patrannastran教程5.13g msc培训静力分析

第4章

执行控制与情况控制典型Nastran输入文件执行控制语句

执行控制语句

(1)

该段语句用自由格式书写

(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

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：IDi1，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：SOLn其中，n是识别解法类型的正整数或解法系列的字符名如：SOL101(或SOLSESTATIC)，即线性静力分析；SOL103（模态分析）和SOL105（屈曲分析）等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：TIMEt1,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一个简单模型线性静力分析执行控制段

IDSIMPLE,MODELSOL101TIME5CEND例子

MSC/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(BEGINBULK)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

输出选择

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

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

SETn={i1[,i2,i3,THRUi4,EXCEPTi5,i6,i7,i8,THRUi9]}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：SET1=3，4，7，9，11SET5=2，9，15，THRU21，33DISP=1FORCE=1STRESS=5GPFORCE=all对于该例题，表示输出下列内容：

结点3、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。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TEMPD）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。子情况定义SUBCASEn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。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。SUBCASE1SUBTITLE=DeadLoadLOAD=10SUBCASE2SUBTITLE=NWwindLoadLOAD=20SUBCASE3SUBTITLE=SWWindLoadLOAD=3010SUBTITLE=LoadCombination1LABLE=DeadLoad+NWWindSUBSEQ=1.0,1.0,0.020SUBTITLE=LoadCombination2LABLE=DeadLoad+(-)1.5SWWindSUBSEQ=1.0,0.0,-1.5SYMn定义一个对称子情况，n为子情况标识号。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。REPCASEn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5章

结点与坐标系结点

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1，2，3，4，5和6标明结点的位移分量与自由度的关系表示为结点模型数据“卡”GRID格式

名称内容ID结点号(0<整数<106)CP定义结点坐标的坐标系号(整数≥0，或空格)X1，X2，X3结点在坐标系CP中的位置(坐标值)（实数，缺省值为0.0）CD定义结点的位移、自由度、约束和解向量的坐标系号。（整数≥-1或空格）PS与该结点相关的永久单点约束（由1至6组成的无嵌入空格的任何整数，或空格）SEID超单元标识号（整数≥0，缺省值为0）字域4至6中X1，X2和X3在不同坐标系中对应量如下：

类型X1X2X3直角XYZ柱面Rθ（度）Z球面Rθ（度）φ（度）字域8中PS施加结点任何自由度方向的约束；字域9仅用于超单元分析标量点

标量点是空间的一个点，仅具有一个自由度

标量点不需任何空间坐标系来定义

标量点用于表示非结构特性，如相对位移、梁元翘曲影响等标量点用SPOINT“卡”定义，格式如下：名称内容IDi标量点标识号坐标系

基本坐标系

MSC/NASTRAN有一种固定直角坐标系，称为基本坐标系;

所有坐标系都有坐标系识别号（CID），基本坐标系坐标系识别号为零或空用户定义局部坐标系时，基本坐标系是参考坐标系局部坐标系

MSC/NASTRAN提供定义局部坐标系的六种模型数据卡

每一局部坐标系直接或间接与基本坐标系相关六种选择是：

CORD1R、CORD1C和CORD1S是用三个结点定义局部坐标系，模型修改，该参考结点位置改变，局部坐标系定向亦改变CORD2R、CORD2C和CORD2S是用三点定义局部坐标系

CORD2C卡格式如下名称内容CID坐标系识别号（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）xCAθRyzBpz

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

采用柱坐标系，标识号为100,定义为各结点定义如下结点3至7采用（r，θ，Z）坐标，r=15.0时，θ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6章

基本单元库概述基本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)CRODCONRODCTUBECBARCBEAMCBENDCQUAD4CQUAD8CTRIA3CTRIA6CSHEARCHEXACPENTACTETRACTRIAX6约束元RRPDRBARRBEi(i=1,2,3)RTRPLTRSPLINE质量元CONM2一般单元GENEL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：CELAS1，CELAS2，CELAS3，CELAS4；标量质量单元：CMASS1，CMASS2，CMASS3，CMASS4

四种形式标量弹簧元，格式如下：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PELAS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)CELAS1和CELAS3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位移模型数据卡为NASTRAN101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)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，允许承受轴向力和绕轴向的扭转

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，G1≠G2)。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的性质识别号(整数

>0；缺省值为EID)G1，G2结点标识号(整数>0，G1≠G2)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)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，G1≠G2)。性质卡PTUBE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，T≦1/2OD)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）。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CBAR单元格式替代格式名称内容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，GA≠GB)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，G0≠GA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1~6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）。

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：

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，I1≥0.0，I2≥0.0，I1*I2>0.0)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)

剖面形状K值

矩形K1=K2=5/6

实圆K1=K2=9/10

薄壁空心圆K1=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

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)。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

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）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。CBEND单元的性质卡为PBEND，其格式替换格式

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)。Ci～Fi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。面单元

面单元用于板、壳

刚度项存在五个自由度，板法线转动自由度“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单元四边形板元(CQUAD4)

名

称内

容EID单元标识号(整数>0)。PID性质卡PSHELL或P标识号(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)。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，即Z1，Z2=±厚度/2三角形板元

(CTRIA3)

CTRIA3单元常用于网格过渡和填充不规则边界CTRIA3格式

G1G2G3TH名

称

内

容EID单元标识号(整数>0)。PIDPSHELL或P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)Ti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MID2≤0，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)。

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

与单元相关模型数据卡输出情况控制指令：

FORCE=ALLDISP=ALLSTRESS=ALL

其它面单元

CSHEAR（1）

剪力板元，仅支持剪力和张力，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。

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CHEXA单元卡格式

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。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()在形心计算，可推到角点处计算

CPENTA卡格式：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