NASTRAN12.0中文教程课件.ppt

MSCNastran/PatranBasicTraining(NAS120p),线性静力学、模态和屈曲分析,MSC上海办事处2012,NOTE本教材内容根据MSC标准培训教材NAS120/NAS122/PAT301等资料整理而成由于时间仓促，其中不免有疏漏错误之处，如有疑问，请参见上述标准培训教材和Nastran/Patran帮助文档，并引为准.马越峰2012年5月,与标准NAS120教材的区别,从用户易接受程度考虑，按单元类型调整了讲课顺序，由原来的1D-2D-3D调整为3D-2D-1D的顺序进行讲解。增加了部分实用建模内容，如处理装配体协调网格，自定义梁截面，梁单元方向和偏置设置，各类单元混合建模方法等。减少了讲师实际操作演示的部分内容，突出关键操作，配以Patran界面说明。相比标准教材，因为减少了讲师演示内容，因此讲解时间有较大弹性，可适用于2天至5天的培训周期。,课程目的和讲课方式,有限元分析方法的基本概念、分析流程有限元分析方法在Nastran/Patran中的实现MSCNastran的基本功能Patran的基本功能授课方式50%讲解+50%上机练习主讲人员基本信息马越峰(MSC上海办事处)Tel:138-1748-6629Email:yuefeng.ma,课程主要内容,MSC公司和MSC产品有限元基本知识用Patran/Nastran进行静力学分析Patran/Nastran文件格式3维体单元网格建模2维壳单元网格建模后处理注意事项1维单元网格建模0维(Scalar)单元网格建模各类单元的混合建模分组和列表实用操作层合材料板分析模态和屈曲分析附录1：常见错误及解决方法,绪言MSC公司和MSC产品,MSC.Software公司,成立于1963年,总部位于美国洛杉矶，雇员1200多人分布于23个国家全球最大的CAE公司，广泛的用户群，为全球制造行业提供全面的CAE软件和服务是业内CAE仿真的领导者和标准,旗舰产品MSC.Nastran，ADAMSNastran起源于MSC参与的NASA阿波罗登月项目提供企业级多学科协同仿真解决方案SDM和工程咨询服务,全球最早的、具有深刻影响力的十家软件公司,CTRIBMComputerUsageCompanyComputerScienceCorpMSCSoftwareAppliedDataSystems,Inc.CincomSystemsNintendoMicrosoftApple,MSCSZOffice2002,MSCCDOffice1998,MSCBJOffice1993,MoreSatisfiedCustomers,ChinaServiceCenter2000,MSCSHOffice1999,GlobalTechnicalSupportCenter2005,MSC中国,10,公认的行业标准汽车、空天、船舶、重工,公认的行业标准汽车、空天、船舶、重工(中国区),MSC.Software产品线,MSC公司产品线：世界上最完整的固体CAE产品线,固体,流体,(刚性体),线弹性(强度、振动等),非线性柔性体(大变形、材料等),快速冲击(碰撞、爆炸等),(柔性体),机械/力学学科,Adams机构运动,Nastran强度/振动,Marc非线性,Dytran碰撞/流固耦合,热学,Sinda热/辐射,Fatigue疲劳,Actran噪声,Mvision材料库,Patran/SimXpert网格/前后处理器,Xflow流/热,Easy5控制/液压,机构(运动、控制),系统仿真,线弹性,隐式非线性,显式非线性,。重机。船舶。航空。航天。汽车。电子。军工。,热流,热流(热控、流阻等),有限元分析的基本流程,静力学分析演示案例,Patran/Nastran有限元分析基本流程演示有限元分析：部件强度分析-装配体强度分析先讲部件强度,求解器和前后处理器,前处理器：建立有限元模型求解器：求解方程后处理器：评估分析结果Patran,Kx=f,NASTRAN的历史,1965年MSC和美国NASA一起开发，NAsaSTRucturalAnalysis的缩写1972年MSC释放第一个商业版本Nastran广泛应用于各个工程领域获得FAA(美联邦航空局)论证资格,MSCNastran是线性有限元的工业标准！MSCNastran是振动分析的工业标准！,Nastran特点和优势,极高的软件可靠性，经过无数工程问题的验证作为工业标准的输入/输出格式和计算结果强大而广泛的软件功能高度灵活的开放式结构DMAP语言：求解器的二次开发,能够有效解决各类大型复杂结构的：强度、刚度、屈曲、共振、动力学、热力学、非线性、噪声、流体-结构耦合、气动弹性、保密模型装配(超单元)、无约束结构静强度、拓扑优化等问题。,Patran完整，统一，先进的框架式FEA建模平台,分析,CAD/CAM系统:CATIAIDEASPro/EngineerUnigraphicsSolidEadgSolidWorksAutodeskMDT用户自开发CAD,ANALYSISPreference,CADAccess,LMSCADA-XPreference,ANALYSISMANAGER,FATIGUE,MSC.Patran,LAMINATEMODELER,MATERIALSSELECTOR,疲劳仿真,实验测试,分析管理,材料选择,复合材料,设计,分析求解器,模型,载荷及边界条件,网格划分,图形,结果评估,帮助系统,MSC/MVISION材料数据系统,MSC产品:MSC.NastranMSC.DytranMSC.MarcMSC.FLIGHTLOADSADVANCEDFEATHERMALActran第三方产品:ABAQUSANSYSSYSNOISESINDA用户自行开发,CAE的最佳前后处理器,帮助文档和参考书目,Nastran帮助文档在C:MSC.SoftwareMSC_Nastran20121msc20121Docpdf_nastran文件夹下qrg.pdfPatran帮助文档安装盘(patran_2012_windows_doc.exe)安装完成后可以通过F1进入帮助文档,Patran和Nastran的常用设置,系统常用设置-关联设置,Patran和Nastran关联用文本编辑器打开C:MSC.SoftwarePatran_x6420121P3_TRANS.INI修改相应版本Nastran的路径Patran提交计算时修改anasysis-Translationparameters-MSCnastranversion否则会出现错误(errno=2),系统常用设置-Nastran的设置,用文本编辑器编辑文件C:MSC.SoftwareMSC_Nastran20121confNAST20121.rcf,Buffzise有利于nastran的I/O，推荐值见下表,Sdir文件夹用于存储Nastan计算过程中的临时文件，需要比较大的空间。如果rcf文件中没有定义sdir的位置，则Nastran计算会自动终止而没有任何报错信息。Old关键字可以控制nastran重命名或者删除已经存在的计算文件(如f06.，f06.1，f06.2，f06.3)Msgbell关键词控制nastran计算结束时是否发出“嘀嘀”的提醒声,其它有用设置,Nastran和Patran工作路径说明不使用空格和中文字符建议以下命名形式project_abc/ProjectAbc/project.abcPatran自定义材料库的位置C:MSC.SoftwarePatran_x6420121sharewaremscunsupportedutilitiesdata_filesbv_material_data,如何获取License授权：通过FLEXlm,License授权设置：客户端设置系统环境变量变量名MSC_LICENSE_FILE变量值27500hostnameLicense授权设置：服务器端启动FLEXlm的License服务,客户端,服务器,Software(e.g.Nastran/Patran),FLEXlm,TCP/IPPort=27500,服务器防火墙,License文件,log文件,静力学分析,受训者自己动手做一个3维单元的静力学分析,分析流程,前处理器5步曲：导入CAD模型Meshing划分网格Material材料属性Property物理属性Loadcase:BC/LOAD工况：边界和载荷求解设置和分析：选择求解类型后处理器：查看结果,关于B.C/Load的说明,约束和载荷可以施加在几何(Geometry)上，也可以施加在网格节点或者单元(FEM)上。传统做法是将约束和载荷施加在FEM上。比较方便的做法是施加在几何上：网格重划分不影响约束和载荷，好处：只要几何不变，约束和载荷就一直可以使用施加在几何上的约束和载荷最终都会由Patran转化为FEM上的载荷,Patran用户界面和主要操作,PATRAN图形用户界面,下面给出了用于Windows和Unix平台的Patran用户界面(GUI)。除了色彩设计和图标的分布不太一样外,其主要部分是一样的。以后的练习材料在WindowsGUI下进行。,Patran的WINDOWS用户界面,菜单栏,工具栏,历史窗口,命令行,状态图标静态的绿色的表示Patran等待用户输入旋转的蓝色的表示Patran正在执行一个可以使用abort图标立即停止的程序旋转的红色的表示Patran正在执行一个不能被打断的程序,应用表格,主菜单,文件保存,打印,复制到剪切板,Undo取消上一步操作,Abort终止正在运行的程序操作,图像复位,图形刷新,显示和视图按钮,打开最近的文献,主菜单(续),显示模式,当前组,当前视窗,数据库(文件)名称,视窗,Action,Object,Method,选择菜单(过滤按钮),应用窗口,典型的过滤菜单过滤菜单只有当鼠标光标处在选择数据框中的时候才出现。,使用过滤菜单拾取（续）,典型的过滤菜单(续)选择过滤菜单中的图标会带出另外的选取菜单,使用过滤菜单拾取（续）,拾取可见元素当模型以线隐藏方式或喧嚷方式显示时，只有看得见的元素才能被选中拾取可见元素的例子仅选择模型外部六面体单元的自由面旋转模型绕Z轴转动180度,重复操作,使用过滤菜单拾取（续）,拾取可见元素(续)当选择可见元素选择过滤菜单时会出现以下信息可见元素选择过滤菜单激活后将一直保持激活状态，直到用户取消此菜单设置如果不需要，记住关掉此菜单设置,使用过滤菜单拾取（续）,套按钮是一个选择/取消转换开关,数据框用于输入数据在需要的地方点击鼠标,就可以输入数据也可以编辑已有数据,”.”表示点击此按钮将展开一个子窗口,Apply执行操作连字符表示取消这个操作需要在执行完成后立即进行,滑动条为相关变量赋值,控制按钮允许在不同操作间切换。此例中,这个按钮可以设为突出显示或者下凹显示。,使表格设置恢复默认值;默认值可以是常值,也可以改变,应用窗口(续.),实体选择,2种方法,键盘输入。如曲线列表,用鼠标图框/交互式选取,实体编号语法,实体图形选择,独立实体和集合实体的选择由参数选择的选择项控制对于单独的实体选择,选择实体的一部分必须在指针的范围内对于单独的质心选择,将会选择最接近质心的实体附加的工具可用于帮助选择过程,如循环选择窗口预选设置在选择实体前会将实体和编号(ID#)高亮度显示,鼠标操作,选择其中一个按钮,然后按住鼠标中键拖动鼠标,XYRotate,ZRotate,Zoom,鼠标中键旋转视图,Shift,Ctrl,XYTranslate,指针选择,单个实体,将指针移动到实体编号/质心处点击左键,多重选择,按住shift键,然后使用左键选择实体,Shift,指针选择(续),矩形选框(拖拉),多边形选框,注意:完成时双击左键,“Click”,“Click”,也可以在选择菜单里选择此按钮,Ctrl,取消选择,循环选择,将指针移动到选择的实体编号/质心上,点击右键,选择位于另一个实体下部,或者两个实体非常靠近时使用。当循环选择窗口弹出时,可以从窗口进行选择。,指针选择(续),Ctrl,Shift,PATRAN在线帮助(1),安装Patran帮助文档(patran_2012_windows_doc.exe)设置环境变量变量名：P3_HELP_DIRECTORY变量值：C:MSC.SoftwarePatranDocumentation20121html_patran注意变量值最后的斜杠必须有设置IE为默认浏览器,PATRAN在线帮助(2),使用在线帮助两种方法使用下拉菜单的到主题帮助,或者通过互联网帮助按“F1”键以问题的形式得到内容检索帮助注-如果用户已经下载和安装Patran帮助文档，按“F1”键可以获得相关的帮助信息。Patran帮助文档是一个单独文档,PATRAN-NASTRAN工作流程和文件,MSC.PATRAN基本文件,workshops,WS01_landing_gear_strut,如果是首次使用Patran/Nastran，请先按照下页PPT的2个步骤进行软件设置！,Patran和Nastran初始化设置(1),Step1.提取和粘贴Nastran安装路径Windows“开始”所有程序MSC.Softwate-MSCNastran2012-右键属性复制Nastran目标下的全路径，如“C:MSC.SoftwareMSC_Nastran20121binnastranw.exe”,a.,b.,c.,d.,Patran和Nastran初始化设置(2),用文本编辑器打开C:MSC.SoftwarePatran_x6420121P3_TRANS.INI如果使用win7系统，开始程序-附件-记事本-右键“以管理员身份运行”记事本，然后打开P3_TRANS.INI粘贴Nastran路径到相应版本路径并保存需要修改2处，如Alocalcommand2012和Acommand2012,f.,Patran和Nastran初始化设置(3),Step2.设置Nastran的使用版本打开patran，进入Analysis界面点击translationparameters设置MSCNastranversion点击ok,workshops,Patran/Nastran软件设置完毕，请开始练习WS01_landing_gear_strut,landing_gear的补充练习,设置CAD的导入单位,设置输出总体载荷信息OLOAD,外载荷检查(OLOAD),Oload卡片可以计算并输出总体的外载荷信息可以定义输出坐标系，默认为基础坐标系,由T1平动载荷产生的R3弯矩，数值和坐标原点位置相关由T3平动载荷产生的R1、R2弯矩，数值和坐标原点位置相关直接定义的弯矩总载荷,有限元基本知识,节点和单元,有限元模型的例子,有限元模型的例子,节点自由度,每个节点具有的移动能力，称为自由度(DOF)。广义上可以认为，每个节点具有六个自由度，Nastran通常用123456来表示6个自由度。自由度的多少是表征模型的大小的重要信息。,DOF1=T1=u1=在方向1的平移DOF2=T2=u2=在方向2的平移DOF3=T3=u3=在方向3的平移,DOF4=R1=q1=在方向1的旋转DOF5=R2=q2=在方向2的旋转DOF6=R3=q3=在方向3的旋转,有限单元,有限元具有相对容易表达和分析的外形。三个基本的有限单元是梁,板,和实体单元。,梁(1D),板(2D),实体(3D),一维单元,一维梁单元用于对细长的结构进行建模,如下的通讯塔有限元模型,二维单元,二维板单元用于对比较薄的结构进行建模,如飞机机身蒙皮或者汽车的车体,三维单元,三维实体单元用于对比较厚的构件进行建模,如下面所示的活塞头:,NASTRAN单元库,Nastran单元库包含50多种单元0维单元一维单元二维单元三维单元标量单元轴对称单元刚性单元热传递单元流固耦合单元接触单元P单元通用用户定义单元,Scalar,Elements,1-D,Elements,2-D,Elements,3-D,Elements,Rigid,Elements,CONM2,0-D,Elements,CBUSH,CELASi,(i=1,2,3,4),CROD,CONROD,CTUBE,CBAR,CBEAM,CBEND,CQUAD4,CQUAD8,CTRIA3,CTRIA6,CQUADRCTRIARCSHEAR,CHEXA,CPENTA,CTETRA,RBAR,RBE2,RBE3,RSSCON,Axisymmetric,Elements,CTRIAX6,CTRIAXCQUADX,常用的NASTRAN单元,有限元基本知识,有限元方法是怎样工作的？,有限元法是怎样工作的?,基本方法通过将原有模型分为简单形状的单元,将给定问题离散化。单元之间通过节点连接。,有限元法是怎样工作的?(续),三个平移方向(ux,uy,uz)三个转动方向(qx,qy,qz)u=位移向量=uxuyuzqxqyqz,每个节点能够在六个独立的方向运动:包括三个平移和三个转动。称为节点的自由度。,有限元法是怎样工作的?(续),单元和周围节点之间的关系可以描述为:,keue=fe,单元刚度矩阵ke来源于几何外形,材料属性,和单元属性。单元载荷向量fe描述作用于单元上的载荷。位移向量ue在方程中为未知量。描述了在外部载荷作用下节点是如何运动的。,有限元法是怎样工作的?(续),接下来单元刚度矩阵组成总刚度矩阵,载荷组成了总载荷向量。得到下面的整个结构的矩阵方程:,Ku=F,Ku=F,keue=fe,单元方程,总方程,有限元法是怎样工作的?(续),下一步为模型加载边界条件(约束模型)。从数学上就是移除总矩阵方程中与约束自由度相对应的行和列。,边界条件,Ku=F,加载了边界条件的总方程,有限元法是怎样工作的?(续),最后求解总矩阵方程得到未知的节点位移。通过节点位移再计算单元应变和应力。,变形图,应力云图,有限元法是怎样工作的?(续),有限元法总结,受扭转的杆单元刚度矩阵如下所示:,单元刚度矩阵的附加实例,e,受面内剪切和弯曲的梁单元的刚度矩阵如下所示:,单元刚度矩阵的附加实例,例子:两杆组合,下面例子展示了单元刚度矩阵的组合,解决整个结构问题。,例子:两杆组合(续),通过相应位置的叠加组合两个单元刚度矩阵,得到的矩阵称为总刚度矩阵。,(),总刚K,例子:两杆组合(续),给结构施加外载荷,F1=-PF2=0F3=0,例子:两杆组合(续),施加边界条件杆的右端固定,因此u3=0。实现的方法是删除总刚的第3行和第3列。,有限元只有“约束”或者“不约束”，没有“柔性约束”的概念。,例子:两杆组合(续),下面求解矩阵方程求解此方程的一种方法是在方程两端同时乘以K的逆矩阵,orF=Ku,K-1F=u,实际上,使用逆刚度矩阵的方法求解系统方程效率很低,因此MSCNastran使用了一个效率更高的矩阵分解过程而不是矩阵求逆方法。,Element100,Element200,有限元矩阵的特点,对称性，稀疏性,有限元法,Nastran有限元法是位移法，即基本未知量是位移应力、应变等都是由位移量计算出来的NAS120只考虑线弹性分析，不涉及非线性内容,3维体单元网格建模,PATRAN实体模型可以是:蓝色参数化实体白色边界表示的实体本例中我们创建一个参数化实体(蓝色)三个参变量(x1,x2,x3)的矢量函数参数化实体使用IsoMesh(Mapped)网格划分器划分网格(Hex,Wedge,或者Tet单元),体几何,五面体网格Wedgemesh,四面体网格Tetmesh,划分一个简单体,划分简单体网格生成体单元,六面体网格Hexmesh,Patran中创建复杂体(白色),复杂体具有任意数目的定义体边界的面。称为边界表示体(BoundaryRepresentationsolid,即B-Rep体)复杂体有基于Patran本身的B-Rep体或者parasolid格式的B-Rep体,四面体单元Tetmesh,划分B-rep体网格生成体单元,划分一个复杂体,常用3维单元,一阶单元和高阶单元建议优先使用HEX、TET10,体单元的节点自由度,所有体单元的节点只有3个平动自由度，没有转动自由度。MSCNastran会自动打开Autospc选项，抑制转动自由度。,HexaElement,GRID99刚度矩阵项,自动分网(1)-四面体单元,构件(几何模型),四面体自动网格划分,自动分网(1)-四面体单元(续),Patran界面提供3种Tet网格。一般建议使用Tet10计算精度高于Tet4计算时间长于Tet4,自动分网(2)-六面体单元,extrude,几何,六面体网格划分,六面体网格划分自动网格划分法(如前页)Sweep法分割几何法：将复杂几何分割为若干简单几何,extrude,装配体协调网格,Patran提供了以下几种常用装配体协调网格做法：布尔运算法打印痕法粘接法(Glued)使用装配选项,装配体协调网格(1)-布尔运算法,对于相同材料的装配体，可以使用几何布尔运算对多个几何合并成单个几何即可。,装配体协调网格(2)-打印痕法,对于一般装配体，可以使用打印痕(Imprint)的方法然后使用合并重复节点操作,装配体协调网格(2)-打印痕法(续),打印痕(Imprint)网格之后，需要使用合并重复节点操作,装配体协调网格(3)-粘接法,粘接法(Glued)允许不同部件直接采用不同的网格尺寸，甚至是不同类型的网格(如六面体和四面体的装配)具体参见后续的“线性接触”章节,装配体协调网格(4)-使用装配选项,AssemblyParametersCreateDuplicateNodes设为否(默认):在几何界面处自动消除重复节点(单元相连)MatchParasolidFaces:对parasolid格式装配体能生成连续的四面体网格,workshop,WS08A_clamp_sweep_mesherWS08B_clamp_iso_mesherWS09_bracket,坐标系,节点自由度,每个节点具有的移动能力，称为自由度(DOF)。广义上可以认为，每个节点具有六个自由度，Nastran通常用123456来表示6个自由度。自由度的多少是表征模型的大小的重要信息。,DOF1=T1=u1=在方向1的平移DOF2=T2=u2=在方向2的平移DOF3=T3=u3=在方向3的平移,DOF4=R1=q1=在方向1的旋转DOF5=R2=q2=在方向2的旋转DOF6=R3=q3=在方向3的旋转,FieldContentsID节点编号CP定义节点位置的坐标系统编号(大于等于0的整数,或者为空;默认为基础坐标系)X1,X2,X3在坐标系统CP中的节点位置(实数)CD定义节点位移,自由度,约束,和求解向量的坐标系统编号(大于等于0的整数或者为空;默认为基础坐标系统).PS与节点相关的永久单点约束(数字1-6的任何一个,不含空格)不推荐使用此方法约束结构.SEID超单元ID,Nastran节点卡片,Nastran节点卡片,Nastran节点卡片(续),每个节点输入卡参照两个坐标系统域3的坐标系统用于局部节点。称为位置坐标系统.域3的坐标系统用于建立节点位移坐标系统,后者用于定义给定节点的位移方向,自由度,约束,和求解向量.,Nastran常用坐标系统,节点位移坐标系节点位移坐标系统也称为输出坐标系统,这是因为所有的节点运算结果(位移,节点力等)的产生和输出都在这个坐标系统内进行.全局坐标系Globalcoordinatorsystem所有位移坐标系统的联合称为全局坐标系统(GlobalCS)全局坐标系统是不固定的，是有节点位移坐标系统来确定的基本坐标系BasicCS(CID0)Nastran有唯一的坐标系，称为基本坐标系(BasicCS)。这是更通俗意义上的“全局坐标系”，是唯一确定不变的坐标系统。局部坐标系Nastran支持用户自定义的坐标系，称为局部坐标系。,局部坐标系,Nastran局部坐标系支持直角坐标系、柱坐标系和球坐标系。注意：不同的坐标系下，123456表示的DOF是不一样的，需仔细确认，具体见下页介绍！,RectangularLocalCoordinateSystem(X,Y,Z),PointA=localcoordinatesystemoriginPointB=referencepointforzaxisdirectionPointC=referencepointinthex-zplanePointP=gridpointdefinedinlocalrectangularsystem(ux,uy,uz)=displacementcomponentsofPinlocalsystem,常用局部坐标系(1)-直角坐标系,123指(ux,uy,uz),CylindricalLocalCoordinateSystem(R,q,Z),PointA=localcoordinatesystemoriginPointB=referencepointforzaxisdirectionPointC=referencepointinthex-zplanePointP=gridpointdefinedinlocalcylindricalsystem(Ur,Uq,Uz)=displacementcomponentsofPinlocalsystem,常用局部坐标系(2)-柱坐标系,123指(Ur,Uq,Uz),SphericalLocalCoordinateSystem(R,q,f),PointA=localcoordinatesystemoriginPointB=referencepointforzaxisdirectionPointC=referencepointinthex-zplanePointP=gridpointdefinedinlocalsphericalsystem(Ur,Uq,Uf)=displacementcomponentsofPinlocalsystem,常用局部坐标系(1)-球坐标系,123指(Ur,Uq,Uf),节点位移坐标系实例,如果关注节点10和20的水平方向和垂向的位移和力，可以使用坐标系统0定义节点位移。如果关注径向和切向的位移和力，可以将域7的坐标系统由0改为5。,节点位移坐标系实例(续),如何在Patran中修改节点位移输出的系统？,局部坐标系在约束和载荷中的应用,LocalCS可以适用于定义约束或者定义载荷等等,RIGIDELEMENTS,Force,坐标系术语,NASTRAN和PATRAN的等效术语,workshop,WS04_coord_systemWS06_tapered_plate,模型简化和协调分网,利用对称性进行简化，取1/4模型来代替全模型进行分析分割几何功能使用装配选项产生的协调单元,创建一个新的数据库,导入几何模型将模型打断为90度的扇形部分,并创建一个圆柱坐标系,SCUBATANK模型,远离圆角半径创建一个点,Point163,SCUBATANK模型,在该点创建一个面,SCUBATANK模型,使用这个参考面打断实体,SCUBATANK模型,对容器底部部分划分网格,使用单元尺寸为0.125inch,SCUBATANK模型,对容器圆顶部分划分网格,使用单元尺寸为0.25inch,SCUBATANK模型,Solid9,Solid7,Solid8,最后使用单元尺寸0.521inch对圆柱部分进行网格划分。Underassemblyparameters,turnonMatchParasolidFacestomatchthemeshontwoneighboringsolids.,SCUBATANK模型,Equivalencethemodel,SCUBATANK模型,workshop,09_Sec_09_Scuba,Nastran的文件格式,NASTRAN的主要文件,两类结果文件的差异,Nastran结果文件有两种类型:.op2文件和.xdb文件当Patran读入.op2文件后,这个文件就永久性的变成数据库的一部分.当Patran读入.xdb文件以后,这个文件只是与数据卡临时连接起来。当关闭数据卡后,这个文件就与数据卡断开了.,truss.db+truss.op2,NASTRAN输入文件,包含有限元模型数据的文件是Patran数据库文件(.db)Nastran输入文件(.dat)Nastran的输入文件在许多方面都很有用:可使用任何文件编辑器查看与编辑可以包含文档模型注解允许用户添加Patran不支持的输入卡Nastran输入文件的格式输入文件称为“BulkDataFile”可以是任意后缀，只要格式满足“BulkDataFile”的要求常用的后缀为：.bdf，.dat，.blk等,NASTRAN输入文件的结构,Nastran的输入文件分为五段。,Nastran声明,文件管理,执行控制段,工况控制段,模型数据集段,CEND,BEGINBULK,ENDDATA,可选段,必须段,必须分界符,IDA,B,可选分界符,NASTRAN输入文件段,Nastran声明用于修改系统默认值。大多数运行情况下都不需要。文件管理段分配文件,控制重新启动和数据库操作执行控制段求解类型,时间限制,程序修改,和系统诊断工况控制段输出要求和选择模型数据项,如使用的载荷和约束模型数据集段模型定义,施加载荷和边界条件,NASTRAN输入文件的分界符,这些分界符为IDA,B执行控制段的首要声明(可选)CEND执行控制段的结束语,工况控制段的开始BEGINBULK工况控制段的结束语,数据模型段的开始ENDDATA输入文件的结尾,一个简单模型,E=30 x106psin=0.3A=4.0in2J=1.27in4,IDTRUSS,SAMPLESOL101TIME5CENDTITLE=SAMPLEINPUTFILESUBTITLE=TRUSSSTRUCTURELOAD=10SPC=11DISP=ALLELFORCE=ALLSPCFORCE=ALLBEGINBULK$GRIDPOINTSDESCRIBETHEGEOMETRY$GRID10.0.0.GRID20.120.0.GRID3600.120.0.GRID4600.0.0.$TRUSSMEMBERSMODELEDWITHRODELEMENTS$CROD12123CROD22124CROD32113CROD42114CROD52134$PROD21224.1.27MAT12230.E6.3FORCE1041000.0.-1.0.SPC1111212SPC11134561234ENDDATA,简单模型的NASTRAN输入文件,执行控制段,工况控制段,模型数据段,注释语句使用$符号开始,模型数据段,模型数据段包含描述结构模型所需要的所有数据模型数据段的每一项称为输入卡模型数据输入卡不需要一定的输入顺序,模型数据卡的格式,每个模型数据卡都有一定的格式和作用(MSCNastranQuickReferenceGuide,Section5中有描述)下面所示的为CROD卡在QuickReferenceGuide中的描述:,模型数据卡的格式(续),每行包含80列一个模型数据卡可以跨越多行有三种数据类型整型实型字符串型输入卡的每个域需要一定的数据类型。正确的类型见QuickReferenceGuide。,模型数据卡的格式(续),下面对于实数123.4的表示方式数学上是等价的,都可以用于MSCNastran:实数的输入必须跟随一个小数点,整数的输入必须没有小数点。2000.2.+3,123.41.234+21.234E212.34E+10.1234E3.1234E3,域的格式,Nastran输入文件每行包含80列。在这80列中,对于每个输入数据有3种域格式:小域格式大域格式自由域格式,域的格式(续),小域格式每行分为10个域每个域包含8列,域的格式(续),大域格式有些MSC.Nastran应用需要更高的精度。大域格式就是用于当小域格式不能够提供足够的有效数字时使用。在关键字之后附加星号表示使用大域格式。,域的格式(续),自由域格式域之间使用逗号或者空格隔开(推荐使用逗号)要跳过一个域,连续使用两个逗号即可使用超过8个字符的整数或者字符串会导致产生一个致命错误超过8位的实数会被舍入,从而降低精度,例如:GRID,10,7.5,8.6,9.0,456,拓展卡,许多输入卡需要多于一行的输入如果出现这种情况,需要使用”拓展”卡。当输入卡使用一定的排序次序时,会自动生成拓展卡。在上一级卡的74-80列(域10)为空,在拓展卡的2-8列(域1)为空。对于小域卡,拓展卡的第一列可以是空或者包含一个+符号。对于大域卡,拓展卡的第一列必须包含一个*符号,拓展卡(续),输入规则除非使用自动生成方法,否则需要在拓展卡的域1的第一列加一个+或者*符号。拓展卡的域1的其它部分必须与上一级输入卡(或者前面的拓展卡)的域10相同上一级卡的域10的第一列的任何输入都被拓展卡忽略小域和大域拓展卡可以同时用于定义一个数据卡下页给出了一个拓展卡的使用例子,拓展卡(续),使用小域格式的MAT8拓展卡片输入方法Method1Method2,+M101,+M101,+M102,+M102,拓展卡(续),使用自由格式的PBAR卡的拓展卡的两种方法:方法1PBAR,10,20,1.25,+pb10+pb10,2.0,5.0,-2.0,-5.0方法2PBAR,10,20,1.25,2.0,5.0,-2.0,-5.0,一般输入格式规则,域1和域10的输入数据必须左对齐,域2到域9的输入数据不必左或右对齐。如果数据超出了本身的域范围会发生错误。输入数据项不能包含空格。所有实数,包括0,必须包含小数点。许多域具有默认值。如果这些域为空,那么将使用默认值。(见QuickReferenceGuide)。,workshop,WS03_edit_nastran_file,2维板壳单元网格建模,Patran中创建简单曲面(绿色),有两种类型的曲面：简单曲面绿色复杂曲面(广义剪切面)紫红色简单曲面是两个参变量1,2的广义向量函数：一个简单曲面具有：3到4限制边界一个参变量起点,和参变量坐标,其值为0到1之间具有3个可见边的简单曲面的第四条边退化掉了,(X,Y,Z)=function(x1,x2),参数方向的显示和检查,划分一个简单曲面,简单曲面划分网格生成2维单元,三角形网格Triamesh,四边形网格Quadmesh,复杂或者广义剪切曲面(紫红色)具有多于4个的边,或者具有内部挖孔没定义参变量(1,2没有使用)是一个“剪切”出来的参数曲面,外部边界,内部边界,Patran中创建复杂曲面(紫红色),复杂曲面划分网格生成2维单元,四边形网格Quadmesh,三角形网格TriaMesh,划分一个复杂曲面,PAVER(FREE)MESHER划分曲面,可用于各种类型的曲面,简单的(绿色)和复杂的(紫红色).首先,Paver沿着曲面周边进行网格划分,然后螺旋形移动到内部;Paver不会沿着参数方向进行,例如x1,x2,BeforeMeshing,DuringPaverMeshing,AfterMeshing,每边上的网格数量由以下几点确定几何一致的相邻区域的网格数量MeshSeedsGlobaledgelength,PAVERMESHER划分曲面(续),Before,During,After,常用二维单元,常用二维单元(续),板是指一个方向尺寸很小,而另外两个方向尺寸很大的结构单元薄板是指厚度尺寸与其它两个尺寸相比非常小(大概1/15)的结构单元对于线性分析,MSC.Nastran板单元采用经典的薄板行为假定:与厚度相比,中面变形很小弯曲过程中,中面没有应变(中性)。(应用于横向载荷,对面内载荷不适用)弯曲过程中,中面的法线保持为中面的法线不变,板壳的第6个自由度,板和壳单元(除了CQUADR和CTRIAR以外)在转动法向自由度上没有刚度.,GRID刚度矩阵项,PARAM,K6ROT,100.是MSCN所有求解序列的默认设置.,板壳的第6个自由度(续),CQUADR/CTRIAR板单元在转动法向自由度方向具有刚度。QUADR/TRIAR目前不支持非线性分析。,GRID刚度矩阵项,详细信息参见NastranReferenceManual,板的分布载荷distributedload,施加分布载荷时要小心谨慎进行单位长度的载荷本例中总载荷=60lbf/inx22in=1320lbf方向f1f2f3为参变量,以边缘的几何参数方向为基础加载完毕，必须在Patran里进行显示和验证,板的分布载荷(续),Distributedload在Nastran中以Froce卡片出现,$DistributedLoadsofLoadSet:forceFORCE12155.00000.-1.0.FORCE14255.00000.-1.0.FORCE14254.99990.-1.0.FORCE16354.99990.-1.0.FORCE16354.99990.-1.0.FORCE18454.99990.-1.0.FORCE18455.00000.-1.0.FORCE110555.00000.-1.0.,每个节点施加55.0的载荷(共有24个节点,总载荷为1320lbf)使用向量FORCE集给定一个编号，本例中为1,硬点/硬线,硬点/硬线可用来控制模型的网格划分只有Pavermesher认可曲面内的硬points/curves硬points/curves是与母几何相关的普通的几何元素,Surfacequadmeshed,Facequadmeshed,Hexmeshcreatedbysweepingquadelementsdown,Edgeofsurfaceassociatedtofaceofsolid,SurfacecreatedbyextrudingCurve1up,硬点用来引导网格划分Points能够与曲线和曲面相关只能在全局容差内将点和曲线或曲面相关相关后的几何是对网格划分的约束,POINTASSOCIATE/DISASSOCIATE,只有Paver能认可与曲面相关的点Associatedpoints可以被取消相关关系,AfterAssociation,AfterPaverMeshing,CURVEASSOCIATE/DISASSOCIATE,Associatedcurves用来指导曲面的网格划分只能将全局容差内的曲线与曲面相关联关联后的几何是对网格划分的约束曲线可以放置网格种子点只有Paver能认可关联于曲面内部的曲线关联后的几何可以被取消相关,AfterAssociation,AfterPaverMeshing,硬线,所谓硬线，即强制前处理器在分网时在某些线上布置节点。,硬线应用案例,未使用硬线的自由网格划分,使用硬线之后的自由网格划分,硬线应用案例,抽中面,在parasolid体的中面处创建曲面用于对实体进行“shellmeshing”两种方法自动指定中面创建部位的厚度手动指定实体的两个面,在其中间生成中面SolidFaceListafaceOffsetSolidFaceListopposingface,Manual,Automatic,抽中面的例子,在MSC.PATRAN中查看单元质量ElementQualityCheck,QUAD单元质量检查,对于每种不同的单元类型,可指定单元扭曲测试并显示结果云图例如,对QUAD单元的检查测试包括宽高比,歪曲,歪斜,和锥度检查,QUAD单元长宽比质量检查,壳单元坐标系,板壳单元坐标系右手法则确定Z轴,壳单元属性卡片,板壳单元具有厚度,Bottom(Zelem0)=Z2Bydefault,Zelem,Qrgnotes：ThedefaultforZ1is-T/2,andforZ2is+T/2.Tisthelocalplate.,板单元计算案例,Strainatthebottom(Z1)andtop(Z2)fibers,壳单元法向检查与修改,检查板壳单元法向，即Zelem一般要求模型中的壳单元具有一致性，即一致指向外或一致指向内,鼠标点击图标实现切换,壳单元结果查看,壳单元力,Patran和Nastran中壳单元力的约定Patran中Fx,Fy,Fxy和Nastran中的一样横向剪力在.f06文件中横剪力表示为Qx和QyNastranLinearStaticAnalysisguide表明Qx和Qy就是单元的Vx和Vy。在Patran中表示为Fyz=Vy=Qy和Fzx=Vx=Qx,壳单元力矩,Patran和Nastran中力矩约定力矩的约定是不同的Mxx可能会被认