MSCNastran操作与实战培训教程剖析课件

1、MSC Nastran操作与实战培训教程 第1页，共303页。第 0 章 MSC.Software公司 公司概况MSC公司建于1963年。总部：美国洛杉机。分部：欧洲（德国）和日本办事处：30多个国家设有办事处亚太办事处：东京总部，大板分公司 汉城，悉尼，台北 中国办事处：北京、上海、成都、深圳雇员：技术工程师680多人第2页，共303页。MSC.Software公司 第一笔业务： NASA通用有限元结构分析程序NASTRAN开发（1963年） 1970年开发NASTRAN商业版本MSC/NASTARN 1983年股票上市 1993年收购世界著名CAD软件供应商Aries Technology

2、 公司 1994年收购CAE领域第二软件供应商PDA工程公司 1998年收购MARC公司 1999年收购Work Model 公司2001年与法国DASSAULT战略同盟 2002年收购MDI公司（ADAMS机构运动仿真)2002年收收购波音公司控制仿真系统EASY5第3页，共303页。主要产品：1）大型通用有限元程序 MSC/NASTRAN2）非线性有限元分析程序 MSC/MARC3）三维非线性和瞬态动力学软件 MSC/DYTRAN4）通用有限元前后置处理系统 MSC/PATRAN5）结构疲劳寿命预测仿真系统 MSC/FATIGUE6）机构运动仿真软件 MSC/ADAMS7）通用有限元分析系

3、统 MSC/NASTRAN for Windows8）基于CAD技术的有限元前后处理器 MSC/ARIES第4页，共303页。 8）商品化材料数据信息系统 MSC/MVISION 9）锻压仿真系统 MSC/SuperForm10) 速跌落试验仿真系统 MSC/DropTest11) 面向设计人员的分析软件 MSC/InCheck12）车辆舒适性预测仿真系统 MSC/NVH-Manager13）预测系统 MSC/AKUSMOD14）汽车有限元模型处理系统 MSC/AMS15）拓扑及形状优化设计软件系统 MSC/Construct16）成型仿真系统 MSC/SuperModel17）机构运动仿真系

4、统 MSC/WORK MODEL18) 控制仿真系统 MSC/EASY 5第5页，共303页。MSC产品应用 航空航天、机械、汽车、船舶、铁道、建筑电子、化工、材料、核能、冶金、地矿、生物医学及教学与科研等领域和部门 92%的机械设计制造; 97%的汽车; 95%的航空航天;98%国防。 MSC公司产品占CAE领域40%市场 第6页，共303页。服务方式 1）热线咨询服务2）遍布世界各地的MSC办事处3）定期与专门培训4）定期召开MSC用户会议5）网上服务 第7页，共303页。第 1 章 MSC.NASTRAN第8页，共303页。1 NASTRAN与MSC/NASTRAN NASTRAN 程序

5、由来 1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis）是一个大 型、通用有限元结构分析计算机程序2) 在美国国家宇航局 ( National Aeronautics and Space Administration，简称 NASA) 主办下研制与 发展的3) 1964年1月，NASA制定任务书4) 由计算机科学(Compnter Sciences)、Martin 公 司和MSC组成研制队承包程序研制5) 1968年5月 ，该程序首先在Goddard运行 第9页，共303页。NASTRAN 专利 l COSMIC/NASTRAN:COSMIC维护的非专利版MSC/NAS

6、TRAN:MSC公司发展的专利版 UAI/NASTRAN:通用分析专利版本 SPERRY/NASTRAN: SPERRY UNIVAC公司专利版MARC/NASTRAN：MARC分析与研究专利版 DTNSRDC/NASTRAN：David Taylor海军舰艇研究发展 中心专利版NKF/NASTRAN： NKF工程协会专利版COSMOS/NASTRAN: COSMOS公司专利版第10页，共303页。2 MSC/NASTRAN开发历史 1964年，MSC承担美国航空航天局（NASA）主持 NASTRAN的开发 1971年，MSC推出专利版MSC/NASTRAN 1973年，MSC指定为NASTR

7、AN(NASA)维护商 1989年, 发布经重大改进的 MSC/NASTRAN66 1991年，将CAD技术引入MSC/NASTRAN V67.5及相 应产品 Nastran for Window 1994年，MSC公司发布了经重大改进的MSC/NASRANV68 版 第11页，共303页。 1994年，MSC与PDAE合并,形成了以MSC/ NASTRAN 为核心的MSC产品系列 如：MSC.MVISION、 MSC.PATRAN、 MSC.THERMAL、MSC.FEA、MSC/DYTRAN、 MSC.FATIGUE、MSC.AFEA等 1995年,MSC/NASTRAN V68.2版 1

8、996年,MSC/NATRAN V69版 1997年, MSC/NASTRAN V70版 2001年,MSC/NASTRAN2001版第12页，共303页。3 MSC/NASTRAN主要特点与功能 MSC/NASTRAN 的主要特点 1)大型、通用、功能齐全、适用面广 2)极高的软件可靠性 3)世界领先的计算结构技术先进性 4)独特的DMAP语言 5) 标准的输入/输出格式 第13页，共303页。4 MSC/NASTRAN 主要功能 1)静力分析l 线性静力分析（包括惯性卸载）l 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。l 静力几何与材料非线性分析 包括：大变形（大位移、大转

9、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 l正交模态分析（固有频率与振动模态）l直接复特征值分析l 模态复特征值分析l 直接频率响应分析l 模态频率响应分析l 直接瞬态响应分析l 模态瞬态响应分析l 响应谱分析l 随机动力分析l 具有几何和（或）材料非线性的瞬态响应分析第14页，共303页。3)热传导分析 l 线性稳态热传导分析l 非线性稳态热传导分析l 瞬态热传导分析l 非线性瞬态热传导分析 4)气动弹性分析 l 静态气动弹性分析l 动气动弹性分析 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。第15页，共303页。5)

10、 多级超单元分析 l 线性静力超单元分析l 屈曲超单元分析l 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。l 气动弹性响应超单元分析l 颤振超单元分析l 稳态与瞬态热传导超单元分析 l 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 l 设计敏度分析l 多约束结构优化 第16页，共303页。 7) 通用矩阵运算 l 运用DMAP修改MSC/NASTRAN固定流程 l 建立用户自己的有限元求解系列 8) 特殊分析功能 l 声响分析 l 流体与结构耦合分析 l 循环对称分析 l 层复合材料分析 第17页，共303页。5

11、 MSC/NASTRAN的前后处理 1、 MSC公司提供的 MSC/PATRAN,MSC/ARIES2、通用CAD软件 如Unigraphics(UG),Pro/ENGINEER与I-DEAS等3、所有著名CAD/CAM系统及专用有限元前后处理软件 都与MSC/NASTRAN有接口，均可生成MSC/NASTRAN的 输入文件，并进行后处理。 第18页，共303页。6 MSC/NASTRAN的文档资料 1、 MSC/NASTRAN 使用入门 （ Getting Started With MSC/NASTRAN Users Guide ） 2、用户指南 3、MSC/NASTRAN 快速参考手册 (

12、 MSC/NASTRAN Quick Reference Guide ) 4、MSC/NASTRAN 参考手册 ( MSC/NASTRAN Referemce Manual ) 第19页，共303页。第20页，共303页。第 2 章 有限元分析引言第21页，共303页。有限元法在工程分析中的作用 工程分析经典法数值法精确解法近似解法能 量 法边界元法有限差分法有限元法第22页，共303页。有限元法的过程 第23页，共303页。线性静力分析的基本矩阵方程单元刚度矩阵 K =刚度矩阵F =力向量(已知)u =由F引起的未知位移向量 第24页，共303页。总体刚度矩阵第25页，共303页。线性静力有

13、限元分析步骤 结构离散形成单元刚度矩阵装配总体刚度矩阵施加约束边界条件施加载荷求解方程计算位移、应力等第26页，共303页。F = 10000 磅L = 10 英寸YINL = 10 英寸面积 A = 1.5 英寸2弹性模量 E = 10106 磅/英寸2面积 A = 2.0 英寸2弹性模量 E = 10106 磅/英寸2例子：1、建立结构有限元模型 L=10英寸A=1.5英寸2L=10英寸A=2.0英寸2结点 3#结点 1#结点 2#单元 单元 第27页，共303页。2、形成单元刚度矩阵 3、总装刚度矩阵 第28页，共303页。4、施加边界条件 5、施加作用载荷 第29页，共303页。6、求

14、解矩阵方程 7、计算单元应力第30页，共303页。第三章NASTRAN有限元模型知识 第31页，共303页。离散化结构的描述l有限元模型所需数据：l 坐标系l 模型几何l 有限单元l 载荷l 边界条件l 材料性质第32页，共303页。坐标系MSC/NASTRAN有直角笛卡尔坐标系,称为基本坐标系,也称缺省坐标系 MSC/NASTRAN允许建局部坐标系,包括直角、柱面(r,z)与球面坐标系(r,) 第33页，共303页。模型几何MSC/NASTRAN中，模型几何用结点定义 结构结点加载而移动结构模型每一结点有六个可能位移（自由度） 三个移动(在X、Y和Z方向)和三个转动(关于X、Y和Z轴) 第3

15、4页，共303页。有限单元 Nastran中，单元名前字母C是表“connection” 弹簧元（性质如简单拉伸或扭转弹簧） CELAS14 线单元（性质象杆、棒或梁） 杆元： CROD，CONROD 直梁元：CBAR，CBEAM 曲梁元：CBEND第35页，共303页。 面单元（性质象膜或薄板） 三结点三角形板元：CTRIA 3 六结点三角形板元：CTRIA 6 四结点四边形板元：CQUAD 4 八结点四边形板元：CQUAD 8 四结点剪力板元：CSHEAR 六面体元（性质象块料或厚板材） 六面体元 CHEXA五面体元CPENTA四面体元CTETRA第36页，共303页。 约束元（无限刚硬，

16、称为刚性元） l 刚性杆：RROD l 刚性梁：RBAR l 刚性三角板：RTRPLT l 刚性体：RBE1，RBE2 l 均方加权约束元：RBE3 l 内插约束元：RSPLINE第37页，共303页。载荷 (1) MSC/NASTRAN可处理的载荷包括静力载荷、动 力瞬态、振动载荷、热载、地震加速度和随机 载荷 (2) 静力载荷包括：l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷l 由加速度引起的载荷l 强迫位移 l 集中力和力矩l 梁上的分布载荷第38页，共303页。边界条件 (1)结构对载荷的响应通过约束点或结构点处产 生反力来响应 （2）一些简单边界件（3）MSC/NASTRAN中，边界条件通

17、过约束适当自由度 为零位移来处理 第39页，共303页。材料性质 NASTRAN可处理材料包括： 各向同性，各向异性，非线性(与应力相关)， 流体，温度相关的，以及复合材料等 第40页，共303页。MSC/NASTRAN输入文件结构 1、MSC/NASTRAN输入文件内容 l 要执行的分析类型l 计算结果输出要求l模型几何l单元集l材料l载荷l约束(边界条件)第41页，共303页。2、输入文件是文本文件默认扩展名为DAT，由文本编辑软件或有限元前处理软件建立 3、运行MSC/NASTRAN命令 NASTRAN 输入文件名 如：Nastran model1.dat 4、输入文件包括五个部分，三个

18、限定符 第42页，共303页。NASTRAN语句文件管理语句执行控制语句CEND情况控制指令BEGIN BULK模型数据集ENDDATA可选可选必须必须限定符必须限定符必须的限定符第43页，共303页。 NASTRAN 语句（可选的） 主要用来修改一些操作参数 如：工作存储器状况，数据块大小，数据块参数等 文件管理段（可选的） 主要用于初始化数据库和FORTRAN 文件 执行控制段（必须的）（1）主要功能：规定执行作业分析解法类型 （2）其它一般功能：1）可选ID语句，识别作业 2）可选TIME语句，设置作业执行最大时间限 （3）结束用CEND限定符标识第44页，共303页。情况控制段（必须）

19、 （1） 规定与控制分析结果输出要求(即力、应力和位移的输出要求) （2） 管理一组模型数据输入 （3） 定义分析子情况(如一个作业中施加多组载荷)，选取载荷和边界条件 （4） 位于执行控制段后，而在模型数据段前 模型数据段（必须） （1）在情况控制段之后，以限定符“BEGIN BULK”开始 （2） 包含描述有限元模型的全部数据：几何、坐标系、有限单元、单 元性质、载荷、边界条件以及材料性质模型数据段记录可以按任 何秩序排列，但最后一条必是限定符“ENDDATA” 第45页，共303页。例子截面直径0.25英寸 ，一端固定，另一端作用20磅轴力。求轴力引起的伸长 第46页，共303页。MSC

20、/NASTRAN输入文件ROD.DAT为 第47页，共303页。MSC/NASTRAN输出文件 ROD.DBALL包含数据库运行的永久性数据ROD.F04 包含数据库文件信息和模块执行摘要ROD.F06 包含MSC/NASTRAN的分析结果ROD.LOG包含系统信息和系统错误信息ROD.MASTE数据库运行总辞典MSC/NASTRAN输出文件包括无重起动， MASTER和DBALL文件在作业完成后自动清除 第48页，共303页。F06文件部分结果 第49页，共303页。MSC/NASTRAN输入数据 数据单位 MSC/NASTRAN对物理单位无限制用户在形成有限元模型时使用一致性单位制 量英制

21、SI输入量： 结点坐标英寸米 弹性模量磅/ 英寸2牛顿/米2 作用力矩英寸磅牛顿米 作用力磅牛顿 质量磅秒2/英寸千克 时间秒秒输出量： 位移英寸米 应力磅/ 英寸2牛顿/米2第50页，共303页。输入数据格式 实数、整数和符号输入数据 MSC/NASTRAN有三种可能数据 整数、实数和字符(也称文字型、或BCD) 整数 不能包含小数点实数 必须包含小数点字符以字母开头，其长度最多为8个字母实数可用多种形式输入，如，“7”可采用如下形式输入 第51页，共303页。自由域、小域与大域格式 (1) MSC/NASTRAN 三种输入数据格式 自由域格式 输入数据字域是用逗号分开小域格式 共十个字域，

22、每个字域有八个字符大域格式 十个字域，每个字域包含16个字符 (2) NASTRAN语句、文件管理段、执行控制段、情况控制段用自由格式 (3) 模型数据段用三种格式中任何一种 (4) NASTRAN 模型数据段每一个输入数据记录(卡)包含十个字域 (5) 第一个字域填入该模型数据卡的特征名(如GRID,CBAR,MAT1,等等)4） 第二字域至第九字域包含模型数据记录(卡)的数据输入信息 第十字域不填数据，为继续信息记录(卡)预备第52页，共303页。典型NASTRAN模型数据记录格式，GRID记录(卡) 第53页，共303页。自由域格式 自由域格式必须从第一列开始填数据； 跳过字域，用逗号实

23、现 整数和字符字域不能超过八个字符 由域数据不能包含嵌入的空格。第54页，共303页。小域格式 第1字域和第10字域必须是左对齐 第2字域至第9字域无需左或右对齐 小域输入数据不能包含任何嵌入空格 第55页，共303页。大域格式 要求高数字精度，采用大域格式 大域格式表示的每个记录只少有两行 第56页，共303页。继续卡模型数据记录多于八个字域的数据，需要继续卡如：简单梁性质卡PBAR： 输入(.DAT)文件 第57页，共303页。第58页，共303页。第 4 章 执行控制与情况控制第59页，共303页。典型Nastran输入文件第60页，共303页。执行控制语句 执行控制语句 (1) 该段语

24、句用自由格式书写 (2) 执行控制段基本功能 a) 识别作业 b) 选择分析类型 c) 设置允许CPU时间 d) 输出诊断信息 e) 设定用户编写的DMAP系列 第61页，共303页。 ID语句是可选的，其作用为识别作业; 必须为执行控制段第一条语句 ID语句格式为：ID i1，i2 其中，i1和i2为字符串，i1可为1至8个字符串，i2可为任何长度的字符串。 每一字符串以字母开头 ID语句SOL 语句 SOL 语句是必须，用于选择分析类型（求解系列） SOL 语句格式为：SOL n其中，n是识别解法类型的正整数或解法系列的字符名 如：SOL 101 (或SOL SESTATIC )，即线性静

25、力分析；SOL 103（模态分析） 和SOL 105（屈曲分析）等 第62页，共303页。Time 语句是可选的，设置最大CPU时间和作业I/O时间它格式为：TIME t1 , t2 其中， t1为最大允许CPU执行时间，以分计（实数或整数， 缺省值为1分钟）； t2 为最大允许I/O时间，以秒计（缺省值是无限大）TIME 语句 CEND 语句 GEND 语句必须，作用是作为执行控制段的结束（情况控制段的开始） 格式为：CEND第63页，共303页。一个简单模型线性静力分析执行控制段 ID SIMPLE, MODEL SOL 101 TIME 5 CEND 例 子 第64页，共303页。MSC

26、/NASTRAN结构化求解序列MSC/NASTRAN结构化求解序列SOL号SOL 名说 明101SESTATIC包括如下选择的静力分析：线性热传导、替代减缩、惯性卸载、设计敏度（静力）103SEMODES正则模态含设计敏度（模态）105SEBUCKL屈曲分析含静力分析、设计敏度（屈曲）106NLSTATIC非线性静力分析107SEDCEIG直接复特征值分析108SEDFREQ直接频率响应109SETRAN直接瞬态响应110SEMCEIG模态复特征值分析111SEMFREQ模态频率响应112SEMTRAN模态瞬态响应114CYCSTATX循环对称静力，含替代减缩115CYCMODE循环对称正则模

27、态118CYCFREQ循环对称直接频率响应129NLTRAN非线性瞬态响应144AESTAT静力气弹响应145SEFLUTTR气动颤振146SEAERO气弹响应153NLHEAT稳态非线性热传导159TRHEAT瞬态热传导190DBTRANS数据库变换200DESOPT优化设计MSC/NASTRAN结构化求解序列 第65页，共303页。情况控制指令 情况控制段是MSC/NASTRAN输入文件必须部分 跟在执行控制段(CEND)后，在模型数据集(BEGIN BULK)前 基本功能： 选取载荷与约束条件等模型数据； 选取输出结果； 定义子情况;情况控制指令均用自由格式书写 第66页，共303页。输

28、出选择 TITLE = 任何BCD数据SUBTITLE = 任何BCD数据LABEL=任何BCD数据TITLE、SUBTITLE和LABEL 分别定义输出每页第一行、第二行和 第三行标题。ECHO = SORT，打印分好类的模型数据； = UNSORT，打印未分类的模型数据； = BOTH，打印分类和未分类两种数据； = NONE，不打印模型数据； = PUNCH 将分类模型数据记入穿孔文件。 输出一组（n）或全部结点的位移 选取一组（n）或全部结构单元的单元力输出 第67页，共303页。选取一组（n）或全部板单元或体单元的应变输出 输出一组（n）或全部单元的应变能 选取一组（n）或全部结构单

29、元的应力输出 要求一组（n）或全部结点的平衡力输出 选取一组（n）或全部结点的应力输出 请求一组（n）或全部作用载荷的输出 要求一组（n）或全部结点单点约束力输出 第68页，共303页。SET n = i1 , i2 , i3 , THRU i4 , EXCEPT i5 , i6 , i7 , i8 , THRU i9 定义一组输出请求中使用的结点号或单元号，用于得到输出量的部份选择输出 例如：SET 1 = 3，4，7，9，11SET 5 = 2，9，15，THRU 21，33DISP = 1FORCE = 1STRESS = 5GPFORCE=all对于该例题，表示输出下列内容： 结点3、

30、4、7、9 和 11的位移； 单元3、4、7、9 和 11的力； 单元2、9、15 至 21和 33 的应力; 全部节点的约束反力。 第69页，共303页。数据选择LOAD = n选取静力载荷条件(集中载荷或分布载荷)，n与模型数据卡（FORCE、MOMENT和PLOAD等）标识号相对应。DEFORM = n选取初始单元强迫变形，n与模型数据卡DEFORM标识号相对应。SPC = n选取单点约束，n与模型数据卡(SPC、SPC1或SPCADD)标识号相对应。MPC = n选取多点约束，n与模型数据卡(MPC或MPCADD)标识号相对应。TEMP（LOAD）= n选取由模型数据卡（TEMP或TE

31、MPD）定义的温度载荷。METHOD = n选取特征值提取方法，n与模型数据卡(EIGR、EIGRL或EIGB)标识号相对应。 第70页，共303页。子情况定义SUBCASE n定义和标识一个子情况。n为子情况的标识号，由用户指定的任何整数，但必须满足由上至下的子情况号是依次递增。SUBCOM n定义和标识一个线性组合子情况。SUBSEQ = R1 , R2 , R3 , Rn 定义线性组合情况的系数，R1至 Rn为SUBSOEQ卡前出现的1至n个子情况的系数（实数）。下面给出一个3种载荷子情况及其组合的例题。第71页，共303页。SUBCASE 1SUBTITLE = Dead LoadLO

32、AD = 10SUBCASE 2SUBTITLE = NW wind LoadLOAD = 20SUBCASE 3SUBTITLE = SW Wind LoadLOAD = 30SUBCOM 10SUBTITLE = Load Combination 1LABLE = Dead Load +NW WindSUBSEQ = 1.0 , 1.0 , 0.0SUBCOM 20SUBTITLE = Load Combination 2LABLE = Dead Load + ( - ) 1.5 SW WindSUBSEQ = 1.0 , 0.0 , -1.5第72页，共303页。SYM n 定义一个对称

33、子情况，n为子情况标识号。SYMCOM n定义和标识一个对称组合子情况。SYMSEQ = R1 , R2 , R3 , Rn 定义对称组合子情况中1至 n 被组合子情况的系数。REPCASE n定义和标识一个重复的子情况。一般用于对前面实际子情况提出另外的输出请求。MODES = n用于特征值问题中，重复N个连续模态的同样输出。n为模态数，由第一个开始并依次处理，为此需定义子情况。 第73页，共303页。第 5 章 结点与坐标系 第74页，共303页。结 点 结点用于定义结构几何; 每一结点有6个自由度（DOF）：三个移动分量(1、2、3）与三个转动分量（4、5、6）。 结点六个自由度以1，2

34、，3，4，5和6标明 第75页，共303页。结点的位移分量与自由度的关系表示为第76页，共303页。结点模型数据“卡”GRID 格式 名 称内 容ID结点号( 0 整数 0）RID定义Ai，Bi和Ci的坐标系识别号（整数0，缺省值为零，指基本坐标系）Ai，Bi，Ci在 RID 坐标系中三点的坐标（实数）xCARyzBpz第81页，共303页。 点（A1，A2，A3）,（B1，B2，B3）和（C1，C2，C3）非共线的 任何坐标系中，角度输入按度表示，输出（如转动位移）以弧度表示例题 一半圆顶拱。为方便结点位移输出，将3至7点建立局部坐标系 第82页，共303页。采用柱坐标系，标识号为100,

35、定义为 各结点定义如下 第83页，共303页。结点 3 至 7 采用（r，Z）坐标，r =15.0 时，从 30（ 结点7 ） 至150（结点3）变化。 所有结点的输出采用基本坐标系，因为在字域 7（CD） 是 空 第84页，共303页。第 6 章 基本单元库 第85页，共303页。概 述 基本MSC/NASTRAN单元 标量单元线单元面单元体线单元刚性单元标量弹簧元CELASi(i=1,2,3,4)标量质量元CMASSi(I=1,2,3,4)CRODCONRODCTUBECBARCBEAMCBENDCQUAD4CQUAD8CTRIA3CTRIA6CSHEARCHEXACPENTACTETRA

36、CTRIAX6约束元RRPDRBARRBEi(i=1,2,3)RTRPLTRSPLINE质量元CONM2一般单元GENEL第86页，共303页。标量单元 标量单元，也称0维单元所有标量单元都在结构模型两个自由度间或一个自由度和“地面”间来定义标量单元刚度由用户直接定义，静力分析中的标量单元如下： 标量弹簧单元：CELAS 1，CELAS 2，CELAS 3，CELAS 4； 标量质量单元：CMASS 1，CMASS 2， CMASS 3， CMASS 4 四种形式标量弹簧元，格式如下： 第87页，共303页。名 称 内 容EID唯一的单元标识号(整数0)K标量弹簧的刚度(实数)PID性质卡PE

37、LAS的标识号（整数0）G1，G2几何结点或标量点标识号(整数0)C1，C2分量号(0整数6，如果为标量，为零或空)S1，S2标量点标识号（整数0）GE阻尼系数(实数)S应力系数(实数)第88页，共303页。CELAS 1和CELAS 3性质卡格式 名 称 内 容PIDi性质卡标识号(整数0)Ki弹簧刚度值(实数)GEi阻尼系数（整数）Si应力系数(整数)例题 问题：弹簧一端固定，另一端受10磅轴力，弹簧轴向刚度(K)为100磅/英寸，求：结点1202位移 第89页，共303页。模型数据卡为 NASTRAN 101静力分析中，PARAM，AUTOSPC可自动约束不相关自由度 阻尼(第8字场GE

38、)不适于静力分析，未计入 第9字场应力系数S是可选，用关系式 （P为作用载荷），直接计算弹簧应力 将CELAS2卡上G1和G2顺序倒过来，则单元力的符号也反号 部分输出结果第90页，共303页。线单元 线单元，也称一维单元，用于表示杆和梁性质； 杆单元支持拉、压和轴向扭转，但不允许弯曲； 梁单元则包括弯曲，MSC/NASTRAN 有三种梁元； CBAR简单梁元，梁剖面剪心和形心吻合，不能用于具有翘曲的梁 CBEAM复杂梁元，具有CBAR的全部能力，允许锥形剖面性质，非吻 合 的形心和剪心，以及剖面的翘曲; CBEND常曲率半径简单曲梁元 杆单元(CONROD) CONROD单元，连接两结点，允

39、许承受轴向力和绕轴向的扭转 第91页，共303页。 不需性质卡，定义多个不同性质杆单元CONROD格式 内 容EID单元标识号( 整数 0 )。G1，G2单元结点标识号( 整数 0，G1G2 )。MID材料标识号( 整数 0 )A杆的面积( 实数 )J扭转常数( 实数 )C扭转应力系数( 实数 )NSM单位长度非结构质量( 实数 )扭转应力系数C用于计算扭矩引起的扭转应力第92页，共303页。杆单元(CROD) CROD单元同CONROD单元 CROD有单独的性质卡(PROD) 定义杆单元有同样性质时，用CRODCROD格式 名 称内 容EID单元标识号( 整数 0 )PIDPROD的性质识别

40、号(整数 0；缺省值为EID)G1，G2结点标识号(整数0，G1G2)第93页，共303页。CROD单元性质卡PROD格式 名 称内 容 PID性质标识号(整数 0) MID材料标识号(整数 0) A杆的面积(实数) J扭转常数(实数) C确定扭转应力的系数(实数，缺省值 = 0.0) NSM单位长度非结构质量(实数)第94页，共303页。杆单元(CTUBE) CTUBE性质与CROD相同，专用管数据格式如下 名 称内 容 EID管单元标识号(整数 0) PID管单元性质卡（PTUBE）标识号(整数 0) G1，G2管单元结点标识号(整数 0，G1G2)。第95页，共303页。性质卡PTUBE

41、格式 名 称内 容 PID管单元性质卡标识号(整数 0) MID材料卡标识号(整数 0) OD管的外径(大于零的实数) T管壁厚度(实数，T1/2OD) NSM非结构质量(实数)。 OD2G2结点处的管的外径（实数，或空，专为热传导分析之用）。第96页，共303页。简单梁单元(CBAR) CBAR单元特性 CBAR单元可承受拉伸或压缩，两互相垂直平面内的扭转与弯曲，及两互相垂直 平面内的剪切； CBAR单元特征： 必须是直的、剖面性质不沿长度变化； 剪心和形心吻合(不能用于翘曲梁)； 惯性主轴不需要与单元轴吻合； 中性轴可偏离结点 (用于加筋板或格板) 铰接标记，允许任意端结点的力或弯矩的释放

42、CBAR单元格式 第97页，共303页。替代格式 名 称内 容EID单元标识号(整数0)PIDPBAR性质卡识别号(整数0或空)GA，GB结点号(整数0，GAGB)X1，X2，X3起于GA的位移坐标系空间的向量分量(实数)G0用结点G0提供位移坐标系定向向量，方向从GA至GB(整数0，G0GA或GB)。PA，PB结点A、B的铰接标记，用于释放梁元结点自由度该自由度按梁元坐标系定义(由数字16组成的不超过5整数，在该域中，可放从1至6的任何多至5个的唯一整数，不允许插入空格)W1A,W2A,W3AW1B,W2B,W3B分别为在GA和GB处偏离向量和在位移坐标系中的分量（实数或空白）。第98页，共

43、303页。 的方向与梁剖面是任意的，但 通常对准梁的惯性主平面之一。选取(1.0,1.0,0.0)给出如下的： 第99页，共303页。梁单元性质(PBAR ）名 称 内 容PID性质卡标识号(整数0)MID材料卡标识号(整数0)A梁剖面面积(实数)I1，I2，I12剖面惯性矩(实数，I10.0，I20.0，I1*I20.0)J扭转常数(实数)NSM单位长度非结构质量(实数)K1，K2剪切面积系数(实数)Ci，Di，Ei，Fi应力恢复系数(实数,缺省值为0.0)第100页，共303页。 剖面形状 K 值 矩形 K1 = K2 = 5/6 实圆 K1 = K2 = 9/10 薄壁空心圆 K1 =

44、K2 = 1/2 宽突缘梁： 次轴 主轴 应力恢复系数点(Ci，Di，Ei，Fi)，与Y、Z单元轴坐标有关 第101页，共303页。应力计算点位置（CBARAO）CBARAO卡：定义沿CBAR单元轴上应力/内力计算点位置，格式 或：名 称 内 容EIDCBAR单元的标识号(整数0)。SCALESCALE = LE，Xi为沿梁长实际距离；SCALE = FR，Xi为实际距离与梁长之比Xi梁剖面面积(实数)。NPTS应力恢复点个数，不包括端点(整数0)。第102页，共303页。复杂梁单元(CBEAM) CBEAM单元具有CBAR单元的全部功能，还具有： 面形质允许沿梁长变化； 中性轴、重心轴与剪心

45、轴不要求重合； 考虑剖面翘曲对扭转刚度的影响； 考虑锥度对横向剪切刚度的影响； 数据格式第103页，共303页。 第二继续卡中SA和SB为端点A和B标量点或结点标识号，这些点有翘曲自由度（ ）CBEAM单元性质卡PBEAM格式 第104页，共303页。名 称 内 容PID性质卡标识号(整数0)。MID材料卡标识号(整数0)。A(A)梁端A剖面的面积(实数)。I1(A), I2(A), I12(A)端A剖面面积惯性矩(实数0.0)。J(A)梁端A剖面扭转常数(实数)。NSM(A)梁端A处单位长度非结构质量(实数)。梁端A剖面应力计算点SO应力输出选择（BCD）：SO = YES，要求输出继续卡定

46、义X /XBX点距A端长度与梁长之比X处剖面面积、面积惯性矩、扭转常数和非结构质量（实数）。应力计算点Y、Z坐标(实数)K1，K2对平面1和平面2的剪切刚度（ ）系数第105页，共303页。S1，S2变剖面梁剪力释放系数（实数）。NSI（A）、NSI（B）端点A、B处非结构质量惯性矩CW（A）、CW（B）端点A、B翘曲系数端点A、B非结构质量重心坐标（Y，Z）端点A、B中性轴坐标（Y，Z）第106页，共303页。第107页，共303页。曲梁元(CBEND) CBEND单元是连接两结点的一段园弧 具有定常曲率半径 具有拉伸刚度、弯曲刚度及横向剪切柔度 压力管和弯头是CBEND单元的典型应用例子

47、第108页，共303页。CBEND单元的数据格式如下 单元形状GEOM说 明1曲率中心位于AO射线上，向量 之方向与AO射线一致。2O点位于弧AB的切线上（切点A），且O点与弧AB位于AB弦的同侧，向量 与AO射线一致。3弧之半径（RB）在PBEND卡上定义O点与曲率中心位于弧AB的相反两侧。4弧AB之角度在PBEND卡上定义，弯曲平面为A、B、O定义的平面，O点与曲率中心位于弧AB的相反两侧。第109页，共303页。CBEND单元的性质卡为PBEND，其格式 替换格式 第110页，共303页。 名 称 内 容 PID该性质卡的标识号(整数0)。 MID材料卡标识号(整数0)。 A剖面面积(实

48、数)。 I1, I2, I12剖面的惯性矩(实数0.0)。 J 扭转常数(实数)。 FSI选择应力或柔性强化因子的标记(1-3的任意整数)。 r弯管之平均半径(内外半径之平均值)(实数0.0)。 t弯管的壁厚(实数 ) p压力值（实数）。 RB梁的曲率半径(实数)。 梁的圆弧中心角(实数)。 CiFi应力计算点的Y、Z坐标(实数)。 K1, K2剪力刚度系数(实数)。 NSM非结构质量(实数)。 RC, ZC单元两端剖面形心与结点GA、GB之偏离向量分量(实数)，见图6-9。 中性轴与形心之径向间距(实数)，见图6-9。第111页，共303页。面单元 面单元用于板、壳 刚度项存在五个自由度，板

49、法线转动自由度“不连接”，必须约束掉 对线性分析，NASTRAN用薄板经典假设 在MSC/NASTRAN二维单元库中，存在如下一般的单元：l 三结点等参三角形单元CTRIA3；l 四结点等参四边形单元CQUAD4；l 六结点等参三角形单元CTRIA6；l 八结点等参四边形单元CQUAD8；l 四结点剪力板单元CSHEAR；l 三结点等参平板单元CTRIAR；l 四结点等参平板单元CQUADR； 用户最常用的是CQUAD4和CTRIA3单元 第112页，共303页。四边形板元(CQUAD 4) 第113页，共303页。名 称内 容EID单元标识号(整数0)。PID性质卡PSHELL或PCOMP标

50、识号(缺省值为EID)。Gi结点标识号(整数0)。THETA材料性质定向角(以度表示，缺省值为0.0)。MCID材料坐标系标识号。该坐标系X轴是由MCID坐标系的X轴投影到单元面上来确定的(整数0，如果为空白，则THETA=0.0 )。ZOFFS结点面至单元参考面的偏离(实数)Ti单元结点G1至G4处膜厚度(整数0.0，或空白，不能全为0)。第114页，共303页。CQUAD4 力和力矩单位长度的薄膜力； 单位长度的薄膜剪力；单位长度弯矩；单位长度扭矩；单位长度横向剪力。 力和力矩在单元形心处计算 应力在距单元参考面距离为Z1和Z2处计算 Z1和Z2在PSHELL性质卡上定义， 常为板的表面，

51、即Z1，Z2=厚度/2 第115页，共303页。三角形板元 (CTRIA3) CTRIA3单元常用于网格过渡和填充不规则边界CTRIA3格式 G1G2G3TH第116页，共303页。名 称 内 容EID单元标识号(整数0)。PIDPSHELL或PCOMP的性质卡标识号(整数0；缺省值为CID)。Gi单元结点的标识号(整数0，都是唯一的)。THETA材料性质定向角，以度表示。MCID材料坐标系标识号。材料坐标系的X-轴是由MCID坐标系(由CORD的定义或基本坐标系定义)的X-轴投影到单元表面面上来确定的(整数0，如果为空白，则THETA=0.0)。ZOFFS从结点面至单元参考面的偏离(实数)T

52、i单元结点G1、G2和G3处的薄膜厚度(整数0.0，或空白，不全为零)。 力和力矩在单元形心处计算应力在距单元参考面距离为Z1和Z2处计算 第117页，共303页。壳单元性质(PSHELL) 名 称 内 容PID性质标识号(整数0)。MID1薄膜材料标识号(整数0，或空白)。T薄膜厚度的缺省值(实数)。MID2弯曲板材料标识号(整数-1，或空白)。弯曲刚度参数(整数0.0；缺省值为1.0)。MID3横向剪切材料标识号(整数0，或空白，当MID20，必须为空白)。TS/T横向剪切厚度与膜厚度之比(实数0.0，缺省值为0.833333)。NSM单位面积的非结构质量(实数)。Z1，Z2用于应力计算的

53、纤维距离，正向由在连接卡上列的结点次序和右手定则来确定(实数或空白，缺省值=T/2)。MID4薄膜-弯曲耦合的材料标识号(整数0，或空白)。第118页，共303页。 CQUID4单元可为膜元、弯曲元以及耦合单元 膜元，仅填MID1 作为弯曲元，仅填MID2 例题图示一悬臂板，该板长、宽均为10英寸，厚度为0.15英寸，悬臂端两角点处作用有拉力300磅，横向载荷0.5磅。求板的位移、力和应力 第119页，共303页。与单元相关模型数据卡 输出情况控制指令： FORCE =ALL DISP =ALL STRESS =ALL 第120页，共303页。其它面单元 CSHEAR（1） 剪力板元，仅支持剪

54、力和张力，用于分析薄加强板和壳；（2） 与杆元一起用于分析薄蒙皮结构CTRIA6用于曲率区过渡网格。CQUAD8（1） 用于分析单曲度壳(柱面)；（2） CQUAD4对双曲壳比CQUAD8好 CTRIAR三结点等参平板元，与CQUADR单元相匹配CQUADR（1） 等参平板元，无膜-弯曲的耦合；（2） 用于受面内载荷的平面结构(即薄膜特性)；（3） 与CQUAD4相比，对畸变和泊桑比的极值较少敏感。不推荐该单元用于曲面。第121页，共303页。体单元 体单元仅包含平移自由度，不包含转动自由度 六面体单元(CHEXA) CHEXA可连接8至21个结点； 应力 在单元中心计算 可外推到角结点计算C

55、HEXA单元卡格式 第122页，共303页。名 称 内 容EID单元标识号(整数0)。PIDPSOLID性质卡的标识号(整数0)。Gi连接结点标识号(整数0或空白)。CHEXA单元坐标系是由R、S、T三向量定义，它们连接该单元相对面的形心 R：连接G4-G1-G5-G8面和G3-G2-G6-G7面形心；S：连接G1-G2-G6-G5面和G4-G3-G7-G8面形心；T：连接G1-G2-G3-G4面和G5-G6-G7-G8面形心。 第123页，共303页。五面体单元 (CPENTA) CPENTA单元用于由体到板或壳的过渡； CPENTA有6到15个结点(6个角结点，其余为中边结点)； 单元应力

56、( )在形心计算，可推到角点处计算 CPENTA卡格式： 第124页，共303页。名 称 内 容EID单元识别号(整数0)。PIDPSOLID性质卡的标识号(整数0)。Gi连接结点标识号(整数0或空白)。 单元坐标系：原点：位于连接G1和G4直线的中点Z轴：指向三角形G4-G5-G6，定向于两三角面形心连线与中面垂线 之间的某处 X和Y轴垂直于Z轴 第125页，共303页。四面体单元(CTETRA) 不推荐用CTETRA单元做连续体的大部分离散 单元应力 在形心点计算，可外推到角点计算CTETRA单元数据格式 第126页，共303页。体单元性质 (PSOLID)PSOLID卡定义CHEXA、C

57、PENTA和CTETRA体单元的性质 名 称内 容PID性质卡标识号(整数0)。MID材料卡MAT1、MAT4、MAT5、MAT9或MAT10标识号(整数0)CORDM材料坐标系标识号(整数0)。IN积分网格(整数，字符，或空白)。STRESS应力输出位置选择(整数，字符，或空白)。ISOP积分方案(整数，字符，或空白)。FCTN流体单元标记(“PFLUID”指流体单元，“SMECH”指结构单元，缺省 =“SMECH”)。第127页，共303页。约束单元 （1） 约束单元又称“刚性单元”。用于处理结点(或标量点)间各自由度间固定约束关系（2） 一个约束单元等价于一个或多个多点约束方程；（3 M

58、SC/NASTRAN中，包含的约束单元： RROD，刚性杆单元 RBAR，刚性梁单元 RTRPLT，刚性三角板单元 RBE 1，1号刚性体单元 RBE 2，2号刚性体单元 RBE 3，均方加权约束单元 RSPLINE，内插约束单元。 第128页，共303页。刚性梁单元（RBAR） 刚性梁元把结点1至6个自由度与另外6个独立自由度刚性地连接起来 6个独立自由度必须为6个，并且是完全确定了单元的刚体性质RBAR格式： 名 称内 容EID单元标识号(整数0)。GA , GB刚性单元两连接结点的标识号(整数0)。CNA , CNB结点GA和GB在总体坐标系中独力自由度的分量号（1至6整数的任意组合，无

59、中间嵌入空白）。CMA , CMB在总体坐标系中，指定的结点GA和GB的相关自由度分量号(1至6整数的任意组合，无嵌入空白)。第129页，共303页。刚性体单元（RBE2） 独立自由度在单点处指定，相关自由度在任意数量的点处指定 RBE2单元是一个约束单元，描述两个或多个结点之间的位移关系RBE2数据格式 名 称内 容EID单元识别号(整数0)。GN结点标识号，其6个自由度全指定为独立自由度(整数0)。CM结点GMi处的相关自由度分量号(整数1至6)GMi具有相关自由度的结点标识号(整数0)。第130页，共303页。例题 加筋板用两CQUAD4单元和一个CBAR单元(描述筋条)来建立模型。 两

60、个RBE2单元用于将CBAR筋条与板单元连接。 第131页，共303页。 结点7和8与CBAR单元相连接，并位于筋条的中性轴上； RBE2单元把始结点GA的全部6个自由度与它的端结点GB的自由度相关起来 GA称为“主结点”，它的6个自由度是独立的，GB是“从结点”，它的6个相关自由度分量列在字场4(CM)中。 RBE2如下 第132页，共303页。第7章材料性质 第133页，共303页。MSC/NASTRAN 可处理多种材料性质 NASTRAN 可处理的适于线性静力分析 的材料类型： 各向同性材料（MAT1） 二维各向异性材料（MAT2） 轴对称体正交异性材料（MAT3） 二维正交异性材料（M