NASTRAN结构有限元分析实例

ExampleShowstepbysteptheproceduresofusingthePatrantodothestressanalysis2/4/20231双向受拉开孔板应力及变形分析计算参数：2/4/20232问题分析由于结构与受力的对称性，故取如图所示1/4板为研究对象，其中左侧约束其X向位移，底侧约束其Y向位移。平面问题，采用壳单元来模拟2/4/20233前处理后处理变形图应力图报告，曲线商用有限元软件分析的一般过程2/4/20234

Pre-processing(前处理)2/4/20235Tostart,doubleclick2/4/20236步骤1：创建库函数（DB函数）输入文件名双击此图标操作顺序：红黄蓝黑2/4/20237步骤2：输入或建立几何模型使用MSC.Patran可输入或建立几何模型从以下CAD系统输入几何模型：CATIAPro/EUgCADDS5EUCLID3用以下通用格式输入几何模型：STEPParasolid

xmtIGES用MSC.Patran建立几何模型2/4/20238步骤2：输入或建立几何模型—

由CATIA直接导入路径为模型文件所在位置单击此图标2/4/20239步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模创建无孔平面输入四个顶点坐标2/4/202310步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）对平面开孔输入孔的半径确定圆心位置选择平面2/4/202311步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）创建此直线输入起点终点坐标对平面分割2/4/202312步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）创建此直线输入起点终点坐标对平面分割2/4/202313步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）选择此平面选择此直线用新建的两条直线对平面进行分割2/4/202314步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）删除原始平面2/4/202315步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）选择右侧平面选择此直线用新建的两条直线对平面进行分割2/4/202316步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）删除原始平面2/4/202317步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）删除多余线与平面只保留1/4平面输入要删除的线与面或者在图上选择2/4/202318步骤2：输入或建立几何模型—

由Patran直接建模（续）2/4/202319步骤3：划分有限元网格-布置seed由于孔边存在应力集中现象，故孔边单元需要加密，通过布置种子来实现设置种子个数选择此边2/4/202320步骤3：划分有限元网格-划分单元采用四边形等参单元单元平均尺寸为3选择此平面2/4/202321步骤3：划分有限元网格（续）2/4/202322步骤4：施加边界条件<0,,0>表示X，Z方向平动被固定，Y方向平动位移任意2/4/202323步骤4：施加边界条件（续）选择左边界2/4/202324步骤4：施加边界条件（续）<,0,0>表示Y，Z方向平动被固定，X方向平动位移任意2/4/202325步骤4：施加边界条件（续）选择下边界2/4/202326步骤4：施加边界条件（续）左边界显示约束为13456，除了第二自由度（Y方向）都施加了约束，以消除刚体位移，下边界同理2/4/202327步骤5：施加载荷条件2/4/202328Note<f1,f2,f3>=<0,-10,0>arethreecomponentsoftheforcevectorinlocalcoordinatesystem.1234

Forexample,thelocalxaxisofside2-3isalongdirection2-3andthelocalxaxisofside1-4isalongthedirection4-1.sincezaxisisalreadydefined,thusyouknowthelocalyaxis.2/4/202329步骤5：施加载荷条件（续）选择右边界2/4/202330步骤5：施加载荷条件（续）若将载荷加在几何上，软件会自动将其换算到节点上2/4/202331步骤6：创建材料性能注意单位的封闭性mm,MPa,N是一组封闭的单位2/4/202332步骤7：创建单元性能2/4/202333步骤7：创建单元性能(续)选择此平面2/4/202334

Runningthejob(Takeafewseconds,minutesorhours,dependingonthejobsize,typeofthejobandthecomputeryouusedtorunthejob)(求解)2/4/202335步骤8：提交分析将模型提交MSC.Nastran

进行线性静力分析2/4/202336

Post-processing(后处理)2/4/202337步骤9：结果导入automatically2/4/202338步骤10：结果显示-变形图

2/4/202339步骤10：结果显示-X方向应力云图

2/4/202340步骤10：结果显示-Y方向应力云图

2/4/202341步骤10：结果显示-最大主应力云图

2/4/202342步骤10：结果显示-最大主应力云图2D

2/4/202343步骤10：结果显示-最小主应力云图

2/4/202344步骤10：结果显示-最小主应力云图2D

2/4/202345Note:thedifferencebetweenMaxPrincipal2D---MaxPrincipalMinPrincipal2D----MinPrincipalForexample,inplanestress,oneprincipalstressiszero.InMaxPrincipal2D,thisstressisnotconsidered.Thusthefringeplotsaredifferentsincethestressstateisdifferentatdifferentpoint.Intheexamplegiven,theplotsare2Dprincipalstresses.2/4/202346Theresultsofstressesarenotveryaccurate.Themeshcanbeimprovedfurther.2/4/202347如何增加椭圆孔2/4/202348如何增加椭圆孔创建无孔平面输入四个顶点坐标2/4/202349如何增加椭圆孔(续）输入半径输入圆心创建圆曲线2/4/202350如何增加椭圆孔(续)拉伸原点将圆变换为椭圆拉伸向量删除原曲线操作对象为圆曲线2/4/202351如何增加椭圆孔(续)删除原始曲线2/4/202352如何增加椭圆孔(续）选择平面选择椭圆分割平面2/4/202353删除原始平面如何增加椭圆孔(续）2/4/202354如何增加椭圆孔(续）删除椭圆面2/4/202355如何增加椭圆孔(续）2/4/202356非均布分布载荷的施加（field)首先建立一空间场建立载荷边界条件仍取1/4模型分析2/4/202357PCL函数设Field的建立场的名称向量场实际坐标系注意自变量写法2/4/202358Field的显示设定自变量取值范围选择要显示的分量2/4/202359Field的显示（续）2/4/202360施加载荷条件单击场即可选择右边界选择右边界即可2/4/202361施加载荷条件（续）2/4/202362桁架分析（Example4.5)xy为简化计算，设参数如下：则1点的位移理论解为：2/4/202363几何建模-创建如图所示五个点点1点2点3点4点52/4/202364几何建模-创建如图所示五个点2/4/202365几何建模-创建四条直线直线1直线2直线3直线42/4/202366几何建模-创建四条直线2/4/202367网格划分-布置种子（seed）每根杆布置一个种子选择这四条直线2/4/202368网格划分-划分单元选择这四条直线2/4/202369网格划分-消除重复接点左下角信息提示栏中显示有3个节点被删除2/4/202370施加边界条件2/4/202371施加边界条件（续）2/4/202372施加边界条件-1点位移边界的建立建立局部坐标系首先建立两个点（X轴上一点，Y轴上一点）点6点72/4/202373施加边界条件-1点位移边界的建立建立局部坐标系选择局部坐标系的原点，X轴上点以及Y轴上点2/4/202374施加边界条件-1点位移边界的建立选择刚建立的局部坐标系固定其X向位移，Y向自由选择点12/4/202375施加边界条件2/4/202376施加载荷条件选择点12/4/202377施加载荷条件2/4/202378显示节点的分析坐标系因为节点1在定义边界条件时的分析坐标系为局部坐标系，而节点1所显示的分析坐标系为整体坐标系，故需要修改2/4/202379修改节点的分析坐标系2/4/202380创建材料性能注意单位的封闭性mm,MPa,N是一组封闭的单位2/4/202381创建单元性能2/4/202382创建单元性能2/4/202383提交分析将模型提交MSC.Nastran

进行线性静力分析2/4/202384结果导入automatically2/4/202385结果显示2/4/202386结果显示2/4/202387因为点1的分析坐标系为局部坐标系，故其结果也是显示在局部坐标系中（default),也就是说Patran默认将结果显示在各自的分析坐标系中结果分析2/4/202388结果显示-修改显示坐标系2/4/202389结果显示与理论结果一致2/4/202390结果显示与理论结果一致2/4/202391结果显示与理论结果一致2/4/202392Patran

的结果文件为*.f06Patran

的有限元数据文件为*.bdfNotePatran

最常见的错误为约束不足，即存在刚体位移查看f06文件，提示信息如下原因1：位移边界设置错误，如角位移未限制原因2：未消除重复节点2/4/202393网格划分的基本知识（1）

几何清理是得到高质量网格的关键，通常也是有限元分析(FEA)中花费时间最多的工作。而网格质量往往对结果的准