Nastran静力分析1-3章
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2019年最新-Nastran基础培训-精选文档
• 4 MSC/NASTRAN 主要功能
1)静力分析
l 线性静力分析（包括惯性卸载） l 屈曲分析
包括线弹性屈曲，弹性非线性屈曲和弹塑性屈曲分析。 l 静力几何与材料非线性分析
包括：大变形（大位移、大转动以及跟随力），非线性弹性，弹塑性，蠕变， 粘弹性以及接触问题。
2)动力分析
l 正交模态分析（固有频率与振动模态） l 直接复特征值分析 l 模态复特征值分析 l 直接频率响应分析 l 模态频率响应分析 l 直接瞬态响应分析 l 模态瞬态响应分析 l 响应谱分析 l 随机动力分析 l 具有几何和（或）材料非线性的瞬态响应分析
离散化结构的描述
l 有限元模型所需数据： l 坐标系 l 模型几何 l 有限单元 l 载荷 l 边界条件 l 材料性质
坐标系
MSC/NASTRAN有直角笛卡尔坐标 系,称为基本坐标系,也称缺省 坐标系
MSC/NASTRAN允许建局部坐标系, 包括直角、柱面(r,θ,z)与球面 坐标系(r,θ,φ)
2019年,MSC/NASTRAN V68.2版
2019年,MSC/NATRAN V69版
2019年, MSC/NASTRAN V70版
2019年,MSC/NASTRAN2019版
3 MSC/NASTRAN主要特点与功能
• MSC/NASTRAN 的主要特点
1)大型、通用、功能齐全、适用面广 2)极高的软件可靠性 3)世界领先的计算结构技术先进性 4)独特的DMAP语言 5) 标准的输入/输出格式
4、MSC/NASTRAN 参考手册
( MSC/NASTRAN Referemce Manual )
第 2 章 有限元分析引言
有限元法在工程分析中的作用
【精】nastran单元属性（学习资料）
第七章材料性质NX_NASTRAN 可处理多种材料性质NASTRAN 可处理的适于线性静力分析的材料类型有：* 各向同性材料（MAT1）* 二维各向异性材料（MAT2）* 轴对称体正交异性材料（MAT3）* 二维正交异性材料（MAT8）* 三维各向异性材料（MAT9）* 多层复合材料PCOMP(1) 各向同性材料（MAT1）各向同性材料在各方向都具有同样的材料性质。
典型应力―应变曲线如图：* 当应力超过弹性极限，材料进入非线性，需用非线性分析方法。
* 材料常数E、G、NU 满足G = E / 2(1+υ)。
需提供E、G、υ中两个* 质量密度RHO 用于计算重力载荷及动力分析* 热膨胀系数A 和参考温度TREF 仅用于热分析* 结构阻尼GE 不用于静力分析NX_NASTRAN 中用MAT1 卡描述，格式如下：例子静力分析，采用低碳钢材料，性质为：E = 30.0E6 磅/英寸，μ= 0.3，质量密度ρ= 7.0E-4 磅-秒^2 / 英寸^4。
采用自由域格式为：MAT1，5，30.E6，，0.3，7.0E-4(2) 二维各向异性材料（MAT2）一般各向异性材料，平面应力—应变关系用（7-1）表示；横向剪应力—横向剪应变关系则由（7-2）定义。
NASTRAN 中，用MAT2 卡描述板（壳）单元各向异性材料性质。
格式为：(3) 轴对称体正交异性材料（MAT3）轴对称体正交异性材料的应力—应变关系：其中，(x,q,z) 为轴对称体横剖面坐标系；MAT3 仅适用于CTRIAX6 单元；为保证对称性，必须满足如下关系：MAT3 卡格式：(4) 二维正交异性材料（MAT8）二维正交异性材料：平面应力—应变关系（用于膜和弯曲）横向应力—横向应变关系（用于剪切）MAT8 卡只适用于板（壳）单元，格式如下：(5) 三维各向异性材料（MAT9）三维各向异性材料，应力—应变关系MAT9 卡格式如下：(6) 多层复合材料（PCOMP）对于多层复合材料，NASTRAN提供材料性质卡PCOMP，格式如下：。
Nastran静力学分析关键字解读培训
三十多年来, Nastran 已经成为了几乎所有国际大企业的工程分析工具，应用领域包括航空航天、汽车、军工、船舶、 重型机械设备、医药和消费品等，这也使得其分析结果成为了工业化的标准。
二、 Nastran软件输入文件内容
Nastran输入文件包括以下内容：
1、要执行的分析类型，例如静力学分析、屈曲分析、特征值响应、瞬态分析等； 2、计算结果输出要求，例如部分/全部的节点位移、单元应力、单元应变等； 3、模型几何，有限元计算通过离散化的空间节点来描述几何特征； 4、单元集合，通过节点号描述各种单元类型（1D/2D/3D)； 5、材料参数，材料的应力应变关系需要用各种本构关系来描述； 6、载荷参数，例如集中力/力矩、分布力/力矩、惯性载荷等； 7、边界条件，例如单点约束（SPC）、多点约束（MPC）等。
号为206、209、210、205组成的CQUAD4单元
（单元ID号为101），单元属性ID号为1，依次定
4
义其它单元信息（……）。
五、Nastran关键字实例详解
1、定义ID号为3的Component，
包含ID号为101-200和301-400的所有
1
单元，定义每个Component的名字和
颜色信息，不参与计算，名为“c1”的
五、Nastran关键字实例详解
1、文件由hypermesh生成及相
1
关版本信息，可以删除；
2、执行控制语句，写入分析类
2
型、允许CPU时间等，该分析类型为
101，表示该文件采用静态受力分析，
以CEND语句结尾；
3
3、情况控制语句，选取载荷和
约束条件，选取输出条件定义子工况
等，该文件的输出情况（位移、应力、
沿全局坐标系Z向加载大小为10的集
二、 Nastran软件输入文件内容
Nastran输入文件包括以下内容：
1、要执行的分析类型，例如静力学分析、屈曲分析、特征值响应、瞬态分析等； 2、计算结果输出要求，例如部分/全部的节点位移、单元应力、单元应变等； 3、模型几何，有限元计算通过离散化的空间节点来描述几何特征； 4、单元集合，通过节点号描述各种单元类型（1D/2D/3D)； 5、材料参数，材料的应力应变关系需要用各种本构关系来描述； 6、载荷参数，例如集中力/力矩、分布力/力矩、惯性载荷等； 7、边界条件，例如单点约束（SPC）、多点约束（MPC）等。
号为206、209、210、205组成的CQUAD4单元
（单元ID号为101），单元属性ID号为1，依次定
4
义其它单元信息（……）。
五、Nastran关键字实例详解
1、定义ID号为3的Component，
包含ID号为101-200和301-400的所有
1
单元，定义每个Component的名字和
颜色信息，不参与计算，名为“c1”的
五、Nastran关键字实例详解
1、文件由hypermesh生成及相
1
关版本信息，可以删除；
2、执行控制语句，写入分析类
2
型、允许CPU时间等，该分析类型为
101，表示该文件采用静态受力分析，
以CEND语句结尾；
3
3、情况控制语句，选取载荷和
约束条件，选取输出条件定义子工况
等，该文件的输出情况（位移、应力、
沿全局坐标系Z向加载大小为10的集
Nastran静力分析1-3章讲解
模型几何
MSC/NASTRAN中，模型几何用结点定义
结构结点加载而移动
结构模型每一结点有六个可能位移（自由度）
三个移动(在X、Y和Z方向)和三个转动(关于X、Y和Z轴)
有限单元
Nastran中，单元名前字母C是表“connection”
■ 弹簧元（性质如简单拉伸或扭转弹簧）
CELAS1～4
■ 线单元（性质象杆、棒或梁） 杆元： CROD，CONROD
服务方式
1）热线咨询服务
2）遍布世界各地的MSC办事处 3）定期与专门培训 4）定期召开MSC用户会议 5）网上服务
第 1 章 MSC.NASTRAN
1 NASTRAN与MSC/NASTRAN
NASTRAN 程序由来
1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis）是一个大
6)设计敏度分析与结构优化
l 设计敏度分析 l 多约束结构优化
7) 通用矩阵运算
l 运用DMAP修改MSC/NASTRAN固定流程 l 建立用户自己的有限元求解系列
8) 特殊分析功能
l l l 声响分析 流体与结构耦合分析 循环对称分析
l 层复合材料分析
5 MSC/NASTRAN的前后处理
1、 MSC公司提供的
L u 3 u 2 0.01167 0.005 0.0006667 L L 10
1) (1) σ( 106 ×(-5) × 10-4 = - 5000 (磅 / 英寸) 2 el = Eε el = 10 ×
2) ( 2) σ( 106 ×(-6.667) × 10-4 = - 6667 (磅 / 英寸) 2 el = Eε el = 10 ×
(2) 静力载荷包括：
NX_Nastran__超单元用户指南
加快计算速度
因为处理单个超单元对计算机资源的需求比不使用超单元的整个模型要少，因此可以使用快速序列提交各超单元的处理 (或者甚至在不同的计算机上处理)，而不是通宵等待整个问题的一次性求解。
减小风险
处理一个不使用超单元的模型，是一种要么全有要么全无的做法。如果出现错误，必须在改正错误后重新处理整个模型。在使用超单元时，每个超单元只需处理一次，除非需要修改超单元以重新处理。如果在处理中发生错误，只有受影响的超单元和残余结构 (最后处理的超单元) 需要重新处理。无错误的超单元不需要重新处理，除非对该超单元进行修改。
安全性
许多公司进行私人或保密的项目。包括为了竞争而开发的新设计，到高度机密的国防项目。即使在安全程序下工作，有时也需要发送模型给合作者，以便他们进行部件的耦合分析。使用外部超单元允许用户发送减缩后的边界矩阵，其中不包含实际部件的几何信息，只有从边界上看到的质量、刚度、阻尼和载荷。在收到一组可以由 NX Nastran 读出的任意格式的减缩矩阵后，工程师可以用这些矩阵定义一个外部超单元，并将外来结构附加到自己的模型上。
另一类超单元是外部超单元，模型的一个零件由一组源于外部的矩阵所代表 (该矩阵也可以来自另一个 NX Nastran 分析的结果)。对这些矩阵，没有任何内部的几何信息可用，只有这些矩阵所附着的节点是已知的。图 1-3 显示了一个外部超单元的例子。图中，左边是有限元模型，右边虚线表示外部超单元。
在静力分析中，用于超单元处理的理论是精确的。在动力分析中，对质量、阻尼和载荷矩阵的减缩是近似的。在第 9 章 “动力分析超单元介绍” 中对这些近似作了解释，并说明了改善近似性的方法 (特别是部件模态综合方法)。
■介绍
■如何对情况控制进行内部分区和使用
■多个载荷情况的例子
因为处理单个超单元对计算机资源的需求比不使用超单元的整个模型要少，因此可以使用快速序列提交各超单元的处理 (或者甚至在不同的计算机上处理)，而不是通宵等待整个问题的一次性求解。
减小风险
处理一个不使用超单元的模型，是一种要么全有要么全无的做法。如果出现错误，必须在改正错误后重新处理整个模型。在使用超单元时，每个超单元只需处理一次，除非需要修改超单元以重新处理。如果在处理中发生错误，只有受影响的超单元和残余结构 (最后处理的超单元) 需要重新处理。无错误的超单元不需要重新处理，除非对该超单元进行修改。
安全性
许多公司进行私人或保密的项目。包括为了竞争而开发的新设计，到高度机密的国防项目。即使在安全程序下工作，有时也需要发送模型给合作者，以便他们进行部件的耦合分析。使用外部超单元允许用户发送减缩后的边界矩阵，其中不包含实际部件的几何信息，只有从边界上看到的质量、刚度、阻尼和载荷。在收到一组可以由 NX Nastran 读出的任意格式的减缩矩阵后，工程师可以用这些矩阵定义一个外部超单元，并将外来结构附加到自己的模型上。
另一类超单元是外部超单元，模型的一个零件由一组源于外部的矩阵所代表 (该矩阵也可以来自另一个 NX Nastran 分析的结果)。对这些矩阵，没有任何内部的几何信息可用，只有这些矩阵所附着的节点是已知的。图 1-3 显示了一个外部超单元的例子。图中，左边是有限元模型，右边虚线表示外部超单元。
在静力分析中，用于超单元处理的理论是精确的。在动力分析中，对质量、阻尼和载荷矩阵的减缩是近似的。在第 9 章 “动力分析超单元介绍” 中对这些近似作了解释，并说明了改善近似性的方法 (特别是部件模态综合方法)。
■介绍
■如何对情况控制进行内部分区和使用
■多个载荷情况的例子
Nastran静力分析1-3章
• 主要产品：
• 1）大型通用有限元程序 MSC/NASTRAN
• 2）非线性有限元分析程序 MSC/MARC
• 3）三维非线性和瞬态动力学软件 MSC/DYTRAN • 4）通用有限元前后置处理系统 MSC/PATRAN • 5）结构疲劳寿命预测仿真系统 MSC/FATIGUE • 6）机构运动仿真软件 MSC/ADAMS • 7）通用有限元分析系统 MSC/NASTRAN for Windows • 8）基于CAD技术的有限元前后处理器 MSC/ARIES
第三章
NASTRAN有限元模型知识
离散化结构的描述
l
l l
有限元模型所需数据：
坐标系 模型几何
l
l l l
有限单元
载荷 边界条件 材料性质
坐标系
MSC/NASTRAN 有直角笛卡尔坐标 系 , 称为基本坐标系 , 也称缺省 坐标系 MSC/NASTRAN允许建局部坐标系, 包括直角、柱面(r,θ,z)与球面 坐标系(r,θ,φ)
17）机构运动仿真系统 MSC/WORK MODEL
18) 控制仿真系统 MSC/EASY 5
MSC产品应用
航空航天、机械、汽车、船舶、铁道、建筑电 子、化工、材料、核能、冶金、地矿、生物医 学及教学与科研等领域和部门
92%的机械设计制造; 97%的汽车; 95%的 航空航天;98%国防。 MSC公司产品占CAE领域40%市场
1997年, MSC/NASTRAN V70版
2001年,MSC/NASTRAN2001版
3
MSC/NASTRAN主要特点与功能
• MSC/NASTRAN 的主要特点
1)大型、通用、功能齐全、适用面广 2)极高的软件可靠性 3)世界领先的计算结构技术先进性
8-Nastran静力分析
上面运算由一个或多个模型数据卡所控制：
运 算 模 型 数 据 卡
多点约束
MPC，MPCADD，RROD，RBAR，RTRPLT，RBE1，RBE2，RBE3， RSPLINE
单点约束
SPC，SPC1，SPCADD，GRID，GRDSET，PARAM，AUTOSPC， YES
静力减缩
OMIT，OMIT1，ASET，ASET1
平衡检查
为检验静力平衡，需计算支持点的反力
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Introduction to Femap
与经典理论结果的比较
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Introduction to Femap
Introduction to Femap
第3步 形成模型数据集
建立有限元模型的“几何”、“单元”、“材料”、“载荷”与“约束”五类 数据 几何数据
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Introduction to Femap
GRID卡如下：
若采用自由域格式,则为:
多点约束减缩（MPC），消去线性相关自由度（可选的）； 单点约束减缩（SPC），消去刚体运动自由度； 静力减缩（OMIT），减小求解问题的规模（可选） 自由体支持（SUPORT），分析惯性卸载问题
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Introduction to Femap
Introduction to Femap
CBAR单元的性质PBAR卡：
a) PBAR卡第5项和第6项。,两者不能颠倒。 应力恢复系数Ci、Di、Ei和Fi的选取，由用户在梁剖面（Y-Z平面）上任 选的四点局部坐标值。
nastran 操作实例
“机械工程有限元分析基础”本科生课程有限元分析软件MSC.NASTRAN2005r2ed操作指南南京航空航天大学机电学院设计工程系陈剑张保强郭勤涛2007年11月有限元结构静力与动态分析详细步骤南京航空航天大学机电学院设计工程系陈剑张保强郭勤涛一、分析目的有限元分析(FEA)是对物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情况的数值近似。
通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知量。
借助有限元分析软件进行结构静力与结构动力分析可以节省大量的时间。
通过本分析可以熟悉有限元软件patran与nastran的使用。
二、分析内容1、使用nastran进行一个悬臂梁的静力分析和动力分析2、使用nastran进行直齿圆柱齿轮的静力分析三、使用软件简单介绍MSC.Patran作为一个优秀的前后之处理器，具有高度的集成能力和良好的适用性：自动有限元建模: MSC.Patran的新产品中不断增加了很多更灵活更方便的智能化工具, 同时提供了自动网格及工业界最先进的映射网格划分功能, 使用户快速完成他们想做的工作。
同时也提供手动和其它有限元建模方法，一满足不同的需求。
分析的集成：MSC.Patran提供了众多的软件接口，将世界上大部分著名的不同类型分析软件和技术集于一体，为用户提供一个公共的环境。
这样可以使用户不必担心不同软件之间的兼容问题，在其它软件中建立的模型，在MSC.Patran 中仍然可以正常使用，非常灵活。
用户也能够根据多种类型的仿真结果对产品的整体设计给出正确的判断, 进行相应的改进，这就大大的提高了工作效率。
用户可自主开发新的功能：用户可将MSC.Patran作为自己的前后置处理器, 并利用其强大的PCL（Patran Command Language ）语言和编程函数库把自行开发的应用程序和功能及针对特殊要求开发的内容直接嵌入MSC.Patran的框架系统, 或单独使用或与其它系统联合使用。
3-Nastran输入文件
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Introduction to Femap
载荷
(1) NX/NASTRAN可处理的载荷包括静力载荷、动
力瞬态、振动载荷、热载、地震加速度和随机 载荷…… (2) 静力载荷包括： l l 板和体面上的压力载荷
l 重力载荷 由加速度引起的载荷
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Introduction to Femap
材料性质
NASTRAN可处理材料包括：
各向同性，各向异性，非线性(与应力相关)， 流体，温度相关的，以及复合材料等
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NASTRAN语句
可选 可选
文件管理语句
执行控制语句 CEND
必须
必须限定符 情况控制指令
BEGIN BULK
模型数据集 ENDDATA
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必须限定符
必须的限定符
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NASTRAN 语句（可选的）
(2) NASTRAN语句、文件管理段、执行控制段、情况控制段用自由格式
(3) 模型数据段用三种格式中任何一种 (4) NASTRAN 模型数据段每一个输入数据记录(卡)包含十个字域 (5) 第一个字域填入该模型数据卡的特征名(如GRID,CBAR,MAT1,等 等) 4） 第二字域至第九字域包含模型数据记录(卡)的数据输入信息 第十字域不填数据，为继续信息记录(卡)预备
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Nastran基础培训-PPT文档资料
第 1 章 MSC.NASTRAN
1 NASTRAN与MSC/NASTRAN
NASTRAN 程序由来
1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis）是一个大 型、通用有限元结构分析计算机程序
2) 在美国国家宇航局 ( National Aeronautics and Space Administration，简称 NASA) 主办下研制与 发展的
4、MSC/NASTRAN 参考手册
( MSC/NASTRAN Referemce Manual )
第 2 章 有限元分析引言
有限元法在工程分析中的作用
工程分析
经典法
数值法
精确解法
近似解法
能
边
量
界 元
法
法
有 限 差 分 法
有 限 元 法
有限元法的过程
线性静力分析的基本矩阵方程
单元刚度矩阵
FF12ELA11 11uu12
模型几何
MSC/NASTRAN中，模型几何用结点定义
结构结点加载而移动 结构模型每一结点有六个可能位移（自由度）
三个移动(在X、Y和Z方向)和三个转动(关于X、Y和Z轴)
有限单元
Nastran中，单元名前字母C是表“connection”
■ 弹簧元（性质如简单拉伸或扭转弹簧）
CELAS1～4
■ 线单元（性质象杆、棒或梁） 杆元： CROD，CONROD 直梁元：CBAR，CBEAM 曲梁元：CBEND
[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量
FKu
总体刚度矩阵
FF12KKaa
Kau1 Ka u2
UG NX 8.5 有限元分析入门与实例精讲 第3章
（6）创建载荷
1）单击工具栏中的【载荷类型】图标右侧的小三角形符号，单击其中的【螺 栓预紧力】图标；
设置 相关 参数
2019/12/25
单击确定
螺栓预紧力 施加示意图
2）施加过盈接触压力
单击工具栏中的【载荷类型】图标右侧的小三角形符号，单击其中的【压力】 图标，弹出对话框；
定义小 端的压 力
UG NX高级仿真支持的线性静力学分析的解算器主要有： （1）NX Nastran-SOL 101 Linear Statics – Global Constraints，全局
约束：该解算类型可以创建具有唯一载荷的子工况，但是每个子工况均使用相同的 约束条件（包括接触条件）。
（2）NX Nastran- SOL 101 Linear Statics – Subcase Constraints，多 个约束：该解算类型可以创建多个子工况，每个子工况既包含唯一的载荷又包含唯 一的约束，设置不同子工况参数并提交解算作业时，解算器将在一次运行中求解每 个子工况。
3.4 操作步骤
创建有限元模型的解算方案 设置有限元模型基本参数 划分有限元模型网格 建立螺栓连接单元 创建仿真模型 创建载荷 创建分析子工况 求解 后处理：分析四种载荷对连杆组产生的变形和应力影响
（1）创建有限元模型的解算方案
依次左键单击【开始】和【高级仿真】，在【仿真导航器】窗口分级树中， 单击【Connecting Rod.prt】节点，新建FEM和仿真，进入创建有限元 模型的环境。注意在【仿真导航器】窗口出现了相关数据节点，可以查看 各个节点的含义。
螺栓连接使用螺栓单元，建立在连杆体与大端的连接孔内，对其施加轴向预紧力。 为简化分析，在小头孔，大头孔中使用局部圆柱坐标系，施加径向的载荷近似于余弦载
Natran官方培训教程-Nastran静力分析7-9章
为X1、X2确定比例系数，用如下字符表示： “LE”（实际长度），Xi值是沿单元轴的实际距离，若X1≠X2，Pi值是单元 每单位长度的载荷密度； “FR”（比例长度），Xi值是沿单元轴距离与单元总长度之比，如果X1≠X2 ，Pi值是单元每单位长度的载荷密度； “LEPR”（投影长度），Xi值是沿单元轴的实际距离； “FRPR” （比例投影长度），Xi值为沿单元轴实际距离与总长之比，Pi值 为单元每单位投影长度载荷密度； 从梁（CBAR、CBEAM或CBEND）端A起算的沿梁轴线之距（实数，X2可为 空白，）。
与 G1 结 点 同 一 面 上 的 对 角 结 点 编 号 ， 仅 对 于 体 单 元 CHEXA 和 CPENTA才要求的。对于CPENTA单元的三角面是不要求的。
四面体元CTETRA不受压力的角结点编号（整数>0）。
坐标系标识号（整数0，缺省值= 0）。 在坐标系CID中定义的向量分量，用于定义载荷密度向量方向（实 数）。
对CBEND单元，分布载荷限沿单元全长线性变化 PLOAD1卡的格式如下
名称 SID EID
TYPE
SCALE
X1，X2 P1，P2
内
容
载荷集标识号（整数>0）。
CBAR、CBEAM或CBEND单元的识别号（整数>0）。
载荷类型。用如下字符表示： “FX”、“FY”或“FZ”：分别为基本坐标系中X、Y或Z方向的力； “MX”、“MY”或“MZ”： 分别为单元坐标系中X、Y或Z方向的力矩； “MXE”、“MYE”或“MZE”： 分别为单元坐标系中X、Y或Z方向的力矩；
重力加速度向量比例系数（实数）。
在坐标系CID中定义的加速度向量分量（实数，只少有一个Ni≠0）。
旋转引起的离心惯性力，用RFORCE卡定义。格式
与 G1 结 点 同 一 面 上 的 对 角 结 点 编 号 ， 仅 对 于 体 单 元 CHEXA 和 CPENTA才要求的。对于CPENTA单元的三角面是不要求的。
四面体元CTETRA不受压力的角结点编号（整数>0）。
坐标系标识号（整数0，缺省值= 0）。 在坐标系CID中定义的向量分量，用于定义载荷密度向量方向（实 数）。
对CBEND单元，分布载荷限沿单元全长线性变化 PLOAD1卡的格式如下
名称 SID EID
TYPE
SCALE
X1，X2 P1，P2
内
容
载荷集标识号（整数>0）。
CBAR、CBEAM或CBEND单元的识别号（整数>0）。
载荷类型。用如下字符表示： “FX”、“FY”或“FZ”：分别为基本坐标系中X、Y或Z方向的力； “MX”、“MY”或“MZ”： 分别为单元坐标系中X、Y或Z方向的力矩； “MXE”、“MYE”或“MZE”： 分别为单元坐标系中X、Y或Z方向的力矩；
重力加速度向量比例系数（实数）。
在坐标系CID中定义的加速度向量分量（实数，只少有一个Ni≠0）。
旋转引起的离心惯性力，用RFORCE卡定义。格式
nastran模态分析
=8 CQUAD4 31 1 34 35 46 45 =,*1,=,*1,*1,*1,*1 =8 MAT1 1 3.+7 .3 .282 GRID 1 0. 0. 0. =,*1,=,*0.5,== =9 GRID 12 0. .5 0. =,*1,=,*0.5,== =9 GRID 23 0. 1. 0. =,*1,=,*0.5,== =9 GRID 34 0. 1.5 0. =,*1,=,*0.5,== =9 GRID 45 0. 2. 0. =,*1,=,*0.5,== =9 SPC1 1 12345 1 12 23 34 45 ENDDATA
CQUAD4 24 1 26 27 38 37 CQUAD4 25 1 27 28 39 38 CQUAD4 26 1 28 29 40 39 CQUAD4 27 1 29 30 41 40 CQUAD4 28 1 30 31 42 41 CQUAD4 29 1 31 32 43 42 CQUAD4 30 1 32 33 44 43 CQUAD4 31 1 34 35 46 45 CQUAD4 32 1 35 36 47 46 CQUAD4 33 1 36 37 48 47 CQUAD4 34 1 37 38 49 48 CQUAD4 35 1 38 39 50 49 CQUAD4 36 1 39 40 51 50 CQUAD4 37 1 40 41 52 51 CQUAD4 38 1 41 42 53 52 CQUAD4 39 1 42 43 54 53 CQUAD4 40 1 43 44 55 54 MAT1 1 3.+7 .3 .282 GRID 1 0. 0. 0. GRID 2 .5 0. 0. GRID 3 1. 0. 0. GRID 4 1.5 0. 0. GRID 5 2. 0. 0. GRID 6 2.5 0. 0. GRID 7 3. 0. 0. GRID 8 3.5 0. 0. GRID 9 4. 0. 0. GRID 10 4.5 0. 0. GRID 11 5. 0. 0. GRID 12 0. .5 0. GRID 13 .5 .5 0. GRID 14 1. .5 0. GRID 15 1.5 .5 0. GRID 16 2. .5 0. GRID 17 2.5 .5 0. GRID 18 3. .5 0. GRID 19 3.5 .5 0. GRID 20 4. .5 0. GRID 21 4.5 .5 0. GRID 22 5. .5 0. GRID 23 0. 1. 0. GRID 24 .5 1. 0. GRID 25 1. 1. 0. GRID 26 1.5 1. 0. GRID 27 2. 1. 0. GRID 28 2.5 1. 0. GRID 29 3. 1. 0. GRID 30 3.5 1. 0. GRID 31 4. 1. 0. GRID 32 4.5 1. 0. GRID 33 5. 1. 0. GRID 34 0. 1.5 0. GRID 35 .5 1.5 0.
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装配总体刚度矩阵
计算位移、应力等
施加约束边界条件
F = 10000 磅
例子：
面积 A = 1.5 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2
L = 10 英寸YIN
面积 A = 2.0 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2
L = 10 英寸
1、建立结构有限元模型
L=10英寸 A=1.5英寸2
Ka 0 u1 F1 K a u F2 K a K a K b K b 2 F 0 Kb K b u 3 3
线性静力有限元分析步骤
结构离散 施加载荷
形成单元刚度矩阵
求解方程
第2章
有限元分析引言
有限元法在工程分析中的作用
工程分析
经典法
数值法
精确解法
近似解法
能 量 法
边 界 元 法
有 限 差 分 法
有 限 元 法
有限元法的过程
线性静力分析的基本矩阵方程
单元刚度矩阵
F1 EA 1 1 u1 u F2 L 1 1 2
第三章
NASTRAN有限元模型知识
离散化结构的描述
l
l l
有限元模型所需数据：
坐标系 模型几何
l
l l l
有限单元
载荷 边界条件 材料性质
坐标系
MSC/NASTRAN有直角笛卡尔坐标 系,称为基本坐标系,也称缺省 坐标系 MSC/NASTRAN允许建局部坐标系, 包括直角、柱面(r,θ,z)与球面 坐标系(r,θ,φ)
lCOSMOS/NASTRAN: COSMOS公司专利版
•2
MSC/NASTRAN开发历史
1964年，MSC承担美国航空航天局（NASA）主持 NASTRAN的开发 1971年，MSC推出专利版MSC/NASTRAN 1973年，MSC指定为NASTRAN(NASA)维护商
1989年, 发布经重大改进的 MSC/NASTRAN66
3)热传导分析
l l l l 线性稳态热传导分析 非线性稳态热传导分析 瞬态热传导分析 非线性瞬态热传导分析
4)气动弹性分析
l 静态气动弹性分析 l 动气动弹性分析 包括颤振分析，频率响应分析，瞬态响应分析，随机响应分析， 以及气动伺服弹性分析。
5) 多级超单元分析
l l l 线性静力超单元分析 屈曲超单元分析 动力超单元分析（模态综合法） 包括固有模态分析，直接与模态复特征值，直接与模态频率响 应和直接与模态瞬态响应。 l 气动弹性响应超单元分析 l 颤振超单元分析 l 稳态与瞬态热传导超单元分析 l 循环对称（静力、屈曲）超单元分析
•4
MSC/NASTRAN 主要功能
1)静力分析
l 线性静力分析（包括惯性卸载） l 屈曲分析 包括线弹性屈曲，弹性非线性屈曲和弹塑性屈曲分析。 l 静力几何与材料非线性分析 包括：大变形（大位移、大转动以及跟随力），非线性弹性，弹塑性，蠕变， 粘弹性以及接触问题。
2)动力分析
l l l l l l l l l l 正交模态分析（固有频率与振动模态） 直接复特征值分析 模态复特征值分析 直接频率响应分析 模态频率响应分析 直接瞬态响应分析 模态瞬态响应分析 响应谱分析 随机动力分析 具有几何和（或）材料非线性的瞬态响应分析
2)
3) 4) 5)
型、通用有限元结构分析计算机程序 在美国国家宇航局 ( National Aeronautics and Space Administration，简称 NASA) 主办下研制与 发展的 1964年1月，NASA制定任务书 由计算机科学(Compnter Sciences)、Martin 公 司和MSC组成研制队承包程序研制 1968年5月 ，该程序首先在Goddard运行
四面体元 CTETRA
■
l
l l
约束元（无限刚硬，称为刚性元）
刚性杆：RROD
刚性梁：RBAR 刚性三角板：RTRPLT
l
l l
刚性体：RBE1，RBE2
均方加权约束元：RBE3 内插约束元：RSPLINE
载荷
(1) MSC/NASTRAN可处理的载荷包括静力载荷、动 力瞬态、振动载荷、热载、地震加速度和随机 载荷……
结点 3#
单元 ②
结点 2# L=10英寸 A=2.0英寸2 单元 ①
结点 1#
2、形成单元刚度矩阵
3、总装刚度矩阵
4、施加边界条件
5、施加作用载荷
6、求解矩阵方程
7、计算单元应力
(el1)
(el2)
L u 2 u1 0.005 0.0 0005 0. L L 10
6)设计敏度分析与结构优化
l 设计敏度分析 l 多约束结构优化
7) 通用矩阵运算
l 运用DMAP修改MSC/NASTRAN固定流程 l 建立用户自己的有限元求解系列
8) 特殊分析功能
l l l 声响分析 流体与结构耦合分析 循环对称分析
l 层复合材料分析
5 MSC/NASTRAN的前后处理
1、 MSC公司提供的
17）机构运动仿真系统 MSC/WORK MODEL
18) 控制仿真系统 MSC/EASY 5
MSC产品应用
航空航天、机械、汽车、船舶、铁道、建筑电 子、化工、材料、核能、冶金、地矿、生物医 学及教学与科研等领域和部门
92%的机械设计制造; 97%的汽车; 95%的 航空航天;98%国防。 MSC公司产品占CAE领域40%市场
[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量
F K u
总体刚度矩阵
F1 K a K a u1 F2 K a K a u 2 F2 K b K b u 2 F3 K b K b u 3
MSC.NASTRAN 基础培训
第 0 章 MSC.Software公司
公司概况
MSC公司建于1963年。 总部：美国洛杉机。 分部：欧洲（德国）和日本 办事处：30多个国家设有办事处 亚太办事处：东京总部，大板分公司 汉城，悉尼，台北 中国办事处：北京、上海、成都、深 圳 雇员：技术工程师680多人
1、 MSC/NASTRAN
2、用户指南 3、MSC/NASTRAN 快速参考手册
使用入门
（ Getting Started With MSC/NASTRAN User’s Guide ）
( MSC/NASTRAN Quick Reference Guide )
4、MSC/NASTRAN 参考手册
( MSC/NASTRAN Referemce Manual )
MSC/PATRAN,MSC/ARIES
2、通用CAD软件
如Unigraphics(UG),Pro/ENGINEER与I-DEAS等 3、所有著名CAD/CAM系统及专用有限元前后处理软件 都与MSC/NASTRAN有接口，均可生成MSC/NASTRAN的 输入文件，并进行后处理。
6 MSC/NASTRAN的文档资料
模型几何
MSC/NASTRAN中，模型几何用结点定义
结构结点加载而移动
结构模型每一结点有六个可能位移（自由度）
三个移动(在X、Y和Z方向)和三个转动(关于X、Y和Z轴)
有限单元
Nastran中，单元名前字母C是表“connection”
■ 弹簧元（性质如简单拉伸或扭转弹簧）
CELAS1～4
■ 线单元（性质象杆、棒或梁） 杆元： CROD，CONROD
(2) 静力载荷包括：
l l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷 由加速度引起的载荷 l 强迫位移 l 集中力和力矩 l 梁上的分布载荷
边界条件
(1) 结构对载荷的响应通过约束点或结构点处产
L u 3 u 2 0.01167 0.005 0006667 0. L L 10
1 1 σ (el ) = Eε (el ) = 10 ×10 6 ×(-5) ×10 -4 = - (磅 / 英寸) 2 5000
σ (el2 ) = Eε (el2 ) = 10 ×10 6 ×(-6.667 ) ×10 -4 = - (磅 / 英寸) 2 6667
直梁元：CBAR，CBEAM 曲梁元：CBEND
■
面单元（性质象膜或薄板）
三结点三角形板元：CTRIA 3 六结点三角形板元：CTRIA 6 四结点四边形板元：CQUAD 4 八结点四边形板元：CQUAD 8
四结点剪力板元：CSHEAR
■ 六面体元（性质象块料或厚板材）
六面体元 CHEXA 五面体元 CPENTA
• 主要产品：
• 1）大型通用有限元程序 MSC/NASTRAN
• 2）非线性有限元分析程序 MSC/MARC
• 3）三维非线性和瞬态动力学软件 MSC/DYTRAN • 4）通用有限元前后置处理系统 MSC/PATRAN • 5）结构疲劳寿命预测仿真系统 MSC/FATIGUE • 6）机构运动仿真软件 MSC/ADAMS • 7）通用有限元分析系统 MSC/NASTRAN for Windows • 8）基于CAD技术的有限元前后处理器 MSC/ARIES
1991年，将CAD技术引入MSC/NASTRAN V67.5及相 应产品 Nastran for Window 1994年，MSC公司发布了经重大改进的MSC/NASRANV68 版
1994年，MSC与PDAE合并,形成了以MSC/ NASTRAN 为核心的MSC产品系列 如：MSC.MVISION、 MSC.PATRAN、 MSC.THERMAL、MSC.FEA、MSC/DYTRAN、 MSC.FATIGUE、MSC.AFEA等 1995年,MSC/NASTRAN V68.2版 1996年,MSC/NATRAN V69版