MSC NASTRAN基础培训

■ 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
四面体元 CTETRA
■ 约束元（无限刚硬，称为刚性元）
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 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
8）商品化材料数据信息系统 MSC/MVISION 9）锻压仿真系统 MSC/SuperForm 10) 速跌落试验仿真系统 MSC/DropTest 11) 面向设计人员的分析软件 MSC/InCheck 12）车辆舒适性预测仿真系统 MSC/NVH-Manager 13）预测系统 MSC/AKUSMOD 14）汽车有限元模型处理系统 MSC/AMS 15）拓扑及形状优化设计软件系统 MSC/Construct 16）成型仿真系统 MSC/SuperModel 17）机构运动仿真系统 MSC/WORK MODEL 18) 控制仿真系统 MSC/EASY 5
、 MSC.FATIGUE、MSC.AFEA等
1995年,MSC/NASTRAN V68.2版
1996年,MSC/NATRAN V69版
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
边界条件
(1) 结构对载荷的响应通过约束点或结构点处产 生反力来响应
（2）一些简单边界件
（3）MSC/NASTRAN中，边界条件通过约束适当自由度 为零位移来处理
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
MSC/NASTRAN输入文件结构
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
第三章
NASTRAN有限元模型知识
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)
l UAI/NASTRAN:通用分析专利版本
l SPERRY/NASTRAN: SPERRY UNIVAC公司专利版
lMARC/NASTRAN：MARC分析与研究专利版
l DTNSRDC/NASTRAN：David Taylor海军舰艇研究发展
l
中心专利版
lNKF/NASTRAN： NKF工程协会专利版
l
刚性杆：RROD
l
刚性梁：RBAR
l
刚性三角板：RTRPLT
l
刚性体：RBE1，RBE2
l
均方加权约束元：RBE3
l
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……
(2) 静力载荷包括：
l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷 l 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
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
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
主要用于初始化数据库和FORTRAN 文件
执行控制段（必须的）
（1）主要功能：规定执行作业分析解法类型
（2）其它一般功能：1）可选ID语句，识别作业 2）可选TIME语句，设置作业执行最大时间限
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
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
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
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
1、MSC/NASTRAN输入文件内容
l 要执行的分析类型 l 计算结果输出要求 l 模型几何 l 单元集 l 材料 l 载荷 l 约束(边界条件)
2、输入文件是文本文件
默认扩展名为DAT，由文本编辑软件或有限元前处理软件建立
3、运行MSC/NASTRAN命令
NASTRAN
输入文件名
如：Nastran model1.dat
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量
总体刚度矩阵
线性静力有限元分析步骤
结构离散 形成单元刚度矩阵 装配总体刚度矩阵 施加约束边界条件
施加载荷
求解方程
计算位移、应力等
例子 ：
面积 A = 1.5 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2
面积 A = 2.0 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2
1998年收购MARC公司
1999年收购Work Model 公司
2001年与法国DASSAULT战略同盟
2002年收购MDI公司（ADAMS机构运动仿真)
2002年收收购波音公司控制仿真系统EASY5
• 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
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 1991年，将CAD技术引入MSC/NASTRAN V67.5及相
1、建立结构有限元模型
L=10英寸 A=1.5英寸2
L=10英寸 A=2.0英寸2
F = 10000 磅 L = 10 英寸YIN L = 10 英寸
结点 3# 单元 ② 结点 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
3)热传导分析
l 线性稳态热传导分析 l 非线性稳态热传导分析 l 瞬态热传导分析 ll 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 线性静力超单元分析 l 屈曲超单元分析 l 动力超单元分析（模态综合法）
3) 1964年1月，NASA制定任务书 4) 由计算机科学(Compnter Sciences)、Martin 公
司和MSC组成研制队承包程序研制 5) 1968年5月 ，该程序首先在Goddard运行
• NASTRAN 专利
l COSMIC/NASTRAN:COSMIC维护的非专利版
lMSC/NASTRAN:MSC公司发展的专利版
4、输入文件包括五个部分，三个限定符
NASTRAN语句
文件管理语句
执行控制语句 CEND
情况控制指令 BEGIN BULK
模型数据集 ENDDATA
可选 可选
必须
必须限定符
必须限定符
必须的限定符
NASTRAN 语句（可选的）
主要用来修改一些操作参数 如：工作存储器状况，数据块大小，数据块参数等
文件管理段（可选的）
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
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
6 MSC/NASTRAN的文档资料
1、 MSC/NASTRAN 使用入门
（ Getting Started With MSC/NASTRAN User’s Guide ）
2、用户指南 3、MSC/NASTRAN 快速参考手册
( MSC/NASTRAN Quick Reference Guide )
MSC.Software公司
第一笔业务：
NASA通用有限元结构分析程序
Hale Waihona Puke Baidu
NASTRAN开发（1963年）
1970年开发NASTRAN商业版本MSC/NASTARN
1983年股票上市
1993年收购世界著名CAD软件供应商Aries
Technology 公司
1994年收购CAE领域第二软件供应商PDA工程公司
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
有限元法 有限差分法 边界元法 能量法
精确解法
近似解法
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
[K] =刚度矩阵
8) 特殊分析功能
l 声响分析 l 流体与结构耦合分析 l 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 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。