nx_nastran__超单元用户指南

NXNASTRAN超单元用户指南前言在给客户做NASTRAN的超单元培训时，总感觉公司提供的培训资料不够理想。后来看到这份英文资料，感觉讲述比较清楚、完整，故翻译出来与大家分享。目录第1章介绍和基础为什么使用超单元减少费用快速获得结果降低风险解决大问题的能力分开输入和输出安全超单元分析基础分区求解用小例子说明静力分析中的超单元用法超单元分析超单元1超单元2残余结构第2章如何定义超单元使用分区模型数据定义超单元PARTS定义PARTS使用PARTS的模型数据段使用PARTS时的输入文件格式将PARTS自动连接到模型的其它组件连接点上的约束手工定义一个PART的外部点移动和/或转动PARTS在主模型数据段定义超单元超单元定义内部点和外部点模型数据分区模型数据分区的例子超单元MAPSEMAP第3章单级超单元分析介绍单级超单元的简单输入采用主模型数据超单元的单级分析单级分析的例子快速回顾存在PARTS时的单级分析第4章静力分析中的载荷、约束和情况控制介绍静力分析中的载荷主模型数据中载荷数据的例子超单元中的热载荷边界条件超单元中的单点约束多点约束MPCS和R类单元超单元中的情况控制SUPER命令情况控制分区常规的情况控制压缩的情况控制超单元情况控制一种载荷条件扩充的情况控制情况控制节的参数第5章使用超单元的惯性释放分析介绍惯性释放的概念使用超单元时的惯性释放的界面使用超单元的惯性释放的例子由INREL2F06选择输出第6章多个载荷的静力分析介绍如何对情况控制进行内部分区和使用多个载荷情况的例子第7章多级超单元分析多级分析的概念单级与多级分析比较单级分析多级超单元的用户界面当模型只使用主模型数据时的多级处理处理树的自动创建对于只使用主模型数据的模型手工定义处理树当模型使用PARTS时的多级处理例多级问题手工求解多级超单元的例子输入文件MULTI1DAT只用主模型数据的多级超单元输入文件SESETMULT输入文件MULTI2DAT使用PARTS的多级超单元第8章超单元静力分析的输出对PARTS的分类模型结果对于PARTS的边界点搜索输出超单元定义表第9章动力分析中的超单元动力减缩过程的说明用于超单元的减缩方法静力凝聚GUYAN减缩动力减缩固定边界动力减缩对超单元2的数据恢复演示对超单元1重复同一过程自由自由动力减缩混合边界动力减缩在C和/或R集中有外部自由度时的CMS第10章动力减缩的输入和输出动力减缩的情况控制对于动力减缩的情况控制单级动力减缩用于主模型数据超单元的单级动力减缩模型数据主模型数据超单元的单级动力减缩的例子文件CANTBEAMDAT本例的输入模型文件SEG10_ADAT超单元的静力减缩文件SEG10_B1DAT超单元的固定边界CMS文件SEG10C1超单元的自由自由CMS文件SEG10_D1DAT混合边界CMS对于使用PARTS的单级动力减缩的模型数据项对于使用PARTS的单级动力减缩的例子文件CANTP1DAT对于PART1的模型数据文件CANTP2DAT对于PART2的模型数据文件SEG10P_ADAT使用PARTS的静力减缩文件SEG10P_B1DAT使用PARTS的固定边界文件SEG10P_C1DAT使用PARTS的自由自由CMS文件SEG10P_D1DAT使用PARTS的混合边界CMS多级动力减缩对于多级动力减缩的模型数据项对于没有PARTS的模型的多级动力减缩存在PART超单元时的多级动力减缩的模型数据项使用PARTS的多级CMS的例子第11章超单元上的动力载荷如何定义超单元上的动力载荷用LOADSETLSEQ定义超单元上的动力载荷超单元动力载荷的演示例附录A参考资料参考资料索引NXNASTRAN超单元用户指南第一章介绍和基础为什么使用超单元超单元分析基础分区求解静力分析中使用超单元的小例子示例问题在有限元分析中，对计算机资源的要求总是超过它的现存能力。在计算机发展早期，工程师用手工求解33的问题，计算机可以处理1111的问题。当工程师发现计算机的这一能力时，工程问题的大小马上增加到超过这一能力。这一过程随着时间而不断重复。现在计算机已经能够求解具有百万未知数的百万个方程，但仍不能满足许多工程的需要。硬件资源的这一限制，以及经费的限制大的计算可能是费时又昂贵的，制约了工程师求解大的、复杂问题的要求。解决硬件和经费问题的一个有效办法是使用NXNASTRAN中的超单元。通过使用超单元，不仅可以分析大模型包括超过你的硬件能力的模型，而且可以是分析更有效率，允许在分析中进行多次设计循环和迭代。用于超单元分析的原理通常称为子结构。即模型被分为一系列部件超单元，分别单独处理各超单元以得到一组减缩矩阵，代表从结构的其余部分看到的超单元的行为。将各超单元的这些减缩矩阵组合到一起形成一个装配或残余结构解。然后用装配解的结果对各超单元进行数据恢复计算位移、应力等。在静力分析中，用于超单元分析的理论是精确的。在动力分析中，刚度矩阵的减缩是精确的，而质量矩阵和阻尼矩阵的减缩是近似的。这一近似可以用一种被称为部件模态综合的方法来改善，它在第9章“超单元动力分析”中介绍。本用户指南的目的是作为一本教程。即，重点是如何使用超单元，而不是超单元的理论。对于想要了解超单元操作过程的用户提供了足够的理论知识。包含了手工求解的例子以帮助用户了解使用超单元时的操作过程。为了清楚，在合适的地方页提供了示例的NXNASTRAN输入文件和输出选择。本用户指南的安排，对一个有经验的有限元分析者可以从头开始并只阅读与有关分析有关的信息。首先提供超单元的全面信息，然后是静力分析的信息，再是动力学和其它特性。推荐用户从头开始阅读这本指南，因为在静力部分提供的信息在后续部分将会用到类似与工程本身；但是，工程师也可以只阅读需要的部分，而不管不需要的信息。11为什么使用超单元效率是使用超单元的主要理由。一个有限元模型很少只分析一次。通常，模型要一次次的修改和分析。不使用超单元，每次分析都要求解整个模型，导致在短时间内耗费大量的经费。以下是超单元的优点的列表减小费用代替每次求解整个模型，超单元的优点随着处理次数的增加而提高。在重启动时，由于只需要处理受到修改影响的部分结构，这一优点变得明显。这意味着，如果用户事先想到了定义超单元，可能使执行效率比不使用超单元时快2到30倍甚至更多。采用分区数据库可以控制硬盘的使用并减少单个运行所需的计算机资源，而不会牺牲结果的精度。加快计算速度因为处理单个超单元对计算机资源的需求比不使用超单元的整个模型要少，因此可以使用快速序列提交各超单元的处理或者甚至在不同的计算机上处理，而不是通宵等待整个问题的一次性求解。减小风险处理一个不使用超单元的模型，是一种要么全有要么全无的做法。如果出现错误，必须在改正错误后重新处理整个模型。在使用超单元时，每个超单元只需处理一次，除非需要修改超单元以重新处理。如果在处理中发生错误，只有受影响的超单元和残余结构最后处理的超单元需要重新处理。无错误的超单元不需要重新处理，除非对该超单元进行修改。求解大问题的能力所有的计算机硬件都是有限的。NXNASTRAN的设计使问题的尺寸不受程序的限制。这就意味着用户所遇到的限制仅源于可用的硬盘空间或内存。但模型的尺寸变得过大，不使用超单元就无法处理时，用户可以对增加的处理使用分区数据库，并将数据恢复时才需要的数据库信息拷贝到磁带上。这一处理可以释放文件空间，减小硬盘的使用和储存费用。例如，用户要求解一个包含20万自由度DOF的问题，而计算机的硬盘空间是有限的如不使用超单元，只能处理15万自由度，则需要将大模型划分为超单元。分区输入和输出由于超单元可以分别处理，可以对结构的零件分组建立分析模型，并进行检查和装配分析，而不需其它组的信息。一个极好的例子是空间站，它的结构由许多承包商分担。每一个承包商对其自己的部件建模，然后将整个或减缩的模型发送给系统集成者，系统集成者对这些模型进行装配以代表多种可能的配置，对每一种配置进行分析，将结果返回给各个承包商供它们使用。在超单元分析的分区输出方式顾及了分段数据恢复，即可以只对结构种需要的部分进行数据恢复。同样，在将结构划分为多个组的情况，用户可以利用分区输出方式选择每个组中需要恢复的数据。安全性许多公司进行私人或保密的项目。包括为了竞争而开发的新设计，到高度机密的国防项目。即使在安全程序下工作，有时也需要发送模型给合作者，以便他们进行部件的耦合分析。使用外部超单元允许用户发送减缩后的边界矩阵，其中不包含实际部件的几何信息，只有从边界上看到的质量、刚度、阻尼和载荷。在收到一组可以由NXNASTRAN读出的任意格式的减缩矩阵后，工程师可以用这些矩阵定义一个外部超单元，并将外来结构附加到自己的模型上。12超单元分析基础超单元可以看作一种子结构。即，一个模型可以由用户划分为超单元，NXNASTRAN将独立于其它超单元，分别处理每个超单元。每个超单元的处理都形成一组减缩矩阵质量、阻尼、刚度和载荷，代表从相连的邻近结构所看到的超单元的特性。当所有超单元都被处理之后，这些减缩矩阵被装配到所谓残余结构中，并对其进行求解。然后使用与超单元的初始减缩类似的转换过程，对每个超单元扩展它在残余结构上的附着点的数据，进行数据恢复超单元可以由物理数据组成单元和节点，以也可以定义为其它超单元的映象或外部超单元一组外来矩阵，附加到模型上。下图举例说明了超单元的类型。在图11中，显示了一个齿轮的一部分。一个齿的物理模型可以作为一个超单元。这一类超单元可以称为原始超单元该超单元的实际几何在模型数据BULKDATA中定义。图11中，齿轮的另一个齿是第一个原始齿的映象。对于NXNASTRAN，映象超单元是用其它超单元的几何来描述。这种映象超单元可以节省处理时间，因为它们可以使用原始超单元的刚度、质量和阻尼矩阵，从而减少了所需的计算量。对映象超单元可以进行完全的数据恢复。映象超单元可以与原始超单元相同的如图11所示或原始超单元的镜像如图12所示。在图12中，板的右侧是原始超单元的镜像拷贝。需要注意映象可以有自己的独立载荷。只有刚度、质量和阻尼与原始超单元相同。另一类超单元是外部超单元，模型的一个零件由一组源于外部的矩阵所代表该矩阵也可以来自另一个NXNASTRAN分析的结果。对这些矩阵，没有任何内部的几何信息可用，只有这些矩阵所附着的节点是已知的。图13显示了一个外部超单元的例子。图中，左边是有限元模型，右边虚线表示外部超单元。在静力分析中，用于超单元处理的理论是精确的。在动力分析中，对质量、阻尼和载荷矩阵的减缩是近似的。在第9章“动力分析超单元介绍”中对这些近似作了解释，并说明了改善近似性的方法特别是部件模态综合方法。13分区求解当NXNASTRAN处理模型数据时，输入数据被按超单元分割为单独的数据组，取决于用户指令。用于完成这一分割的输入在第2章“如何定义超单元”中讨论。一旦模型数据被分割为单独的组，每个超单元将独立处理。每个超单元的自由度DOFS将按常规分析中相同的方式划分为不同的集。即，组合超单元的所有自由度组，创建一个G集。然后，用MPC和R类单元定义M集和N集，等。见NXNASTRAN用户指南关于集的完整说明。在集的定义中惟一的变化是外部自由度的定义。对每个超单元，外部自由度定义为A集。外部自由度是对为未来分析保留的自由度的最好描述；或者可以吧它们想象为附着自由度，超单元通过它们连接到其余结构上。对每个超单元装配结构矩阵，然后对结构矩阵进行减缩处理，只保留与A集或附着自由度有关的项。这些减缩矩阵用来表示超单元附着到其余模型时的特性。除去外部自由度，超单元中其余的自由度称为内部自由度省略集或O集。这些自由度在减缩处理时被浓缩掉。使用静力或动力减缩，这些内部自由度的刚度、质量、阻尼和载荷转换到外部自由度上。每个超单元都是独立处理的。静力凝聚是对减缩过程的最好说明。这一处理将从对MPCS、R类单元和SPCS进行处理后的矩阵开始。此时所保留的自由度集为F集无约束的自由度，它包含O集和A集作为其子集。虽然内部自由度也包括M集和S集，在本指南中内部自由度通常指O集。对F集的静力方程是KFFUFPF11这一方程可以写成KOOUOKOAUAPO13在方程两侧同乘KOO1，得到UOKOO1KOAUAKOO1PO14在此，需要定义几个术语作者注T集是A集的一个子集。T集包含任何物理的外部自由度。在静力分析中，T集通常指A集。在这一部分关于静力分析二者通常可以交换使用。外部和内部运动之间的静力边界转换矩阵称为GOT，定义为物理上，这一矩阵代表边界运动问题的解。即，这一矩阵的每一列表示当一个外部自由度运动一个单位，而其它外部自由度为约束状态时，内部自由度的运动。因此，对应每个外部边界自由度超单元的A集，转换矩阵中有一列，而其函数等于内部自由度的个数超单元的O集。同样，超单元的固定边界位移为UOOKOO1PO16这一矩阵表示在外部自由度为固定的情况下，由超单元自身的边界条件和载荷所产生的超单元静态位移解。基于这些定义，内部点的位移可以写成UOUOOGOTUT17其中UT是外部边界点的位移解。将这一方程代入12的下部，得到由这一表达式得到超单元的减缩刚度和载荷矩阵。减缩刚度矩阵KTT为KTTKTOTGOTKTT19减缩载荷矩阵PT为PTGOTPOPT110按这一方式处理各超单元，将相关矩阵减缩到外部自由度上。当所有超单元都处理完毕，将减缩矩阵装配为系统矩阵以进行残余结构的处理。残余结构由模型中所有未分配给其它超单元的部件，加上各超单元的减缩矩阵装配到一起所组成。对残余结构的系统或装配矩阵进行求解。在得到装配解后，可以求出各超单元的边界解。用边界解计算各超单元的内部位移，然后可以对各超单元包括残余结构进行标准的数据恢复。可以用于标准无超单元分析的所有输出都可以用于超单元分析。不同只是按超单元分区输出。14在静力分析中使用超单元的小例子下面的小问题用来演示然后使用超单元进行静力分析。首先用常规分析求解该问题，然后使用超单元。对这一例子，仅考虑各点的轴向运动，则此问题简化为只有5个自由度。常规分析对此问题进行常规分析的过程是构造结构矩阵、施加约束、求解简化的问题。其55的刚度矩阵为此矩阵中的每一行或列代表与模型中一个自由度相关的项。这些项是升序排列的；即第一列代表自由度1，最后一列代表自由度5。将弹簧刚度用其数值替换，得到现在对此问题施加约束。在有限元分析中，通过从矩阵中删除相关的行和列来施加约束。因此，在施加约束后得到约束结构的静力方程为或以数值代入求解此方程，结果为超单元分析现在用超单元推导和求解同一问题，如图16所示。由于定义超单元的方法尚未讨论，下面一些内容可能不清楚。不过，只要读下去，更多信息就会变得清楚。首先，在图115中给出了一个如何进行超单元分析的流程图这三个阶段I,II和III用于所有超单元，在本书后面会提到。如图6所示，模型的定义为超单元1SEID1阶段1和2是内部点。这些节点在第一阶段处理超单元1时将被浓缩掉。单元K12和K23是超单元1的内部单元或属于超单元1。节点1的约束在超单元1中。节点3是超单元1的外部点。在阶段I对超单元1的减缩全部完成后，所保留的是将超单元1附着在节点3上的矩阵。超单元2SEID2节点4和5是超单元2的内部点。节点3是超单元2的外部点。节点4上的载荷在超单元2内部。单元K34和K45是超单元2的内部单元或属于超单元2。节点5的约束在超单元2中。残余结构RS或SEID0节点3在残余结构的内部。没有单元属于残余结构。节点3上的载荷在残余结构的内部。对超单元1和2单独处理，然后将减缩矩阵装配到残余结构上。超单元1在模型划分为超单元后，超单元1的数据包含如下信息根据这一模型，对于超单元1，U3是外部自由度，属于A集。因此，需要对超单元1生成矩阵、施加约束，然后将矩阵减缩到外部自由度上。这一超单元的G集由节点1，2，3组成。以下为G集对应的矩阵上标1表示该矩阵属于超单元1。注意没有包括节点3上的力。因为这个力施加在外部点上，不包含在超单元中。这一事实通过在载荷矩阵中相应项上的横线来表示，它也表示只有在与超单元1关联的节点3上有载荷。看一下模型，可以看到节点1是约束的。因为该节点是超单元1的内部点，约束作为对超单元1的处理的一部分而施加。所形成的减缩刚度矩阵为现在，这一矩阵已划分为内部O集和外部A集自由度，下面进行常规静态减缩将矩阵减缩到外部自由度上。首先计算边界转换矩阵这一转换表示如果节点3移动一个单位。则节点2将移动05个单位，这是在节点1约束的情况下预期的结构。现在用该转换矩阵将刚度矩阵减缩到边界上这一结果的含义是超单元1包含两个串联弹簧，在节点3处看到的刚度是05。现在将所施加的外载荷减缩到边界上。在将约束施加到载荷矩阵上后，得到其减缩到边界上，有同样的，这是我们预期的结果。如果约束节点3，并在节点2施加单位力，在节点3处的反力是05个单位。超单元2超单元2的施加包括如下信息对于超单元2，U3是外部点，属于超单元2的A集。因此，需要生成超单元2的矩阵，施加约束，并将矩阵减缩到外部自由度上。注意在节点3上的力也没有出现在超单元2上。同样，外部点上的力不包括在超单元的矩阵中。施加约束，这一次是自由度5。然后计算边界转换矩阵并用于超单元2的计算，得到结果如下转换和减缩矩阵是有意义的。如果节点3移动10个单位，节点4将移动05个单位。与以前一样，两个串联弹簧的组合刚度是05；而如果约束节点3的话，节点4上1个单位的载荷在节点3上将产生15单位的反力。14在静力分析中使用超单元的小例子续残余结构其余的结构，或节点3，定义为残余结构。基于其余的单元和载荷生成残余结构的矩阵，然后将各超单元的减缩矩阵添加到相应的自由度上。在完成残余结构矩阵的组合装配后，施加其余的约束并求解残余结构。图19显示了残余结构。用于装配残余结构的各部件显示在左边，装配结构显示在右边。本模型的残余结构装配中没有单元，只有一个节点，在该节点上的物理载荷，以及来自超单元的减缩矩阵。对于本模型，由于所有的物理约束都施加在超单元一级，在残余结构部分不再进行对于约束条件的减缩。如果一个物理模型的残余结构中存在约束，则应该进行减缩处理以得到对应最终求解组的矩阵。因此，本模型的装配矩阵是节点3处超单元矩阵相加的结果，或者类似的，载荷矩阵是施加在残余结构上的物理载荷加上减缩的超单元载荷。最终在残余结构的内部节点节点3上施加了2个单位的力至此，刚度矩阵和载荷矢量均已生成并减缩，下面将准备求解残余结构A集的位移现在得到了残余结构的位移解，可以开始进行数据恢复。数据恢复是对每一个超单元分别进行的，允许分段或选择性的进行数据恢复。超单元1现已得到了外部节点节点3的解，准备对超单元1内部节点进行数据恢复。首先计算固定边界条件的解，即在外部节点保持受约束，并施加载荷的条件下，计算超单元1的运动然后计算边界运动情况节点3位移U34下超单元1的运动最后，将二者相加得到内部位移为这个结果与不使用超单元时节点2的结果是一致的。然后可以对超单元1计算和输出单元结果、SPC力，以及其它的标准输出。超单元2同样，超单元2的边界解来自残余结构，数据恢复过程与超单元1类似，因而不再详细叙述。所得结果与不使用超单元的结果一致。简单的说，静力超单元的解是固定边界的解与由边界位移产生的解的叠加。在静力分析中，使用超单元不会造成任何近似。例题为了连贯性，本指南中始终使用如图112所示的模型作为例子来演示NXNASTRAN的输入和输出。该模型可以看作一个金属压模或双头的苍蝇拍，决不与任何实际问题雷同。这样选择的原因如下多数实际模型都很复杂，不适合作为简单例题输入太麻烦，而且对一个行业认为是合适的模型,未必适合其它的行业。本模型很简单，无需多加说明。本模型的数据见表11。该表的许多卡片大量使用了复制方法来生成。在后续章节和例题中将使用INCLUDE卡来引用这个表。为此，此处的表仅包含必要的信息以避免混乱。本结构为钢制品，杨氏模量30,000,000PSI，重量密度0283LB/IN3，泊松比03。节点1和2被约束。在静力分析时，本结构将承受三种载荷1施加在单元18到67上的压力；2在节点93和104施加同向的2POUNDS的Z向点载荷；3在节点93和104施加反向的2POUNDS的Z向点载荷。表11简单例题的模型数据BASICMODELDEFINITIONSAMEFORALLRUNSFILENAMEISMODELDATGRDSET,6GRID,1,4,0,0,123456GRID,3,4,09,0,2,9,1GRID,2,4,0,0,123456GRID,4,4,09,0,2,9,1GRID,9,36,36,0,1,8,8GRID,19,36,44,0,1,8,8GRID,29,36,52,0GRID,30,28,52,0GRID,31,28,52,0GRID,32,36,52,0GRID,33,52,6,0,1,8,4GRID,39,12,6,0,1,8,4GRID,45,52,68,0,1,8,4GRID,51,12,68,0,1,8,4GRID,57,52,76,0,1,8,4GRID,63,12,76,0,1,8,4GRID,69,52,84,0,1,8,4GRID,75,12,84,0,1,8,4GRID,81,52,92,0,1,8,4GRID,87,12,92,0,1,8,4GRID,93,52,10,0,1,8,4GRID,99,12,10,0,1,8,4ELEMENTSCQUAD4,1,1,1,2,4,3,1,2,2,2,21CQUAD4,4,1,7,8,14,13CQUAD4,6,1,9,10,20,19,1,1,1,1,12CQUAD4,5,1,13,14,24,23CQUAD4,10,1,14,15,25,241,1,1,1,12CQUAD4,14,1,19,20,30,29CQUAD4,15,1,29,30,36,35CQUAD4,16,1,27,28,32,31CQUAD4,17,1,31,32,42,41CQUAD4,18,1,33,34,46,45,1,1,1,1,13CQUAD4,23,1,45,46,58,57,1,1,1,1,13CQUAD4,28,1,57,58,70,69,1,1,1,1,13CQUAD4,33,1,69,70,82,81,1,1,1,1,13CQUAD4,38,1,81,82,94,93,1,1,1,1,13CQUAD4,43,1,39,40,52,51,1,1,1,1,13CQUAD4,48,1,51,52,64,63,1,1,1,1,13CQUAD4,53,1,63,64,76,75,1,1,1,1,13CQUAD4,58,1,75,76,88,87,1,1,1,1,13CQUAD4,63,1,87,88,100,99,1,1,1,1,13MAT1,1,306,3,283PARAM,WTMASS,00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,05,1,1ENDOFBASICMODELDEFINITION第2章如何定义超单元使用零件模型数据定义一个超单元PARTS使用主模型数据定义一个超单元上面解释了超单元的基本概念，现在学习在NXNASTRAN中如何定义超单元。超单元使用输入文件中的BULKDATA模型数据数据段来定义。有两种定义超单元的方法主模型数据MAINBULKDATA超单元和零件PARTS数据超单元。残余结构作为超单元0。以下分别给出了两种方法的说明和示例。在NXNASTRAN中，每个超单元都有一个整数识别号，标记为SEID。每个SEID都必须是唯一的正整数残余结构为例外，作为超单元0。如果没有定义超单元，则认为模型中只有残余结构，将执行常规的求解没有超单元。默认的，如果没有定义超单元，对所有的超单元解都将执行常规的求解。顾名思义，主模型数据超单元MAINBULKDATASUPERELEMENTS是在输入文件的主模型数据段中定义的。在使用这一方法定义超单元时，输入数据被分割为几个部分，每个部分是一个超单元。这一方法好比将糕点切割为几块，即将一个完整的模型分割为若干超单元。零件超单元PARTSUPERELEMENTS定义的方法不同。每个超单元在自己的分块模型数据段中定义。这些独立的数据段都是自身完整的，包括其所描述部件的所有几何、单元、属性、约束和载荷数据。然后，一系列单独的部件装配成最终的有限元模型。两种方法可以单独或合并使用，取决于用户的选择。在MSCNASTRAN69版之前，只有主模型数据超单元可以使用。MSCNASTRAN69版及之前版本的输入文件可以用于后续的版本，任何超单元的输入都和以前一样处理。如果定义了零件超单元，程序将使用不同的分组方法将主模型数据段分割为超单元。同样的，如果用户在MSCNASTRAN69及以前版本的输入文件中添加了零件超单元的数据，则主模型超单元定义的数据将失效。21使用零件PARTS模型数据定义超单元零件是用单独的模型数据段定义的单个的部件。因此，每个零件可以看作一个单独的部件模型。NXNASTRAN自动确定不同零件中的一致节点并连接部件模型以创建装配模型。对每个零件，模型数据段可以分为单独的数据段。使用BEGINSUPER卡进行分割。这一卡的形式如下BEGINBULKSUPERI其中I是要定义的超单元的编号。这一命令的常用格式如下BEGINSUPERI这也是本指南中所使用的格式。在MSCNASTRAN69及以前版本的输入文件中，模型数据段是单独的一段，包含除了优化以外的全部模型数据。整个模型数据定义在BEGINBULK和ENDDATA之间。每个节点都必须是唯一的，每个单元编号也必须是唯一的。在MSCNASTRAN69版的输入文件中，可以用BEGINSUPER命令将模型数据段分割为单独的部件模型。这样，每个部件模型都是一个自身完整的模型，定义了总模型中的一个零件。在每一个部件的数据段中，节点和单元的编号仍必须是唯一的，但是，不同的零件可以使用相同的节点或单元编号，因为在数据文件中他们是独立的数据段。使用零件PARTS模型的数据段当使用零件模型数据段时，整个模型被分为不同的数据段。包含在BEGINBULK和第一个BEGINSUPER或ENDDATA之间的数据段称为主模型数据段。如果只有这一个数据段，这文件和MSCNASTRAN69及以前的版本兼容。在这一段中可以使用后面在“在主模型数据段中定义超单元”中说明的方法来定义超单元虽然是不必要的。在这一段中定义的超单元称为主模型数据超单元定义零件时，无需告诉NXNASTRAN何处与其它超单元连接。程序本身会自动确定那些节点是重合的，并默认自动连接任何重合的节点。本节后面将讨论如何防止自动连接。使用零件超单元时输入文件的格式在使用零件超单元时，执行控制段合情况控制段不变，只有模型数据段不同。一个输入文件的例子如下SOL101CENDTITLESAMPLEINPUTFILEDEMONSTRATINGPARTSBEGINBULKMAINBULKDATASECTIONBEGINSUPER1DATAFORPART1BEGINSUPER25DATAFORPART25ENDDATA本例中，有一个主模型数据段在其中可以定义一些主模型数据超单元和两个零件超单元1AND25。每一段都是自身完整的，也就是说，零件1中的卡片不能被该输入文件中其它任何数据段所引用，对其它零件也是如此，他们都必须是自身完整的。有几个主模型数据卡可以用来移动、拷贝或手工连接零件，除了这几个卡，没有任何其它的卡可以在不同的模型数据段之间互相引用数据。下面说明如何使用零件超单元定义双头苍蝇拍模型使用前面的数据。将定义7个超单元和一个残余结构。下图显示如何将这一模型分割为超单元本例中，每个超单元用一个PART，或单独的模型数据段来定义。因此，在输入文件中有7个BEGINSUPER分段。残余结构在主模型数据段定义这不是必须的，只是一个可选项。以下为求解这一问题的输入文件FILESE1S101PDATALL7SEBROUGHTINUSINGBEGINSUPERDUPLICATEBOUNDARYGRIDIDSEACHSECONTAINSITSOWNPROPERTYDESCRIPTIONSOL101CENDTITLESESAMPLEPROBLEM1SUBTITLESESTATICSRUN1MULTIPLELOADSDISPALLDEFAULTISSUPERALLFORV69SETDEFAULTSFORALLSESEESECTION5PARAM,GRDPNT,0PARAM,WTMASS,00259SUBCASE101LABELPRESSURELOADLOAD101SUBCASE201LABEL2NORMALLOADSLOAD201SUBCASE301LABELOPPOSINGLOADSLOAD301INCLUDEPLOTDATBEGINBULKMAINBULKDATASECTIONINCLUDEPART0DATBEGINSUPER1INCLUDELOADPRT1DATINCLUDEPART1DATBEGINSUPER2INCLUDELOADPRT2DATINCLUDEPART2DATBEGINSUPER3INCLUDEPART3DATBEGINSUPER4INCLUDEPART4DATBEGINSUPER5INCLUDEPART5DATBEGINSUPER6INCLUDEPART6DATBEGINSUPER7INCLUDEPART7DATENDDATA各INCLUDE语句引用的文件的内容在后面给出。执行控制采用SOL101，包含超单元的静力求解。情况控制部分定义了三个子情况，在模型中提供了对所有超单元的默认参数对于超单元的情况控制的详细说明见第5节。文件PLOTDAT是一个绘图输出要求文件，在超单元绘图要求部分说明。由于这一模型包含残余结构的物理模型，因此存在主模型数据段，但非常短。相应模型定义在文件PART0DAT中，其内容如下CQUAD45113142423GRDSET6GRID134360GRID144360GRID234440GRID244440MAT1,1,306,3,283PSHELL,1,1,05,1,1PARAM,WTMASS,002588这一文件包含了残余结构的物理模型，其中有5个单元、其附属节点，以及相关的属性和参数。注意，这一文件只包含这些信息，不包含用于在零件之间进行连接的节点的拷贝如果愿意，也可以把这些节点的拷贝放到残余结构中，结果和单级求解是一样的。残余结构的结束为主模型数据段的结束或超单元说明的开始BEGINSUPER1。后续卡片属于各零件。第2章如何定义超单元续下面是定义PART1的输入文件，包含两个INCLUDE语句，分别插入文件LOADPRT1DAT载荷数据和PART1DAT零件1的模型数据。这两个文件的内容如下文件LOADPRT1DATLOADSONSE1LOADCASE1PRESSURELOADPLOAD2,101,1,18,THRU,42LOADCASE22POINTLOADSATCORNERSFORCE,201,93,2,0,0,1LOADCASE3OPPOSINGPOINTLOADSATCORNERSFORCE,301,93,2,0,0,1文件LOADPRT1DAT包含了施加到零件1上的三种静力载荷情况的数据。文件PART1DATCQUAD418133344645CQUAD419134354746CQUAD420135364847CQUAD421136374948CQUAD422137385049CQUAD423145465857CQUAD424146475958CQUAD425147486059CQUAD426148496160CQUAD427149506261CQUAD428157587069CQUAD429158597170CQUAD430159607271CQUAD431160617372CQUAD432161627473CQUAD433169708281CQUAD434170718382CQUAD435171728483CQUAD436172738584CQUAD437173748685CQUAD438181829493CQUAD439182839594CQUAD440183849695CQUAD441184859796CQUAD442185869897GRDSET6BOUNDARYGRIDSGRID353660GRID362860GRID335260GRID344460GRID37260GRID381260GRID4552680GRID4644680GRID4736680GRID4828680GRID492680GRID5012680GRID5752760GRID5844760GRID5936760GRID6028760GRID612760GRID6212760GRID6952840GRID7044840GRID7136840GRID7228840GRID732840GRID7412840GRID8152920GRID8244920GRID8336920GRID8428920GRID852920GRID8612920GRID9352100GRID9444100GRID9536100GRID9628100GRID972100GRID9812100MAT1,1,306,3,283PARAM,WTMASS,00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,05,1,1文件PART1DAT包含了零件1的物理模型数据。如果看一下前面提供的图例，将会注意到本零件通过节点35和36连接到零件3上。在本部件的模型数据中也包含了这一点。零件2由类似的文件所定义，这里不再讨论。零件3由单独的文件PART3DAT所定义，内容如下PART3DATCQUAD414119203029CQUAD415129303635GRDSET6BOUNDARYGRIDSGRID1936440GRID2028440GRID353660GRID362860GRID2936520GRID3028520MAT1,1,306,3,283PARAM,WTMASS,00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,05,1,1这个文件包含了零件3的物理模型数据。这个零件通过节点35和36与零件1相连接包含在本段数据中，并通过节点19和20与零件5相连接。在出路零件时，NXNASTRAN自动寻找重合的节点，比如零件1中的节点35和36，与零件3中的节点35和36，除非另有设置，程序将在这些点将两个零件连接到一起。因此，节点35和36是超单元1即超单元3的外部节点。并不要求节点编号相同，只要它们在一定公差范围内是重合的后面说明即可。在找到重合节点后，程序将它们标记为连接点并在残余结构中创建一个重合的内部节点除非残余结构中已有与其重合的节点，或者使用了多级超单元，而该超单元不是直接连接到残余结构上。每个部件的矩阵将减缩到外部自由度上，并传递给下游超单元直到残余结构，进行装配和求解。在NXNASTRAN的示出中，将识别所有边界节点并列出各超单元的外部或内部节点见第9节，本例的输出。在读入所有零件的数据并找到所有重合节点后，程序将准备处理各零件。以下文件是本例输入数据的其余部分文件PART2DATCQUAD443139405251CQUAD444140415352CQUAD445141425453CQUAD446142435554CQUAD447143445655CQUAD448151526463CQUAD449152536564CQUAD450153546665CQUAD451154556766CQUAD452155566867CQUAD453163647675CQUAD454164657776CQUAD455165667877CQUAD456166677978CQUAD457167688079CQUAD458175768887CQUAD459176778988CQUAD460177789089CQUAD461178799190CQUAD462179809291CQUAD4631878810099CQUAD46418889101100CQUAD46518990102101CQUAD46619091103102CQUAD46719192104103GRDSET6边界节点GRID412860GRID423660其他节点GRID391260GRID40260GRID434460GRID445260GRID5112680GRID522680GRID5328680GRID5436680GRID5544680GRID5652680GRID6312760GRID642760GRID6528760GRID6636760GRID6744760GRID6852760GRID7512840GRID762840GRID7728840GRID7836840GRID7944840GRID8052840GRID8712920GRID882920GRID8928920GRID9036920GRID9144920GRID9252920GRID9912100GRID1002100GRID10128100GRID10236100GRID10344100GRID10452100MAT1,1,306,3,283PARAM,WTMASS,00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,05,1,1文件LOADPRT2DAT超单元2上的载荷LOADCASE1PRESSURELOADPLOAD2,101,1,43,THRU,67LOADCASE22POINTLOADSATCORNERSFORCE,201,104,2,0,0,1LOADCASE3OPPOSINGPOINTLOADSATCORNERSFORCE,301,104,2,0,0,1文件PART4DATCQUAD416127283231CQUAD417131324241GRDSET6边界节点GRID2728440GRID2836440GRID412860GRID423660其他节点GRID3128520GRID3236520MAT1,1,306,3,283PARAM,WTMASS,00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,05,1,1文件PART5DATCQUAD4619102019CQUAD47110112120CQUAD48111122221CQUAD49112132322GRDSET6边界节点GRID1936440GRID2028440GRID134360GRID234440其他节点GRID936360GRID1028360GRID112360GRID1212360GRID212440GRID2212440MAT1,1,306,3,283PARAM,WTMASS,00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,05,1,1文件PART6DATCQUAD410114152524CQUAD411115162625CQUAD412116172726CQUAD413117182827GRDSET6边界节点GRID2728440GRID2836440GRID144360GRID244440其他节点GRID1512360GRID162360GRID1728360GRID1836360GRID2512440GRID262440MAT1,1,306,3,283PARAM,WTMASS,00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,05,1,1文件PART7DATCQUAD4111243CQUAD4213465CQUAD4315687CQUAD441781413GRDSET6其他节点GRID1400123456GRID2400123456GRID34090GRID44090GRID54180GRID64180GRID74270GRID84270边界节点GRID134360GRID144360MAT1,1,306,3,283PARAM,WTMASS,00259PARAM,AUTOSPC,YESPSHELL,1,1,05,1,1自动将零件连接到模型的其他部件上默认的，程序自动将零件的节点连接到任何其他零件或主模型模型数据段的重合节点上或。不需要关心这些重合节点的坐标系，NXNASTRAN自动按照不同的输出坐标系连接重合节点。在NXNASTRAN的输出中，这些点将识别为边界点。默认的，用户不必对连接进行特别的设置。如果一个连接点完全属于零件在残余结构中没有重合点，NXNASTRAN将在残余结构中对于多级超单元，在最低一级的超单元中创建一个与其重合的新节点，做为内部节点。这些内部节点不能被约束。如果需要约束这些节点，可以在残余结构中对于多级超单元，在最低一级的超单元中定义一个重合节点并约束该节点，或者也可以在零件上施加约束有一些限制，见下一段。对连接点的约束如果需要对两个或多个零件的连接点施加约束，将有一些限制。如果希望约束所有6个自由度，没有任何限制。只要对所有重合节点都约束6个自由度即可。如果不是约束所有6个自由度，则必须十分小心。由于程序允许连接具有不同输出坐标系的重合节点，在某个坐标系中的节点的约束，难以正确的映射到另一个坐标系的重合节点上。因此，连接节点必须服从下列规则如果零件被连接到同一级超单元上，或者约束所有6个自由度，或者全不约束。如果零件之一处于超单元树的下一级即它是其他超单元的下游超单元，则必须将约束施加到级别较低的超单元的连接点超单元树中最后处理的一级超单元上。控制零件与模型其余部分的连接如果希望不使用自动连接，有几个选项可以使用。可以在输入文件的主模型数据段使用的SEBNDRY,SEBULK,SECONCT和SEEXCLD卡来设置零件条件。虽然后面会给出更详细的解释，这里先给出这些卡片的一个简单定义原作者注卡片SEBNDRY,SEBULK,SECONCT和SEEXCLD只能出现在输入文件的主模型数据段。SEBNDRY提供一个零件中可以与其他零件连接的节点列表用于限制自动搜索重合点的范围；SEBULK定义边界搜索选项设置重合节点检查公差；SECONCT明确定义用于零件之间连接的节点和标量点优先于自动搜索的设置，并可以设置重合节点检查的公差；SEEXCLD提供零件中不能与其他零件连接的节点列表用于限制自动搜索重合点的范围。原作者注节点重合搜索的默认公差是10E5单位。NXNASTRAN默认使用自动搜索来寻找零件超单元之间的重合节点，默认的搜索公差是10E5单位。这一默认处理可以使用SEBULK或SECONCT卡来改变。SEBNDRY卡的格式如下这个卡片用来限制自动搜索的分为。对于超单元SEIDA，只有出现在SEBNDRY卡中的节点