MSC Nastran操作与实战培训教程剖析
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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 ×
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
4)独特的DMAP语言
5) 标准的输入/输出格式
1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis)是一个大
2)
3) 4) 5)
• 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 l UAI/NASTRAN:通用分析专利版本
l SPERRY/NASTRAN: SPERRY UNIVAC公司专利版
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……
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
பைடு நூலகம்
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
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
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
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)
MSC.Software公司
•
• • •
• • • • • •
第 一 笔 业 务 : NASA 通 用 有 限 元 结 构 分 析 程 序 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 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
Ka 0 u1 F1 K a F2 K a K a K b K b u 2 F 0 u K K b b 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
• 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 1u1 F2 L 1 1 u2
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 0.0005 L L 10
lMARC/NASTRAN:MARC分析与研究专利版 l DTNSRDC/NASTRAN:David Taylor海军舰艇研究发展 中心专利版 lNKF/NASTRAN: NKF工程协会专利版
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
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
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 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
[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量
F Ku
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 u F K K b 3 3 b
MSC Nastran操作与实 战培训教程
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
(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
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
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 )
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 l 运用DMAP修改MSC/NASTRAN固定流程 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
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 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
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
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 ×
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
4)独特的DMAP语言
5) 标准的输入/输出格式
1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis)是一个大
2)
3) 4) 5)
• 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 l UAI/NASTRAN:通用分析专利版本
l SPERRY/NASTRAN: SPERRY UNIVAC公司专利版
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……
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
பைடு நூலகம்
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
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
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
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)
MSC.Software公司
•
• • •
• • • • • •
第 一 笔 业 务 : NASA 通 用 有 限 元 结 构 分 析 程 序 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 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
Ka 0 u1 F1 K a F2 K a K a K b K b u 2 F 0 u K K b b 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
• 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 1u1 F2 L 1 1 u2
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 0.0005 L L 10
lMARC/NASTRAN:MARC分析与研究专利版 l DTNSRDC/NASTRAN:David Taylor海军舰艇研究发展 中心专利版 lNKF/NASTRAN: NKF工程协会专利版
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
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
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 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
[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量
F Ku
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 u F K K b 3 3 b
MSC Nastran操作与实 战培训教程
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
(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
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
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 )
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 l 运用DMAP修改MSC/NASTRAN固定流程 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
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 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
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