msc软件上机指南.doc

“有限元分析及应用”本科生/研究生课程有限元分析软件MSC.Patran/Nastran上 机 指 南重庆工学院重庆汽车学院2007年1月58说 明 本有限元分析软件MSC.Patran/Nastran:上机指南由重庆工学院重庆汽车学院雷刚老师组织编写，由研究生张攀、王俊衡和鲍春燕执笔, 于2006年12月完成，基本操作指南中的所有算例都在相应的软件系统中进行了实际调试和通过。本上机指南的版权归重庆工学院重庆汽车学院所有，未经同意，任何单位和个人不得翻印。联系人：雷刚 重庆工学院重庆汽车学院（邮编400050） Tel: (023) 68667371 目 录Project1 悬臂梁的有限元建模与变形分析（1D）.3Project2 悬臂梁的有限元建模与变形分析（2D）.6Project3 悬臂梁的有限元建模与变形分析（3D）.9Project4 受热载荷作用的薄板的有限元建模与温度场求解.12Project5 发动机活塞（采用其它CAD模型）的有限元分析14Project6 带孔平板的受力分析.16Project7 厚壁圆筒的受内压作用时的应力分析.19Project8 受集中载荷作用的铰接衔架受力分析.23Project9 咖啡杯的静力分析.26Project10 咖啡杯的轴对称分析.30Project11 受压力载荷作用时板的受力分析.34Project12 板的模态分析.37Project13 板的频率响应分析.39Project14 板的瞬态响应分析.42Project15 提取车架中性面的模态分析.45Project16 提取箱体中性面.48Project 1 悬臂梁的有限元建模与变形分析计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: w-1.db。NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。图1-1梁的计算分析模型梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）： 矩形截面： 圆截面： 工字形截面：B=0.05, H=0.3 R=0.1 w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2, t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.0071新建一数据库文件，【File】1）【File】New，文件名beam-1D,OK。Analysis CodeMSC.Nastran，Analysis TypeStructural，OK。 2创建几何模型，Geometry1）创建几何点：ActionCreate，Object Point，Method XYZ，Point 10 0 0，apply，Point 210 0 0 ，apply。 2）创建曲线：ActionCreate，ObjectCurve，MethodPoint，Option2 Point，Curve 1，Starting Point Listpoint 1，Ending Point Listpoint 2，apply。3划分有限元网格，Elements1）建立网格种子：ActionCreate，ObjectMesh Seed，TypeUniform，Number of Element，Number40，Auto Execute，Curve ListCurve 1。 2）划分网格：ActionCreate，ObjectMesh，TypeCurve，TopologyBar2，Curve ListCurve 1,apply。 4施加边界条件，Loads/BCs1）施加固定约束：ActionCreate，ObjectDisplacement，TypeNodal，New Set Namedis1，Input Data，Translations，Rotations，OK，Select Application Region，FEM，Select NodesNode 1，Add，OK，apply。 2）施加均布载荷：ActionCreate，ObjectCID Distributed Load，TypeElement Uniform，New Set NameCID 1，Target Element Type t1D，Input Data ,Distr Force，OK，Select Application Region，FEM，Select 1D ElementsElm 1:40，OK，apply。5定义材料属性，Materials定义材料：ActionCreate，ObjectIsotropic，MethodManual Input，Material Namesteel，Input Data，Constitutive ModelLinear Elastic，Elastic Modulus2.1e11，Poisson Ratio0.3，OK，apply。 6定义单元属性，Proper（注：三种截面分别执行步骤7，8）1.1 矩形截面：定义单元属性：ActionCreate，Object1D，TypeBeam，Property Set Namepro1，Option(s) General Section、Standard Formulation，Input Properties，单击Create Section，ActionCreate，Object Standard Shape，Method NASTRAN Standard，Section Namerect，单击【】,选择，W0.05，H0.3，OK，Material NameSteel（在Material Property Sets中选择），Bar Orientation，OK，Select MembersCurve 1，Add，apply。7，8。1.2 圆截面：定义单元属性：ActionCreate，Object1D，TypeBeam，Property Set Namepro2，Option(s) General Section、Standard Formulation，Input Properties，单击Create Section，ActionCreate，Object Standard Shape，Method NASTRAN Standard，Section Namecir，单击【】,选择，R0.1，OK，Material NameSteel（在Material Property Sets中选择），Bar Orientation，OK，Select MembersCurve 1，Add，apply。7，8。1.3 工字形截面：定义单元属性：ActionCreate，Object1D，TypeBeam，Property Set Namepro3，Option(s) General Section、Standard Formulation，Input Properties，单击Create Section，ActionCreate，Object Standard Shape，Method NASTRAN Standard，Section Namecir，单击【】,选择，H0.2，w10.1， w20.1，t0.007，t10.0114，t20.0114，OK，Material NameSteel（在Material Property Sets中选择），Bar Orientation，OK，Select MembersCurve 1，Add，apply。7，8。7进行分析，Analysis1）进行分析：ActionAnalyze，ObjectEntire Model，TypeAnalysis Deck，Job Namebeam-1D，单击Solution Type，Solution TypeLINEAR STATIC，OK，apply。打开NASTRAN，选择beam-1D.bdf，Run。此时，Patran会将模型提交Nastran运算，会弹出一个DOS形式的窗口，显示Nastran的运行情况，运算完成之后，计算机的扬声器会有提示音，同时，状态显示窗口关闭。 2）读入分析结果：ActionAccess Results，ObjectAttach XDB，MethodResult Entities，Select Result File，文件名beam-1D.xdb，OK，apply。这一步骤，是将Nastran的分析结果读入到Patran中来，这样才可以进行后处理。 8后处理，Results1）显示应力云纹图：ActionCreate，ObjectQuick Plot，Select Result CasesDefault Static Subcase，Select Fringe ResultDisplacements Translational，Bending，Quantityvon Mises，apply。此时，平板模型的von Mises弯曲应力云纹图就显示出来，如图1-1所示。图1-12）显示位移云纹图：ActionCreate，ObjectQuick Plot，Select Result CasesDefault Static Subcase，Select Deformation ResultDisplacements Translational，QuantityMagnitude，apply。此时，平板模型的位移云纹图就显示出来，如图1-2所示。 图1-2Project 2 悬臂梁的有限元建模与变形分析（2D）分析模型采用Project 1中的矩形梁，由于其厚度B远远小于其高度H和长度，故可认为是一平面应力问题。1新建一数据库文件，【File】1）【File】New，文件名beam-2D，OK。Analysis CodeMSC.Nastran，Analysis TypeStructural，OK。 2创建几何模型，Geometry1）创建几何点：ActionCreate，Object Point，Method XYZ，Point 10 0 0，apply，Point 210 0 0 ，Point 10 0.3 0，apply，Point 210 0.3 0 ，apply。 2）创建曲线：ActionCreate，ObjectCurve，MethodPoint，Option2 Point，Curve 1，Starting Point Listpoint 1，Ending Point Listpoint 2，apply，Curve 2，Starting Point Listpoint 3，Ending Point Listpoint 4，apply。3）创建曲面：ActionCreate，ObjectSurface，MethodCurve，Option2 Curve， Surface 1，Starting Curve ListCurve 1，Ending Curve ListCurve 2，apply。 3划分有限元网格，Elements1）建立网格种子：ActionCreate，ObjectMesh Seed，TypeUniform，Number of Element，Number40，Auto Execute，Curve ListCurve 1，apply，Number of Element，Number2，Auto Execute，Curve ListSurface1.3，apply。 2）划分网格：ActionCreate，ObjectMesh，TypeSurface， Elem ShapeQuad，MesherIsomesh，TopologyQuad8，Surface ListSurface 1，apply。4施加边界条件，Loads/BCs1）施加固定约束：ActionCreate，ObjectDisplacement，TypeNodal，New Set Namedis2，Input Data，Translations，Rotations，OK，Select Application Region，Geometry，Select Surfaces or EdgesSurface 1.2，Add，OK，apply。 2）施加均布载荷：ActionCreate，ObjectCID Distributed Load，TypeElement Uniform，New Set NameCID 2，Target Element Type t2D，Input Data ,Surf Distr Force，OK，Select Application Region，Geometry，Select Surfaces or EdgesSurface 1.2，Add，OK，apply。5定义材料属性，Materials 定义材料：ActionCreate，ObjectIsotropic，MethodManual Input，Material Namesteel，Input Data，Constitutive ModelLinear Elastic，Elastic Modulus2.1e11，Poisson Ratio0.3，OK，apply。 6定义单元属性，Proper1）定义单元属性：ActionCreate，Object2D，Typeshell，Property Set Namepro，Option(s) Homogeneous、Standard Formulation，Input Properties， Material NameSteel（在Material Property Sets中选择），Thickness0.05，OK，Select MembersSurface 1，Add，apply。7进行分析，Analysis1）进行分析：ActionAnalyze，ObjectEntire Model，TypeAnalysis Deck，Job Namebeam-2D，单击Solution Type，Solution TypeLINEAR STATIC，OK，apply。打开NASTRAN，选择beam-2D.bdf，Run。此时，Patran会将模型提交Nastran运算，会弹出一个DOS形式的窗口，显示Nastran的运行情况，运算完成之后，计算机的扬声器会有提示音，同时，状态显示窗口关闭。 2）读入分析结果：ActionAccess Results，ObjectAttach XDB，MethodResult Entities，Select Result File，文件名beam-2D.xdb，OK，apply。这一步骤，是将Nastran的分析结果读入到Patran中来，这样才可以进行后处理。 8后处理，Results1）显示应力云纹图：ActionCreate，ObjectQuick Plot，Select Result CasesDefault Static Subcase，Select Fringe ResultStress Tensor，Quantityvon Mises，apply。此时，平板模型的von Mises弯曲应力云纹图就显示出来，如图2-1所示。图2-12）显示位移变形图：ActionCreate，ObjectQuick Plot，Select Result CasesDefault Static Subcase，Select Deformation ResultDisplacements Translational，QuantityMagnitude，apply。此时，平板模型的位移云纹图就显示出来，如图2-2所示。图2-2Project 3 悬臂梁的有限元建模与变形分析（2D/3D）分析模型采用Project 1中的矩形梁，这里采用三维有限元模型进行分析。1新建一数据库文件，【File】1）【File】New，文件名beam-3D,OK。Analysis CodeMSC.Nastran，Analysis TypeStructural，OK。 2创建几何模型，Geometry1）创建几何点：ActionCreate，Object Point，Method XYZ，Point 10 0 0，apply，Point 210 0 0 ，Point 10 0.3 0，apply，Point 210 0.3 0 ，apply。 2）创建曲线：ActionCreate，ObjectCurve，MethodPoint，Option2 Point，Curve 1，Starting Point Listpoint 1，Ending Point Listpoint 2，apply，Curve 2，Starting Point Listpoint 3，Ending Point Listpoint 4，apply。3）创建曲面：ActionCreate，ObjectSurface，MethodCurve，Option2 Curve， Surface 1，Starting Curve ListCurve 1，Ending Curve ListCurve 2，apply。 4）创建实体：ActionCreate，ObjectSolid，MethodCurve，OptionExtrude，Solid Type，Translation Vector，Surface ListSurface 1， apply。3划分有限元网格，Elements1）建立网格种子：ActionCreate，ObjectMesh Seed，TypeUniform，Number of Element，Number40，Auto Execute，Curve ListSolid 1.4.3，apply，Number of Element，Number5，Auto Execute，Curve ListSolid 1.1.2，apply，Number of Element，Number1，Auto Execute，Curve ListSolid 1.1.3，apply。 2）划分网格：ActionCreate，ObjectMesh，TypeSolid， Elem ShapeHex，MesherIsomesh，TopologyHex8，Solid ListSolid 1，apply。4施加边界条件，Loads/BCs1）施加固定约束：ActionCreate，ObjectDisplacement，TypeNodal，New Set Namedis3，Input Data，Translations，Rotations，OK，Select Application Region， FEM，SelectNode 1:452:41，Add，OK，apply。 2）施加均布载荷：ActionCreate，ObjectCID Distributed Load，TypeElement Uniform，New Set NameCID 3，Target Element Type t3D，Input Data ,Distr Force，OK，Select Application Region，Geometry，Select Solid FaceSolid 1.4，Add，OK，apply。5定义材料属性，Materials定义材料：ActionCreate，ObjectIsotropic，MethodManual Input，Material Namesteel，Input Data，Constitutive ModelLinear Elastic，Elastic Modulus2.1e11，Poisson Ratio0.3，OK，apply。 6定义单元属性，Proper 定义单元属性：ActionCreate，Object3D，TypeSolid，Property Set Namepro，Option(s) Homogeneous、Standard Formulation，Input Properties， Material Namem1（在Material Property Sets中选择），OK，Select MembersSolid 1，Add，apply。7进行分析，Analysis 1）进行分析：ActionAnalyze，ObjectEntire Model，TypeAnalysis Deck，Job Namebeam-3D，单击Solution Type，Solution TypeLINEAR STATIC，OK，apply。打开NASTRAN，选择beam-3D.bdf，Run。此时，Patran会将模型提交Nastran运算，会弹出一个DOS形式的窗口，显示Nastran的运行情况，运算完成之后，计算机的扬声器会有提示音，同时，状态显示窗口关闭。 2）读入分析结果：ActionAccess Results，ObjectAttach XDB，MethodResult Entities，Select Result File，文件名beam-3D.xdb，OK，apply。这一步骤，是将Nastran的分析结果读入到Patran中来，这样才可以进行后处理。 8后处理，Results1）显示应力云纹图：ActionCreate，ObjectQuick Plot，Select Result CasesDefault Static Subcase，Select Fringe ResultStress Tensor，Quantityvon Mises，apply。此时，平板模型的von Mises弯曲应力云纹图就显示出来，如图3-1所示。图3-12）显示位移变形图：ActionCreate，ObjectQuick Plot，Select Result CasesDefault Static Subcase，Select Deformation ResultDisplacements Translational，QuantityMagnitude，apply。此时，平板模型的位移云纹图就显示出来，如图3-2所示。图3-2Project 4 受热载荷作用的薄板的有限元建模与温度场求解计算分析模型如图4-1 所示。 图4-1受热载荷作用的薄板的计算分析模型1新建一数据库文件，【File】 1）【File】New，文件名sheet，OK。Analysis CodeMSC.Nastran，Analysis TypeThermal，OK。 2创建几何模型，Geometry1）创建几何点：ActionCreate，Object Point，Method XYZ，Point 10 0 0，apply，Point 22 0 0 ，Point 10 6 0，apply，Point 22 6 0 ，apply。 2）创建曲线：ActionCreate，ObjectCurve，MethodPoint，Option2 Point，Curve 1，Starting Point Listpoint 1，Ending Point Listpoint 2，apply，Curve 2，Starting Point Listpoint 3，Ending Point Listpoint 4，apply。3）创建曲面：ActionCreate，ObjectSurface，MethodCurve，Option2 Curve， Surface 1，Starting Curve ListCurve 1，Ending Curve ListCurve 2，apply。 3划分有限元网格，Elements 1）建立网格种子：ActionCreate，ObjectMesh Seed，TypeUniform，Number of Element，Number2，Auto Execute，Curve ListCurve 1，apply，Number of Element，Number20，Auto Execute，Curve ListSurface1.3，apply。 2）划分网格：ActionCreate，ObjectMesh，TypeSurface， Elem ShapeQuad，MesherIsomesh，TopologyQuad8，Surface ListSurface 1，apply。4定义温度边界条件，Loads/BCs 1）定义材料板的边界条件：ActionCreate，ObjectTemp，TypeNodal，New Set Nametemp-1，Input Data，Boundary temperature500，OK， Select Application Region，Geometry FilterGeometry，Select Geometry EntitySurface 1.1，Add，OK，apply，New Set Nametemp-2，Input Data，Boundary temperature100，OK， Select Application Region，Geometry FilterGeometry，Select Geometry EntitySurface 1.3，Add，OK，apply。 5定义材料属性，Materials定义材料： ActionCreate，ObjectIsotropic，MethodManual Input，Material Namesteel，Input Data，Constitutive ModelSolid Properties，Thermal Conductivity23.6，Density7800，OK，apply。 6定义单元属性，Proper1）定义单元属性：ActionCreate，Object2D，Typeshell，Property Set Namepro，Option(s) Homogeneous、Standard Formulation，Input Properties， Material NameSteel（在Material Property Sets中选择），Thickness0.3，OK，Select MembersSurface 1，Add，apply。7进行分析，Analysis1）进行分析：ActionAnalyze，ObjectEntire Model，TypeAnalysis Deck，Job Namesheet，单击Solution Type，Solution TypeSTEANDY STATIE ANALYSIS，OK，apply。打开NASTRAN，选择sheet.bdf，Run。此时，Patran会将模型提交Nastran运算，会弹出一个DOS形式的窗口，显示Nastran的运行情况，运算完成之后，计算机的扬声器会有提示音，同时，状态显示窗口关闭。 2）读入分析结果：ActionAccess Results，ObjectAttach XDB，MethodResult Entities，Select Result File，文件名sheet.xdb，OK，apply。这一步骤，是将Nastran的分析结果读入到Patran中来，这样才可以进行后处理。 8后处理，Results显示应力云纹图：ActionCreate，ObjectQuick Plot，Select Result CasesDefault ，Select Fringe ResultTemperatures，apply。此时，薄板温度分布云纹图就显示出来，如图4-2所示。Project Project 5 发动机活塞（采用其它CAD模型）的有限元分析 1新建一数据库文件，【File】 1）【File】New，文件名piston,OK。Analysis CodeMSC.Nastran，Analysis TypeStructural，OK。 2导入CAD几何模型【File】Import，选择piston.x_t，apply，OK。3划分有限元网格，Elements 划分网格：ActionCreate，ObjectMesh，TypeSolid， Elem ShapeTet，MesherIsomesh，TopologyTet10，Surface ListSolid 1，选中Automatic Calculation，apply。4施加边界条件，Loads/BCs1）施加固定约束：ActionCreate，ObjectDisplacement，TypeNodal，New Set Namedis，Input Data，Translations，Rotations，OK，Select Application Region，Geometry，Select Geometry EntitiesSolid 1.3 1.8，Add，OK，apply。 2）施加均布载荷：ActionCreate，ObjectPressure，TypeElement Uniform，New Set NamePre，Target Element Type t3D，Input Data , Pressure1.0e7，OK，Select Application Region，Geometry，Select Solid FacesSolid 1.32，Add，OK，apply。5定义材料属性，Materials 定义材料：ActionCreate，ObjectIsotropic，MethodManual Input，Material Namesteel，Input Data，Constitutive ModelLinear Elastic，Elastic Modulus2.1e11，Poisson Ratio0.3，OK，apply。 6定义单元属性，Proper 1）定义单元属性：ActionCreate，Object3D，TypeSolid，Property Set Namepro，Option(s) Homogeneous、Standard Formulation，Input Properties， Material NameSteel（在Material Property Sets中选择），OK，Select MembersSolid 1，Add，apply。7进行分析，Analysis 1）进行分析：ActionAnalyze，ObjectEntire Model，TypeAnalysis Deck，Job Namepiston，单击Solution Type，Solution TypeLINEAR STATIC，OK，apply。打开NASTRAN，选择piston.bdf，Run。此时，Patran会将模型提交Nastran运算，会弹出一个DOS形式的窗口，显示Nastran的运行情况，运算完成之后，计算机的扬声器会有提示音，同时，状态显示窗口关闭。 2）读入分析结果：ActionAccess Results，ObjectAttach XDB，MethodResult Entities，Select Result File，文件名piston.xdb，OK，apply。这一步骤，是将Nastran的分析结果读入到Patran中来，这样才可以进行后处理。 8后处理，Results1）显示应力云纹图：ActionCreate，ObjectQuick Plot，Select Result CasesDefault,A1: Static Subcase，Select Fringe ResultStress Tensor，Quantityvon Mises，apply。此时，平板模型的von Mises弯曲应力云纹图就显示出来，如图5-1所示。图5-12）显示位移变形图：ActionCreate，ObjectQuick Plot，Select Result CasesDefault,A1: Static Subcase，Select Deformation ResultDisplacements Translational，QuantityMagnitude，apply。此时，平板模型的位移云纹图就显示出来，如图5-2所示。图5-2Project 6 带孔平板的受力分析问题描述：如图6-1所示，带有中心孔的平板一端固定，一端受均匀拉伸载荷100N/mm，已知几何尺寸和材料特性如下：板的长宽：320200mm；板的厚度：10mm；圆孔直径：50mm； 拉伸载荷100N/mm.图6-11新建一数据库文件，【File】【File】New，文件名flat-hole，OK。Analysis CodeMSC.Nastran，Analysis TypeStructural，OK。 2创建几何模型，Geometry几何模型如图6-2：图6-21）创建曲线：曲线1：ActionCreate，Object Curve，Method 2D ArcAngles，Curve 1，Radius0.025，Start Angle0，End Angle45，Center Point List0 0 0，apply；曲线2：Curve 2，Start Angle45，End Angle90，Center Point List0 0 0，apply；曲线3：ActionCreate，Object Curve，Method Point，Option2 Point，Curve 3，Starting Point Listpoint 3，Ending Point List0 0.055 0，apply；曲线4：Curve 4，Starting Point Listpoint 4，Ending Point List0 0.1 0，apply；曲线5：Curve 5，Starting Point Listpoint 5，Ending Point List0.055 0.1 0，apply；曲线6：Curve 6，Starting Point Listpoint 6，Ending Point List0.16 0.1 0，apply；曲线7：Curve 7，Starting Point Listpoint 7，Ending Point List0.16 0.055 0，apply；曲线8：Curve 8，Starting Point Listpoint 8，Ending Point List0.16 0 0，apply；曲线9：Curve 9，Starting Point Listpoint 9，Ending Point List0.055 0 0，apply；曲线10：Curve 10，Starting Point Listpoint 10，Ending Point Listpoint 1，apply；曲线11：Curve 11，Starting Point Listpoint 4，Ending Point List0.055 0.055 0，apply；曲线12：Curve 12，Starting Point Listpoint 11，Ending Point Listpoint 6，apply；曲线13：Curve 13，Starting Point Listpoint 11，Ending Point Listpoint 8，apply；曲线14：Curve 14，Starting Point Listpoint 11，Ending Point Listpoint 10，apply；曲线15：Curve 15，Starting Point Listpoint 11，Ending Point Listpoint 2，apply。2）创建曲面：ActionCreate，ObjectSurface，MethodTrimmed，OptionSurface， Surface 1，去除Delete Outer Loop，Outer Loop ListCurve 11 3 2 15， apply， Surface 2，Outer Loop ListCurve 15 14 10 1， apply，ActionCreate，ObjectSurface，MethodCurve， Surface 3，Option2 Curve，Starting Curve ListCurve 13，Ending Curve ListCurve 9，apply，Surface 4，Option2 Curve，Starting Curve ListCurve 13，Ending Curve ListCurve 16，apply，Surface 5，Option2 Curve，Starting Curve ListCurve 12，Ending Curve ListCurve 4，apply。3划分有限元网格，Elements1）划分网格：ActionCreate，ObjectMesh，TypeSurface， Elem ShapeQuad，MesherIsomesh，TopologyQuad4，Surface ListSurface 1:5，apply。2）检验模型：ActionVerify，ObjectElements，TestBoundaries，apply。3）删除多余节点：ActionEquivalence，ObjectAll，MethodTolerance Cube，apply。4施加边界条件，Loads/BCs1）施加固定约束：ActionCreate，ObjectDisplacement，TypeNodal，New Set Namelx，Input Data，Translations，Rotations，OK，Select Application Region，FEM，Select Surfaces NodesNode 1:5 140:142，Add，OK，apply，New Set Namely，Input Data，Translations，Rotations，OK，Select Application Region，FEM，Select Surfaces NodesNode 46:50 84:90，Add，OK，apply，New Set Namel，Input Data，Translations，Rotations，OK，Select Application Region，FEM，Select Surfaces NodesNode 50，Add，OK，apply。2）施加均布载荷：ActionCreate，ObjectCID Distributed Load，TypeElement Uniform，New Set NameCID，Target Element Type t2D，Input Data ,Distr Force，OK，Select