Nastran 基础培训 1_简介.doc

第一章 Nastran 简介一 概述1 功能齐全的大型有限元软件 a. 大型：有上百万条源程序语句 b. 功能齐全：进行静力、动力分析，敏度，分析与优化设计 c. 实用面广：航空、航天、船舶、汽车、机械、建筑、桥梁、水力、化工、海洋、能源、橡胶等2 通用性强 a. NASTRAN输入/输出格式被许多行业公认为一种标准 b. 几乎所有 CAD/CAM 系统都提供了与 NASTRAN 的接口 c. NASTRAN 的计算结果经常作为评估其它有限元分析软件精度的参照标准3 经过严格的检验，高度可靠性 a. 每一版本发行都要经过 4 个级别，5,000 多个测试题目的考核 b. 30 多年的开发与不断改进 c. 3、50,000 多个用户的长期工程应用验证 d. NASTRAN 已成为许多工业部门法定结构分析软件。4 强大的用户开发程序 DMAP 关于 DMAP (Direct Matrix Abstraction Programming) a. 为用户提供由 DMAP 语言组成的固定分析流程 b. 用户可以根据需要用 DMAP 语言修改与重组新的流程。5 丰富的文献资料 * NASTRAN 线性静力与模态分析指南 ( NASTRAN Linear Static and Normal Modes Analysis Users Guide ) * NASTRAN 基本动力分析指南 ( NASTRAN Basic Dynamic Analysis Users Guide ) * NASTRAN 数值方法指南 ( NASTRAN Nunerical Methods Users Guide ) * NASTRAN 设计敏度与优化指南 ( NASTRAN Design Sensitivity and Opotimization Users Guide ) * NASTRAN 气弹分析指南 ( NASTRAN Aeroelastic Analysis Users Guide ) * NASTRAN 热分析指南 ( NASTRAN Thermal Analysis Users Guide ) * NASTRAN 超单元分析指南 ( NASTRAN Superelement Analysis Users Guide ) * NASTRAN DMAP和数据库应用指南 (NASTRAN DMAP and Database Application Users Guide) * NASTRAN 非线性分析指南 ( NASTRAN Nonlinear Analysis Users Guide ) 6 主要缺点 (1) Nastran 只是一个求解器，没有自己的前后处理。虽然不同公司为 Nastran 提供了各自的前后处理，但没有通用性； (2) Nastran 由上千条命令组成，一旦分析出错，查找错误的原因比较困难，需要较多的经验。二 Nastran 的由来 Nastran，即 NASA 结构分析系统，是 1966 年美国国家航空航天局 (NASA) 为了满足当时航空航天工业对结构分析的迫切需求，主持开发大型应用有限元程序的招标，有多家软件开发商中标并参与了结构分析求解器的开发过程。1969 年 NASA 推出了第一个 Nastran 版本, 称为 COSMIC Nastran。COSMIC Nastran 是放在 Public Domain 上的公开发售版本，Nastran 和 COSMIC 是 NASA 的注册商标。 1972 年，MSC Software 公司获得了一个版本的 COSMIC Nastran，并推出了自己的商业化产品 MSC Nastran。这个版本的 Nastran 也是在市场上最为著名的 Nastran 版本。到了 20 世纪 80 年代，又有另外两家公司 UAI、 CSAR 基于 NASA 的 COSMIC Nastran 源代码推出了各自的商业版本，从而在市场上形成了主要由三家 Nastran 供应商（MSC、UAI 和 CSAR）相互竞争的局面。 1999 年，MSC 收购了UAI 和 CSAR，成为市场上唯一提供 Nastran 商业代码的供应商。而以后的几年，MSC Nastran 的价格上涨，但是其相关功能和服务却没有得到提升，从而引发大量客户的抱怨，并向美国联邦贸易委员会（FTC）申诉。 经过调查，FTC 认定 MSC Nastran 垄断。为了重建 Nastran 的市场竞争，FTC 做出了如下几项裁决（关于 FTC 官方裁决，请参看 FTC 网站相应内容）：1. MSC.Software 公司必须与有意于 Nastran 开发的公司共享 MSC Nastran 最新商业版 (当时为 2002 年 11 月 v2001r9，以重新建立 Nastran 市场竞争，该版本即 NX Nastran V1.0）。2. 共享内容包括用于 Nastran 开发、销售用的所有 MSC Nastran 的源代码、目标代码、测试案例、开发环境和所有文档的永久使用权许可。 3. 告知在过去3年多时间（仅限美国）已购买了 MSC.Software公司的永久使用许可的用户。这些用户有权转而使用其它公司开发的 Nastran，并由 MSC.Software 退还差额赔偿。4. MSC 和其它公司必须保证在未来 3 年内数据的兼容性，其它公司的 Nastran 将继续使用通用的 Nastran 格式，以确保那些转到其它 Nastran 的用户能使用过去的 Nastran 输入/输出文件。5. 获得许可的机构应获得 MSC.Software、UAI 和 CSAR 公司雇员的名单，并有权雇佣他们。 FTC 的裁决使得一个强有力的公司 - UGS 加入到 Nastran 的竞争市场中来， Nastran 由单一供应商 MSC 转为两家互相竞争的供应商，MSC Nastran 在各行业得到的认证同样适用于 NX Nastran 产品，不需要进行再次认证。2003 年 9 月，NX Nastran 产品正式发布。UGS 承诺将全力开发支持 NX Nastran 和 NX Nastran 前后处理器（NX MaterFEM, Femap, NX Scenario），并在近两年中每年推出两个NX Nastran 新版本。由于 FTC 的裁决使得 MSC 公司的雇员名单也已共享，因此已经有许多资深的 Nastran 专家加入到 UGS PLM Solutions 的开发队伍中来。UGS 有超过两千人的研发队伍，其中仅 CAE 开发人员就已经超过 100人。这些人员有平均 15 年以上的开发经验，而且在 2004 年和 2005 年将继续扩大队伍。UGS 中国上海研发中心也已经成立，将专注于 CAE 研发和本地化。由于 UGS 投入了大量的 CAE 研发力量，许多国际用户对 NX Nastran 的未来发展充满信心，并有大量用户已经从 MSC Nastran 转到了 NX Nastran。在 NX Nastran 推向市场三个月内，有超过 5000个 license 的国际用户转而应用 NX Nastran，包括许多国家知名的跨国企业。 三 Nastran 主要功能 1) 静力分析? 线性静力分析 包括惯性释放 - 考虑结构的惯性作用，可计算无约束自由结构在静力载荷和加速度作用下产生的准静态响应。 ? 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。? 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 ?常规模态分析（固有频率与振动模态） ?直接复特征值分析 (有阻尼的模态分析) ?模态复特征值分析 (有阻尼的模态分析) ?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 3) 热传导分析 ?线性稳态热传导分析 ?非线性稳态热传导分析 (例如材料性能随温度变化、辐射等) ?线性瞬态热传导分析 ?非线性瞬态热传导分析 4) 气动弹性分析 ?静态气动弹性分析 主要是静态的流 (气) 固耦合问题 (结构变形与流体的相互作用) ?动态气动弹性分析 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 (子结构分析) ?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。 ?气动弹性响应超单元分析 ?颤振超单元分析 ?稳态与瞬态热传导超单元分析 ?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?设计敏度分析 ?多约束结构优化7) 通用矩阵运算?运用 DMAP 修改 NX_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?声响分析 ?流体与结构耦合分析 ?循环对称分析 ?多层复合材料分析 四NX_NASTRAN 的前、后处理 1、 UGS 公司提供的 I-Deas, Femap 以及 NX 4 以上版本 2、 通用 CAD 软件 如 Unigraphics (UG)、NX (Simens)、Pro/ENGINEER (PTC) 等。3、所有著名 CAD/CAM 系统及专用有限元前后处理软件都与 NX_NASTRAN 有接口，均可生成 NX_NASTRAN 的输入文件，并进行后处理。五NX_NASTRAN 的文档资料1、 NX_NASTRA