nastran动力学分析

S8-19
TSTEPNL – 时间步和结果
1
2
3
4
TSTEPNL
ID
NDT
5
6
7
8
DT
NO
9
10
• DT, NDT – 时间增量和总时间步
• NO – 结果输出间隔增量步
– 如果为正，输出位置由DT控制，默认值为1，每步输出。 – 如果为负，在NO个实际计算增量步后输出(SOL 129风格)
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K * ( M, B, K, t ) U
等效动力 刚度
=
P * ( t, Ů, Ü, M, B, P )
等效动力 载荷矢量
• 等效动力刚度和载荷矢量由积分策略决定。 • 例如，使用平均加速度策略，也称之为trapezoidal法则或Newmark策略( =
1/2, = ¼)
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S8-22
TSTEPNL –结果输出(续)
• 用户可以使用使用OTIME进行附加时间控制，例如：
OTIME = 99
SET 99 = 0.025, 0.035
additional output
$
SUBCASE 10
STEP 1
LOAD = 1
NLPARM = 110
STEP 2
ANALYSIS = NLTRAN
S8-11
用户界面
• 载荷定义
TLOAD1 TLOAD2 DAREA LSEQ NOLIN1 NOLIN2 NOLIN3 NOLIN4
瞬态载荷，格式为一系列的时间，载荷对。 瞬态载荷，格式为解析函数。 瞬态载荷缩放系数。 为静态载荷生成瞬态载荷加载历史。 表格函数输入非线性瞬态载荷。 两个变量的积作为非线性瞬态载荷。 正的变量的指数作为非线性瞬态载荷。 负的变量的指数作为非线性瞬态载荷。
S8-4
瞬态分析回顾
• 非线性瞬态分析
– 非线性瞬态分析将时间过程分为若干个小的时间步。(有限个解)
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S8-5
瞬态分析回顾
• 在某个时间步结束时的计算结果作为下一个时间步的初始条件。 • 每一个时间步中，位移，速度和加速度的相互关系确定(积分策略) 。
S8-16
积分策略
• 两点积分方案
– 使用如下平衡方程： – 假设时间步的加速度等于时间步开始和时间步结束时的加速度的平均值。
– 速度和位移通过积分得到
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S8-17
• PFNT – 纯完全牛顿迭代。基本与完全牛顿迭代法相同，除了默认值EPSU和 EPSW = -0.01, EPSP=0.01，MAXLS=0。
• 对于FNT和PFNT，刚度矩阵是否更新，取决于是否收敛，下一载荷增量步开 始由KSTEP域决定：
– KSTEP=“BLANK” – 由SOL 400基于单元类型决定。默认值。 – KSTEP= 1 – 刚度不更新。 – KSTEP=-1 – 刚度始终更新。
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S8-23
TSTEPNL –结果输出(续)
• 数据组选项允许最小化使用磁盘空间。(在增量步很多的时候尤其重 要。)
– PARAM, NLPACK, n
• N=-1 – 按要求输出结果数据，但是只存储最后一步结果用于重启动，因此， 只能重最后一步重启动。
S8-15
通用功能
• 瞬态材料非线性，几何非线性，和接触问题可以使用这一求解序列计算。 • 线性超单元可以与非线性单元组合使用。 • 部件模态减缩法(SEQSET,EIGR)可以使用线性超单元。
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积分策略
• 平衡方程以增量值为变量，改写为：
动态刚度
• 速度计算如下：
动态载荷系数
• 注意：加速度不需要计算，因为它没有出现在增量平衡方程中。 • 后处理时，加速度计算公式如下：
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– 与非线性静态分析输入一致。 – 材料非线性
• MATS1
– 几何非线性
• PARAM,LGDISP,+1
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S8-13
用户界面
• 非线性分析附加输入(续)：
– 仅接触
• 质量定义
– 在MATi数据块中RHO域输入。 – CMASSi数据块输入，缩放单元质量。 – CONMi数据块输入，定义集中质量单元。 – PARAM,COUPMASS，指定生成耦合质量矩阵，而不是集中质量矩阵，针对
具有耦合质量矩阵功能的单元。
– PARAM,WTMASS.
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– DLOAD, LOADSET和NONLINEAR载荷工况控制命令。
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S8-12
用户界面
• 初始条件指定
– TIC数据块 – IC 工况控制命令顾
• 在时间步开始和结束时，满足平衡方程。 • 在时间步内，不满足平衡方程。因此，选择t很重要。 • t 越大，计算准确性越低。 • t 越小，计算准确性越高。 • 需要使用自动调整时间步长的求解策略，实现平衡计算精度和计算成本之
间关系的一个最佳值。 • 调整时间步长值需要更新和分解动力学刚度。
S8-2
瞬态分析回顾
• 静态分析：
– 计算满足平衡方程的解U：所有的跟随效应在等式右边。
F(U) = P
• 瞬态分析：
– 计算满足平衡方程的解U：
惯性力项
阻尼力项
单元力项
外力项
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S8-9
用户界面
• 阻尼定义
– CVISC数据块输入，针对粘性阻尼单元。 – MATi数据块的GE域，输入非线性单元阻尼 – PARAM, G输入整体结构阻尼
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– ITER – 每隔KSTEPth个迭代步更新刚度。自动调整时间步长。
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S8-25
TSTEPNL –刚度更新(续)
• FNT – 完全牛顿迭代法。每个迭代步更新刚度矩阵。默认的EPSU, EPSP和 EPSW = 0.01，MAXLS=2。缺省值接触。
第8章
非线性瞬态动力学分析
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S8-1
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4
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6
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METHOD MAXQN
KSTEP MAXLS
10
MINITER
• 方法(默认：AUTO，接触：FNT)
– ADAPT – 自动调整时间步长。每隔KSTEPth个收敛的二分解时，更新刚度。 – AUTO, SEMI – 自动刚度更新，增强收敛。自动调整时间步长。SEMI = 第一
次迭代后更新刚度。
un
tn 时刻位移，约等于dn。
.u.. n
tn 时刻速度，约等于vn。
un
tn 时刻加速度，约等于an。
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S8-6
瞬态分析回顾
• Nastran提供几个不同的积分策略。 – 隐式积分：计算dn+1 时，需要使用tn+1时刻的平衡条件。 – 显式积分：计算dn+1 时，使用tn时刻的平衡条件。(SOL 700) • 使用积分策略将瞬态平衡方程简化为静态平衡方程形式。
S8-3
• 线性系统
瞬态分析回顾
• 一般非线性系统
– 系统质量可能改变 – 阻尼可能改变 – 刚度可能改变 – 载荷可能是系统响应函数 – 在MSC.Nastran中，质量和阻尼不能改变 (除了CBUSH1D) 。平衡方程为：
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• BCTABLE/BCBODY
– 材料和几何非线性组合
• MATS1 • PARAM,LGDISP,+1
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S8-14
SOL 400输入实例
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S8-18
非线性瞬态分析的TSTEPNL
• HHT (Houbolt, Hughes和Taylor) 时间积分方案比Newmark-Beta法有更 好的数值阻尼。
• NDAMP (for B, F and P)设为0.0 (默认值，接触) • NDAMPM (for M) 设为1.0 (默认值，接触)
DLOAD = 3
TSTEPNL = 130
BEGIN BULK
$.......2.......3.......4.......5.......6.......7.......8.......9.......0
TSTEPNL 130
100
0.01 10
AUTO
“NO” field, output for t = 0, 1*10*0.01, 2*10*0.01, …
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S8-8
用户界面
• 求解序列
– SOL 400
• 求解策略
– TSTEPNL数据块输入。 – TSTEPNL工况控制命令。 – NLSTEP – 新时间步输入。
• N=1 – 每一数据块包括输出时间步输出数据和相应的重启动数据。重启动可 以在每一个输出步执行。
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S8-24
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TSTEPNL
3
ID
TSTEPNL –刚度更新
S8-10
用户界面
• 阻尼定义
– PARAM, W3，转换结构阻尼为等效粘性阻尼 – PARAM, W4，转换单元阻尼为等效粘性阻尼 – PARAM, NDAMP (默认：.01)，定义数值阻尼。 – 最通用阻尼定义(不包括CBUSH1D)：
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以上NDAMP和NDAMPM的默认设置在单步Houbolt运算中使用，推荐为接触问题 的设置。
• NDAMP (for B, F and P)设为-0.05 (默认值，非接触) • NDAMPM (for M)设为0.0 (默认值，非接触)
M, B, F和P代表质量，阻尼，内部力和外部力。
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