶振动特性及整体强度分析
下 ， 两类 振动 同时存在 且相 互 关联 。按船 舶振 动 的形 式可将 船 舶振 动分 为垂 向振 动 、 平 振动 、 这 水 扭转 振动 、 纵 向振 动 等 。 由于 船舶 的左 右对 称性 ， 向振动 出现 时并不 伴 随 由水 平振 动和 扭转 振动 ， 只伴有 垂 向弯 曲 纵 而
摘
要 ： 以某船舶 为对象 ， 用有限元方法 ， 文章 采 通过建立三 维有 限元模型 、 工况栽荷和边界条件 ， 施加 进行 了有限
元模 态振 型分析 、 线性静力分析、 率响应 分析 ， 频 并探讨 了船舶在设 计过程 中的振动特性及整体强度校核 方面的问题 ， 为 船舶 生产设计提供 了参考。 关键词 ： 船舶设计 ； 有限元 ； 态振型 ； 模 强度分析
式 中 ， 为质量矩 阵 ； 阻尼矩 阵 ； Ｍ Ｃ为 Ｋ为 刚度矩 阵 ； ｔ为激 励 向量 ； ｔ为响应 向量 。 Ｆ（） Ｘ（ ）
在求结构固有频率合振型时， 可以不考虑阻尼 ， １则简化为无阻尼 自由振动方程： ‘ 式（）
（２ ｆ ０ 一 ＋ ）（ ６ ０ ） ＝
式中， 曰为 自由振动 固有频 率 ， 特征方 程 为 ：
Ｄｅ ．０ ｅ２ １ １
ｄ ｉ ０３ ６ ／ｉｓ． ７ ９ ９ ． １． ．１ ｏ： ．９ ９ ． ｎ１ 卜— ８ １ ０ １ ４０ ５ １ ｊｓ ６ ２ ０
基于 Ｎ Ｓ Ｒ Ｎ的船舶振动特性及整体强度分析 Ａ ＴＡ
MSC声疲劳解决方案
MSC声疲劳解决方案机身声疲劳分析MSC声疲劳解决方案1.声疲劳介绍声疲劳，是飞机结构在使用过程中经常遇到的一种疲劳损伤。
在飞机设计阶段，进行声疲劳分析和计算，保证结构具有一定的抗声疲劳破环的能力是飞机设计中必不可少的环节。
我国军用飞机强度和刚度规范(GHB67.13-90)及《中国民用航空条例》(CCAR)第25部运输类飞机适航标准对声疲劳的分析有明确规定。
为保证飞机在使用寿命期内不发生声疲劳破环，研制单位必须制定声疲劳大纲，它是飞机结构完整性大纲的一部分。
大纲包括以下部分：a) 飞机的近场声环境和飞机结构的声载荷预计：b) 在声载荷作用下结构的设计与分析，以及声疲劳寿命的预计；c) 新设计的结构件试验大纲的制定与实施；d) 应对首批生产的飞机进行声场测量，以验证所预计的声载荷及其分布；e) 生产型飞机或飞机部件的声疲劳验证试验。
世界上其它的一些航空发达国家，更是对其军用或民用飞机的声疲劳分析非常重视，有着相关的规范与标准。
2. 声疲劳特点声疲劳是航空结构动力学领域内的一个研究内容。
由飞机各类声源产生的噪声是一种随机压力载荷，其空间、时间的分布或其一或两者同时可能是随机变化的。
这种噪声载荷超过一定的量值后，会对结构产生较大激励，特别是当噪声的频谱特性与结构的动态特性相耦合时，结构会产生显著的应力响应。
这种应力长时间内反复作用于结构，在应力集中部位或其它缺陷部位会导致萌生疲劳裂纹，进而引起裂纹扩展直至出现声疲劳损伤或声疲劳破坏。
3.声疲劳研究的发展情况声疲劳研究的兴起与发展一直是与航空、航天工业的发展相伴随的。
上世纪五十年代初期，飞机结构中承受强噪声载荷的部位产生声疲劳损伤问题推动了声疲劳研究的兴起。
这些损伤大多表现为各种翼面结构蒙皮产生裂纹、铆钉松动或脱落，翼肋和机身环框等内部结构裂纹等，这一类损伤不至于立即引起灾难性的事故，大多只是影响到飞机的使用和维护。
为此早期研究多以试验为主，通常选取典型结构件，采用真实的发动机地面开车试验，希望产生真实的噪声激励载荷。
振动疲劳试验与CAE分析 动态播放
5
动态响应与疲劳仿真分析
27
5.1 疲劳分析流程
E、σ、ρ 、SN、表面处理
结构、尺寸、应力集中系数
1. 动态响应分析 MSC.Nastran
2. 寿命预测 nCode Designlife
1.
2.
28
5.2 动态响应分析
SOL 111
29
5.2 动态响应分析
10Hz
37Hz
46Hz
30
75Hz
权重
5% 5% 10% 10% 40% 30%
延长倍数
120000 51430 120000 55380 288000 180000
15
3.3 加载谱合成流程
SRS
根据寿命等效原 则将4min15s的振 动外推到10000h
FDS
16
3.3 加载谱合成流程
基于累积寿命等效原则
17
3.3 台架振动加载谱 X
10
2.2 振动数据分析
怠速Z 高速Z 挖掘Z
11
◆ 465挖机在高速行走与挖 掘工况时，发动机转速在 1900RPM 附 近 ， 依 此 计 算 发动机的各阶频率。
◆驾驶室安装平台Z 方向在 32 Hz、95 Hz、185 Hz、 295 Hz、601 Hz、898 Hz、 1220 Hz分别为发动机的1阶、 3阶、6阶、9阶及主泵的18 阶、27阶、36阶激励频率；
—— 减振前
—— 减振后
12
3
台架振动加载谱合成
13
3.1 载荷谱组合
时域叠加
14
3.2 大挖综合工况
综合工况加载谱合成方案
序号
原始数据
原始时长
1
基于MSC有限元分析的五缸往复泵曲轴疲劳强度校核
文章编号: 1005—0329(2008)10—0050—04基于MS C有限元分析的五缸往复泵曲轴疲劳强度校核叶晓琰,许国乐,蒋小平(江苏大学,江苏镇江 212013)摘 要: 针对五缸往复泵曲轴结构形状和受力情况都比较复杂的状况,通过对五拐三支承曲轴建立整体三维模型,在MSC.Patran/MSC.Nastran软件环境下对其进行有限元模态分析,并联合动力学仿真软件MSC.Ada m s对该曲轴进行瞬态动力学有限元分析,得到曲轴在工作循环中的最大危险点及其应力值,并利用这些数据进行疲劳强度校核。
提出了一种基于模态法瞬态有限元分析的曲轴疲劳强度校核的方法,为往复泵曲轴设计和疲劳强度校核计算提供了有价值的指导参考。
关键词: 往复泵;曲轴;有限元分析;疲劳校核中图分类号: TH311 文献标识码: AFa ti gue Strength Check i n g to Crankshafts used i n Rec i proca ti n g Pu m p Ba se on M SCF i n ite Ele m en t Ana lysisYE Xiao2yan,XU Guo2le,J IANG Xiao2p ing(J iangsu University,Zhenjiang212013,China)Abstract: According t o the situati on that structure and stress of crankshaft used in five2cylinder reci p r ocating pu mp is comp lex. By establishing entire tridi m ensi onal s olid of crankshaft,finite ele ment modal analysis is operated byM SC.Patran/MSC.Nastran s oft w are.I n additi on,transient2dyna m ics analysis is operated by combining MSC.Ada m s s oft w are.Peril point and its stress are obtained,and fatigue intensity is calculated by using these data.A ne w method that fatigue intensity is checked by the modal method transient finite ele ment analysis is f ound.The guide and theories used in design of crankshaft and calculate of fatigue in2 tensity are p r ovided.Key words: reci p r ocating pu mp;crankshaft;finite ele ment analysis;fatigue calculati on1 前言在大流量往复泵中,五缸泵的参数覆盖范围较三缸泵有明显优势,且流量不均匀系数明显小于三缸泵,效率也高。
Msc Nastran新功能_final
Msc Nastran新功能介绍(2013-2018) 12,09,2018目录Msc Nastran新功能介绍(2013-2018)a)MSC NASTRAN——功能最为全面的大型通用结构有限元分析工具概览i.MSC NASTRAN特点与优势b)MSC NASTRAN 2013-2018主要新功能及价值点i.高性能计算性能大幅度持续提升—软件运算效率更高ii.优化功能进一步增强iii.内嵌疲劳功能的引入和完善iv.线性分析领域功能的增强•转子动力学与外部超单元•振动噪声新模块——PEM模块•材料性能与频率关联以及单元物理属性与空间关联v.高级隐式非线性•自动接触定义•与复合材料细观力学分析软件Digimat集成•流固耦合通用接口OpenFsi增强MSC NASTRAN——功能最为全面的大型通用结构有限元分析工具概览MSC NASTRAN——功能最为全面的大型通用结构有限元分析工具概览•线性结构静力学分析•子结构技术（“超单元”：多级超单元，内部及外部超单元）•线性结构动力学分析•动态子结构技术（多级动态超单元，内部及外部动态超单元）•结构振动模态分析（正交模态与固有频率计算，可考虑预应力场与惯性效应的影响）•线性系统复特征值分析•结构动响应分析（瞬态响应与频率响应及随机响应，直接法与模态法）•气动弹性分析（静气弹、颤振、阵风响应）•转子动力学分析（旋转轴系动态稳定性计算）•流体介质声场分析（采用声学流体有限元与无限元，流体介质声场与结构振动耦合）Third line, blue bullet, 12 pt.•结构非线性分析•中低度非线性•高度非线性•隐式非线性(带有与计算流体力学软件的接口:OPENFSI)•显式非线性（结构瞬态响应与瞬态流固耦合）•结构热分析•传热（温度场）分析•热应力分析•热-力耦合分析MSC NASTRAN——功能最为全面的大型通用结构有限元分析工具概览(续）•疲劳耐久性分析•断裂力学指标计算与动态裂纹扩展仿真•疲劳损伤与疲劳寿命计算•多学科优化•全局优化MSC/NASTRAN特点与优势•（线性）结构动力学多场、多学科耦合动力学（结构与气动力耦合、结构振动与流体介质声场耦合）•高级非线性•优化MSC NASTRAN 2013-2018主要新功能Sub-section or section information, if applicable高性能计算性能大幅度持续提升—软件运算效率更高•支持GPU 加速•稀疏矩阵求解器的MSCLDL 和MSCLU 功能增强•SOL 400 并行计算性能增强•新的内存管理策略•SOL 400 增加了一个新的稀疏矩阵直接求解器，利用多核技术提高计算性能•在永久粘接不激活的情况下，新的并行稀疏直接求解器也可用于SOL 101的接触分析•用于频响分析的FastFR方法已扩展到非对称矩阵的计算•使用并行技术，Krylov求解器的性能显著提高•使用ACMS方法的外部超单元计算效率提高•ACMS降低内存需求•流体特征值计算可以自动调用DMP.运算效率的提升优化功能进一步增强•全局优化•更多学科响应的优化（疲劳性能指标）优化功能进一步增强:全局优化算例•由复合材料层合板构成的管状结构•一端固支•通过铺层角度优化实现在满足强度指标约束下的最小重量0.00E+001.00E+002.00E+003.00E+004.00E+005.00E+006.00E+007.00E+008.00E+009.00E+00123456789101112131415160.00E+002.00E-014.00E-016.00E-018.00E-011.00E+001.20E+001.40E+001.60E+001.80E+00123456789101112131415167.991451E+00 3.995725E+00 1.997863E+00 9.989313E-01 4.994657E-01 2.497328E-01 1.248664E-01 4.495990E-02 4.009290E-02 3.541770E-02 3.531193E-02 3.429674E-02 3.337843E-02 1.598130E+007.990652E-013.995326E-013.050874E-012.288156E-011.716117E-011.287088E-011.198899E-011.052093E-011.027582E-011.002245E-019.841858E-029.670414E-02全局优化模型的定义DVPREL1 11 PCOMP 1 14 +DT1+DT1 2 85.DVPREL1 12 PCOMP 1 18 +DT2+DT2 2 -85.DVPREL1 13 PCOMP 1 24 +DT3+DT3 3 60.DVPREL1 14 PCOMP 1 28 +DT4+DT4 3 -60.DVPREL1 15 PCOMP 1 34 +DT5+DT5 3 60.DVPREL1 16 PCOMP 1 38 +DT6+DT6 3 -60.DVPREL1 17 PCOMP 1 44 +DT7+DT7 2 85.DVPREL1 18 PCOMP 1 48 +DT8+DT8 2 -85.$$DVPREL1 100 PCOMP 1 3 +DZ1$+DZ1 1 -0.04$$RESP1, ID, LABEL, RTYPE, PTYPE, REGION, ATTA, ATTB, ATT1, +$+, ATT2, ...DRESP1 10 W WEIGHT $DESOBJ 10 W MINDRESP1 1 FP CFAILUREELEM 5 1 64DRESP1 2 FP CFAILUREELEM 5 2 64DRESP1 3 FP CFAILUREELEM 5 3 64DRESP1 4 FP CFAILUREELEM 5 4 64DRESP1 5 FP CFAILUREELEM 5 5 64DRESP1 6 FP CFAILUREELEM 5 6 64DRESP1 7 FP CFAILUREELEM 5 7 64DRESP1 8 FP CFAILUREELEM 5 8 64$$CONSTR,DCID, RID, LALLOW, UALLOW DCONSTR,20, 1, .001, 0.9DCONSTR,20, 2, .001, 0.9DCONSTR,20, 3, .001, 0.9DCONSTR,20, 4, .001, 0.9DCONSTR,20, 5, .001, 0.9DCONSTR,20, 6, .001, 0.9DCONSTR,20, 7, .001, 0.9DCONSTR,20, 8, .001, 0.9$ID COMPOSITE,TUBE SOL 200……ANALYSIS = STATICS DESOBJ(MIN) = 10DESSUB = 20BEGIN BULK $GRID 1 0 -4. 0.0 0.0……$ DESIGN MODEL $$ESVAR, ID, LABEL, XINIT, XLB, XUB, DELXV DESVAR 1 TPLY 1.0 0.001 10.0DESVAR 2 THETA 1.0 -1.058821.05882DESVAR 3 THETA 1.0 -1.50 1.50$$ DV1 -PLY THICKNESS$VPREL1,ID, TYPE, PID, FID, PMIN, PMAX, C0, , +$+, DVID1, COEF1, DVID2, COEF2, ...DVPREL1 1 PCOMP 1 13 +DV1+DV1 1 0.01DVPREL1 2 PCOMP 1 17 +DV2+DV2 1 0.01DVPREL1 3 PCOMP 1 23 +DV3+DV3 1 0.01DVPREL1 4 PCOMP 1 27 +DV4+DV4 1 0.01DVPREL1 5 PCOMP 1 33 +DV5+DV5 1 0.01DVPREL1 6 PCOMP 1 37 +DV6+DV6 1 0.01DVPREL1 7 PCOMP 1 43 +DV7+DV7 1 0.01DVPREL1 8 PCOMP 1 47 +DV8+DV8 1 0.01$$ DV 2 THETA 85/-85$ DV 3 THETA 60/-60$$VPREL1,ID, TYPE, PID, FID, PMIN, PMAX, C0, , +$+, DVID1, COEF1, DVID2, COEF2, ...内嵌疲劳功能的引入和完善•Msc Nastran疲劳分析功能•新版Nastran新增模块—内置疲劳分析(NEF-Nastran Embbed Fatigue)•集成Msc.Fatigue各项分析功能（包括准静态应力循环疲劳和振动疲劳，全寿命计算与裂纹扩展）•在有限元应力分析的基础上根据输入的载荷谱数据和材料疲劳性能参数（如S-N曲线参数）进行寿命计算•MATFTG卡片用于输入材料疲劳性能参数•FTGLOAD卡片用于定义疲劳载荷•支持RPC 文件，允许多通道试验数据输入•支持sol 200•价值点:•节省计算机硬件资源提升效率•与优化功能集成实现疲劳优化•新增三维转子功能•抓获更精准的几何•同样可以在旋转参考系下执行分析•更有利于系统振动性能评估•轴/转盘/叶片的振动分析•Third line, blue bullet, 12 pt.•新增外部超单元支持多个转子功能•Second line, green bullet, 14pt.•Third line, blue bullet, 12 pt.•增强发动机安装设计有关问题的分析能力•机体-发动机耦合振动•发动机载荷计算•更有利于主机所与发动机供应商之间的协作•更加精确的翼面颤振分析•更加精确的全机配平计算•价值：示例Nastran 气弹手册颤振颤振计算例题ha145e 之结构,添加一转子(翼挂发动机)线性分析领域功能的增强—振动噪声新模块-PEM模块•Nastran振动噪声新模块——PEM模块•始于Nastran2013.1版•支持SOL 111 及SOL 200•具有减振吸声铺层部件专用模型•形式上类似于一个动力学部件超单元•可与主结构网格不协调•支持多种材料•空隙弹性材料•普通粘弹性材料•……•支持结构模型与声场模型耦合线性分析领域功能的增强—材料性能与频率关联以及单元物理属性与空间关联材料性能与频率关联•MSC Nastran2018允许定义材料性能参数随频率变化•新增Case control•MFREQUENCY•Fourth line, grey bullet, 12 pt..•新增Bulk Data•PCOMPFQ•MAT1F•MAT2F•MAT8F•MAT9F•MAT10F•PFASTT•BUSHNM•NMNLFRQ•Bulk Data修改•MAT2•Fourth line, grey bullet, 12 pt..•Fifth line, grey bullet, 12 pt.•Sixth line, grey bullet, 12 pt.•MAT9•Fourth line, grey bullet, 12 pt..•Fifth line, grey bullet, 12 pt.•Sixth line, grey bullet, 12 pt.线性分析领域功能的增强—材料性能与频率关联以及单元物理属性与空间关联材料性能与频率相关应用案例•钢板夹层结构•上下两层材料为钢•中间一层为粘弹性聚合物•弹性模量和阻尼都随频率变化线性分析领域功能的增强—材料性能与频率关联以及单元物理属性与空间关联材料性能与频率相关定义功能的优点•模型定义的方便性提高•直接定义随频率变化的材料参数•MATiF•同时支持SOL111和SOL108•老版本粘弹性材料性能定义方法复杂•不能直接定义随频率变化的材料参数•需要将频变材料参数转换成等效结构阻尼•SDAMP•TABLEDi•仅支持SOL108线性分析领域功能的增强—材料性能与频率关联以及单元物理属性与空间关联单元物理属性与空间关联•MSC Nastran2018允许针对单个单元定义物理属性如复合材料层合板的铺层参数•新增Bulk Data•PDISTB•PDISTBM优点•使复合材料层合板各铺层参数的变化的描述精度达到极致•各单元不同•老版本只能以较小的属性分区来描述参数变化厚度（总厚）分区(4)材料（方向）分区(5)属性分区( 36)线性分析领域功能的增强—材料性能与频率关联以及单元物理属性与空间关联价值点：•NVH分析功能及易用性的增强•复合材料在工程中的应用越来越广泛•复合材料结构分析的有力工具•复合材料结构静力学•大曲率层合板•复合材料结构动力学•各相材料均为应变率敏感材料高级隐式非线性分析领域功能的增强高级非线性功能（始于2010版）简介•高级非线性及多学科分析•材料非线性、几何非线性、接触非线性等高级非线性分析•结构及紧固件细节应力分析•断裂力学指标计算及动态裂纹扩展仿真•复合材料渐进失效分析•基于Marc高级非线性技术的复合材料渐进失效分析•与复合材料细观力学分析软件Digimat集成进行联合仿真计算复材结构失效(始于2013.1版)•多学科序列分析、线性扰动分析、多学科优化•多场耦合分析•热-固耦合•流-固耦合•热-固-流耦合•与多学科耦合相适应的客户化定制开发架构：SCA•通用流固耦合接口OPENFSI•……高级隐式非线性分析领域功能的增强—自动接触定义•通过设置工况控制命令BCONTACT=AUTO(,CTYPE)激活•根据模型数据文件自动定义接触体和潜在的接触对•自动进行接触分析•针对每个接触体输出全局接触变量•同样支持线性求解序列(Sol101103108111等)•用户可输出包含接触体、接触对和接触参数的acg文件用于查看、修改或重新使用价值•对于现今大量复杂的装配体结构模型用户可以高效地完成有限元建模高级隐式非线性分析领域功能的增强—与复合材料细观力学分析软件Digimat集成NastranSol400与Digimat联合仿真计算复材结构失效•在Nastran模型数据文件中采用MATDIGI卡片定义复合材料细观力学模型应用案例:短切纤维增强塑料构件失效分析•Nastran与Digimat接口:Digimat-CAE/MSC Nastran SOL 400•包含Digimat的有关库文件及与Nastran Sol400的数据接口•将Nastran Sol400有关库文件与之连接起来•可使用Digimat内部用于小应变有限元分析的各种材料模型•按步骤定义耦合分析输入数据文件•在Digimat-CAE中定义分析模型•在Digimat-CAE中通过运行分析产生接口文件•在Nastran模型数据文件中定义Digimat材料模型•Nastran Sol400与Digimat-CAE以耦合方式同时运行价值•更精确的失效及渐进失效分析高级隐式非线性分析领域功能的增强—流固耦合通用接口OpenFsi 增强GUINASTRAN 从CFD 网格获取数据并向其传送数据CFDMD Nastran压力/吸力位移/速度耦合网格面定义APISimXOpenFSI 服务(NASTRAN SOL400)•OpenFSI 流固耦合方法•任意CFD 软件可支持OpenFSI •NASTRAN 可加载或卸载CFD 服务•NASTRAN 从OpenFSI 服务获取载荷•将位移/速度传递给CFD 网格热流/ 传热系数Nastran Sol400流固耦合通用接口OpenFsi 简介OpenFSI 流固耦合应用流固耦合通用数据接口(OpenFSI -SOL 400)简介•OpenFSI API 是用于为MSC Nastran 与外部流体动力学数据之间进行耦合仿真(包括静态和瞬态)的数据接口与非CFD 软件的数据源的交互–载荷数据库查询与CFD 软件的联合仿真–流固耦合分析OpenFSI_ex SCA 接口(MSC Nastran 2014新功能)支持以下物理量的数据传递:•节点位移,速度和加速度•包括平动和转动自由度•节点集中载荷包括集中力和集中力矩载荷为用户定义的复杂函数,自变量为:•位移/速度/加速度•坐标值•时间步•通过调用一个程序进行载荷计算•可以读取风洞试验数据对于6自由度高级样条的应用是必要条件高级隐式非线性分析领域功能的增强—流固耦合通用接口OpenFsi 增强流固耦合应用简介Flow Regulator Valve Steady state - Fluid Pressure deforms cross-sectionFlexible Wing Steady state cruise shape; Transient gustCooling Jacket - Head temperature with coolant flow Coolant flowrate controlled by thermostatHydraulic engime mount Flow driven by surface displacementExhaust manifold Fluid temperature, Structure temperature流固耦合应用简介非线性颤振（极限环）时域仿真抖振时域仿真采用CFD-结构有限元（Nastran）耦合的静气弹分析流固耦合计算的关键—载荷插值映射•载荷插值映射通常两类方法•压力场拟合•必须在二维网格或三维网格表面之间进行•需要用户自己确定插值算法并编写程序•Fourth line, grey bullet, 12 pt..•Fifth line, grey bullet, 12 pt.•Nastran样条插值•可以在CFD的三维网格表面与任意类型的结构有限元网格（一维、二维或三维）之间进行•利用Nastran气弹包内部的样条插值程序无需用户自己编写•6自由度高级样条能够带来更高精度的载荷插值结果（始于较新版本的Nastran）•6自由度高级样条载荷插值应用于Nastran与CFD联合仿真需要加强版的OpenFsi接口-OpenFsi_Ex •OpenFsi_Ex(始于Nastran2014版)支持以下物理量的传递:•节点位移, 速度和加速度•\包括平动和转动自由度•节点集中载荷包括集中力和集中力矩。
S型弧面板弹簧的疲劳寿命分析
摘要随着汽车市场的火爆，汽车安全性的问题显的越来越重要，爆胎就是汽车的安全隐患之一，针对这一问题，市场上应用较多的措施是采用安全轮胎或者免充气轮胎，但是这两种轮胎都有其应用的局限性，有学者基于安全轮胎以及免充气轮胎的基础上提出了板簧轮胎的概念，本文以板簧轮胎中单一的S型零件为研究对象，在对S型结构进行静强度分析的基础上对其进行疲劳寿命的预测。
板簧轮是一种新型轮胎，S型弧面板弹簧是其中最为关键的部件，虽然结构简单，但是受载情况比较复杂。
在工作过程中受到循环载荷的作用而易产生疲劳破坏，但疲劳破坏前并没有明显的宏观现象。
当损伤达到临界值时，常常发生突然性的疲劳断裂，导致轮胎无法正常工作，甚至发生更严重的后果。
因此，对S型弧面板弹簧的疲劳分析有着重要的意义。
在理论计算方面，起筋板弹簧属于宽板弯曲的平面问题，基于弹性变形的基本公式，推导出起筋板料的曲率半径公式；起筋后的板料截面简化为工字梁，利用组合图形的特点求解出截面的惯性矩公式；板料在受载过程中要满足强度要求，在此基础上进一步推导出疲劳寿命估算公式。
在有限元数值模拟方面，利用PATRAN有限元分析软件建立几何模型，在创建材料、关联单元属性、划分网格、创建约束以及施加载荷后得到有限元模型，并对其进行静载荷分析，调用NASTRAN进行求解计算，得到弯板的等效应力图和最大应力节点区域。
结合应力的结果文件，利用FATIGUE疲劳分析软件对危险区域进行疲劳寿命分析，此过程中新建并修正了材料的S-N曲线，在设置材料信息和载荷信息后，最终得到结构的疲劳寿命云图，经换算后得到弯板的使用年限。
本文主要在基于材料力学、有限元计算和结果疲劳寿命理论等多门学科理论基础上，并与有限元软件和专业疲劳寿命分析软件相结合，对S型弧面板弹簧进行静力学有限元分析和疲劳寿命有限元分析，力图真实有效的计算、模拟和分析。
关键词：板簧轮胎；弹性变形；强度分析；疲劳寿命第1章绪论1.1引言近些年来，随着国家经济的持续快速发展，我国各种汽车保有量大幅度提升，正以越来越大的影响力改变着人们的生活与工作[1]。
基于PSD法的电动轮自卸车车架随机振动疲劳寿命预测
基于PSD法的电动轮自卸车车架随机振动疲劳寿命预测陶长焱;米承继;张勇;徐军伟;伍子宇【摘要】针对国产首台载重达300 t的电动轮自卸车车架疲劳性能是否满足设计要求而开展数值分析研究,拟通过寿命预测评估车架疲劳可靠性.首先在MSC.Nastran中对车架进行模态和频率响应分析,获得模态中性文件和输入与结构应力之间的传递函数;再次,借助ADAMS建立整车刚柔耦合多体动力学模型,进行整车C级路面动力学仿真分析,输出车架随机载荷时间历程,并通过傅里叶变换计算其功率谱密度函数(PSD);最后,根据车架材料S-N曲线,利用MSC.Fatigue中的Vibration模块进行振动疲劳寿命分析,得到车架危险点的寿命值满足设计要求,从而为后续开展车架可靠性设计和结构优化提供参考依据.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】6页(P23-28)【关键词】车架;随机振动;功率谱密度;寿命预测;频率响应;多体动力学【作者】陶长焱;米承继;张勇;徐军伟;伍子宇【作者单位】株洲联诚集团有限责任公司,湖南株洲412001;湖南工业大学,湖南株洲412007;湖南工业大学,湖南株洲412007;株洲联诚集团有限责任公司,湖南株洲412001;湖南工业大学,湖南株洲412007【正文语种】中文【中图分类】TD4本文研究的电动轮自卸车是某集团公司与高校合作研发的国产首台载重达300 t的矿用轮自卸车。
矿用自卸车常年在矿山坑洼路面行驶，遭受严寒酷暑，载荷条件极其复杂，车架作为最主要承载部件，其疲劳可靠性能是保证车辆正常作业和安全运行的关键因素。
车架所承受的载荷主要来自矿山路面不平度引起的随机载荷，其通过轮胎和油气悬架传递至车架带来随机振动，造成疲劳破坏[1]。
因而，基于PSD方法预测车架的疲劳寿命大小和低寿命分布位置是设计人员在研发阶段进行车架设计和优化的重要手段。
通常疲劳可以划分为静态疲劳和动态疲劳，虽然振动疲劳破坏的发生和疲劳裂纹扩展机理跟静态疲劳是统一的，但是，静动态载荷所带来的结构应力分布完全不同，即使最大结构应力一致也不能保证具有相同的使用寿命与疲劳裂纹扩展速率。
预应力对高速旋转轮盘模态的影响分析
1 绪论1.1 问题的提出轮盘是发动机的重要零件之一,亦是主要受力零件.轮盘结构复杂,转速高,其工作条件十分恶劣,设计要求高、难度大.轮盘不仅在高转速下承受较大的外负荷,由于结构要求,大部分轮盘都开有中心孔或其它通气孔,还开有榫槽以便于与叶片联接,造成轮盘局部应力集中.涡轮盘的径向、轴向还有较大的温差,承受很大的热应力,承受工作转速和温度循环变化的疲劳应力.涡轮发动机常见的轮盘故障之一就是轮盘由于共振而产生的开裂破坏.如某型发动机压气机九级盘曾发生轮缘爆破破坏,造成重大故障,其原因是轮盘产生了一阶伞型振动的共振,导致轮缘产生疲劳损伤而爆破.由于日益追求发动机重量轻和寿命长，轮盘结构日趋轻型化,轮盘做得很薄。
因此在高负荷、长寿命的工作情况下,轮盘因振动疲劳而断裂的故障有所增多。
旋转轮盘在高速旋转状态下会表现出与低速或非旋转状态下迥异的力学性能。
许多转子机械受刚度特性和非保守效应的阻尼特性的影响，其运转工况下的动态性能与静止时相比有很大的差异。
在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出其固有频率和相应的模态振型。
通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频率以避免由于共振而产生开裂破坏。
而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定的变化。
为此，在进行模态分析时需要考虑离心力引起的预应力的影响。
如果忽略了预应力的影响就会使原有的系统遭到破坏，降低系统的稳定性和可靠性。
因此掌握高速旋转轮盘运转工况各种转速下的动力特性，对于了解不平衡振动响应以及可能出现的不稳定性等均有实际意义。
1.2 国内外研究现状轮盘是旋转机械中的常见部件，如水泵叶轮、风机叶轮轮盘、汽轮机转子上的轮盘等，它的强度、振动是设计、加工中重点考虑的问题之一。
由于轮盘结构复杂, 因此，在利用有限元分析计算时，建模是很重要的一个环节。
文献[1]采用在UG上进行几何建模，运用NASTRAN建立有限元模型，对轮盘进行静强度分析和模态分析。
结合UGⅡ与MSC／NASTRAN计算振动特性的方法
结合UGⅡ与MSC／NASTRAN计算振动特性的方法
金维明
【期刊名称】《航空与航天》
【年(卷),期】1997(000)004
【摘要】本文提出了一种将ＵＧⅡ与ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ结合使用，计算振动特性的方法。
该方法应用ＵＧⅡ建立几何模型，并生成有限元模型，然后使用ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ计算出振动特性。
并将该方法应用于某型机的雷达罩／空速管振动特性计算。
【总页数】3页(P20-22)
【作者】金维明
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】V214.1
【相关文献】
1.基于MSC Nastran加固印制板的振动特性仿真分析 [J], 陈昭会;戴洪浪;秦普亮;张晓丽;李明亮
2.基于MSC Nastran加固印制板的振动特性仿真分析 [J], 陈昭会;戴洪浪;秦普亮;张晓丽;李明亮;
3.基于MSC Nastran的水下环肋圆柱壳体振动模态计算方法 [J], 刘晓欧;尹韶平;严光洪
4.基于MSC Nastran的水下环肋圆柱壳体振动模态计算方法 [J], 刘晓欧;尹韶平;
严光洪
5.一种MSC.NASTRAN中偏心梁有限元计算结果修正方法 [J], 杨刚
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
MSC的几款软件介绍 zz
MSC.PATRAN
说明: 集几何访问、有限元建模、分析求解及数据可视化于一体的新一代框架式软件系统，通过其全新的"并行工程概念"和无可比拟的工程应用模块，将世界所有著名的CAD/CAE/CAM/CAT(测试)软件系统及用户自编程序自然地融为一体。MSC.PATRAN独有的SGM(单一几何模型)技术可直接在几何模型一级访问各类CAD软件数据库系统，包括UG、Pro/ENGINEER、CATIA、CADDS5、Euclid、SolidEdge、Solidworks、AutoDesk MDT 及I-DEAS等任意CAD/CAM软件数据库。
MSC.SuperForge
说明: MSC.SuperForge是一个全新的工业锻造过程仿真软件包，由功能极强的有限体积求解器和WINDOWS NT风格的易用图形界面无缝集成。利用MSC.SuperForge的锻造仿真技术，能够大幅度减少反复试验，缩短锻造工艺开发周期，加快产品投放市场时间，增加获利。MSC.SuperForge已被成功用于全球各大著名锻造公司和零部件供应商的锻造产品开发。
MSC的几款软件介绍(短小精悍)
MSC.SuperModel
说明: MSC.SuperModel 支持包含多个部件在内的大型结构设计过程，例如飞机、直升机、卫星、喷气发动机和空间飞行器的设计。这类大型装配结构的工程设计通常需要若干分别负责单个部件设计的项目工程师或项目团队，在部件级上合作完成。
MSC.FlightLoads & Dynamics
说明: 飞行载荷及动力仿真系统。MSC.Flightloads飞行载荷及动力仿真系统可直接满足设计人员的需求,并获得详细结构设计和分析所需的精确外载荷数据。
MSC.AKUSMOD
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
S22-15
模态叠加瞬态分析的优点
• 使得结构动力响应计算不需要存储每一节点/单元的 响应. • 考虑共振影响 • 这个方法类似于准静态方法，模态参与因子关联模 态应力 • 结合多体动力求解允许对整个装配体进行有效的瞬 态分析
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
● 模态(叠加)瞬态方法
● 系统的动力学特性和自由度被缩减到一组模态，因此求 解速度比直接法快.
● 需要选择一组合适的模态. ● 限于线性问题(一般采用这个)
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
frequency
Hale Waihona Puke 准静态分析➢ 确定静态有限元分析载荷和约束,以模拟工作环境 ➢ 测量或者预测载荷时间历程Pk( t ) ➢ 弹性应力历程是通过线性叠加方法进行计算:
ij,e (t)
k
Pk
(t
)
ij,e,k Pk,f ea
where k = loadcase ID.
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-7
A
静态分析
● 优点:
● 有限元计算代价低. ● 硬盘空间要求少. ● 可以使同样的应力数据用于不同载荷事件的疲劳分析. (也就是多
事件) ● 自动排除可以用于在疲劳分析前选择实体以加速分析。
● 缺点:
● 静态有限元分析要求的某些约束可能不理想. ● 当系统固有频率接近外载频率时候精度不够.
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-8
瞬态分析 (时域)
载荷时间历程
局部应力历程
L1
A
L1
L2
L2
对于组合载荷的应力是通过有限 元一点一点计算的.
对于长的时间历程,问题是求解时间和硬盘空
S22-11
用模态叠加法计算瞬态分析
模态响应
r1
r2
- repeat for each node/element
f1A* r1(t) + f2A* r2(t) + ... = A(t)
模态 1
局部应力历程
模态应力 PAT318, Section 22, September 2008
Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-10
模态叠加的概念
模态振型 模态坐标
Mode 1 × 1.5
Mode 1
Mode 2 × 1.0
+
Mode 2
Mode 3 × 2.0
+
Mode 3
响应
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-3
分析域的选择
时域: 静态方法 (带或者不带惯性释放) 瞬态方法 (直接法或者模态法)
频率域: 频率响应分析(传递函数) 随机振动分析
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-2
动力载荷疲劳
● 所有的疲劳分析都要求确定应力/应变循环. ● 幸运的是这并不一定要求是瞬态动力分析. ● 疲劳分析选项:
● 静态 (或者准静态) ● 疲劳分析通过时间历程来对静态应力或者应变进行比例缩放
● 瞬态 (直接法或者模态法) ● 疲劳分析直接使用有限元分析的应力或者应变结果
● 随机振动(频域应力PSD) ● 疲劳分析转换PSD到期望的应力循环
Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-21
Frequency (Hz)
频域
随机振动 (PSD 应力)
载荷 PSD输入
g^2/Hz
L1
g^2/Hz
L2
局部应力 PSD
^2/Hz
概率密度 (Dirlik or Narrow Band)
组合PSD载荷下的应力PSD响应是通 过对每一感兴趣的频率进行有限元计
S22-20
时间瞬态或者频域?
频域分析可以考虑动力共振效果
时域
5
10
15
Time in seconds
快速傅立叶变换 (FFT) (丢掉相位)
20
Response2
Hertz
Response variation Power Spectrum
傅立叶逆变换 (IFT) PAT318, Section 22, September 2008 (创建随机相位)
第22章 振动疲劳分析
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-1
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-16
模态叠加瞬态分析缺点
• 需要明智地选择模态分析中模态数量，在Nastran中 推荐用残余向量选项
•需要将模态响应转换为时间历程形式。当前Nastran 支持使用Punch文件中的SDISP
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
Narrow Band solutions
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-23
随机振动 (PSD 应力)
● 优点 ● 适合可以用PSD描述的载荷(随机,稳态和高斯载荷)，比如风载和 海洋载荷，也可以仿真PSD激振测试 ● 包括动力和共振影响 ● 比用一个很长的时间历程计算瞬态分析更有效
4
S22-27
BLACK BOX
FATIGUE LIFE
FFT可以告诉我们什么?
FFT的幅值
时间历程
A j
FFT
time
单个正弦波的角频率w,幅值A 和初始相位j
S22-4
动力响应计算是必须的吗?
是,如果最高加载频率大于第一阶固有频率的三分之一
传递函数
FL < 1/3 FN
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
FL
最高加载频 率
S22-5
Fn
第一阶固有 频率
S22-6
准静态方法 (线性叠加)
载荷历程
L1
L2
-对于每个单元/ 节点重复
1A* L1(t) + 2A* L2(t) + ... = A(t)
L1=1
局部应力历程
L2=1
单位载荷下的应力
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
间要求
S22-9
疲劳分析
瞬态分析的类型
● 直接(积分)瞬态
● 整个系统的运动方程通过每一个时间步积分 ● 代价大 (CPU时间和硬盘空间) ● 可以计算非线性动力问题
困难
困难?
实际约束,没有动 力影响 模态选择
MBD模态叠加
中等
振动(PSD)
中等
中等 中等
可以 困难
模态缩减
稳态随机载荷假 定
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
S22-25
如今计算损伤?
● 缺点:
● 瞬态分析计算强度比静态大. ● 需要很大的硬盘空间去储存每一时间步的应力状态. ● 每一载荷事件需要分别计算. ● 在疲劳分析前,不容易定位关键单元.
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
载荷
(PSD)
材料
(S-N 分析)
几何 (FE 分析)
PAT318, Section 22, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
疲劳分析
(振动疲劳)
后处理
S22-26
优化和 测试
如何计算损伤?
时域
稳态 or
时间历程
瞬态分析
频域
模态 2
A
S22-12
模态叠加
Calculate Modal Stresses (using Nastran SOL 103)