基于MSC.NASTRAN的结构屈曲稳定性分析

MSCNASTRAN颤振分析模块使⽤说明1.MSC/NASTRAN 颤振分析模块使⽤说明1.1.颤振分析模块颤振分析模块考虑结构⽓动弹性问题的动⼒稳定性。

它可以分析亚⾳速或超⾳速流，提供五种不同的⽓动⼒理论，包括⽤于亚⾳速的Doublet Lattice理论、Strip 理论以及⽤于超⾳速的Machbox理论、Piston理论、ZONA理论等。

对于稳定性分析，系统提供三种不同的⽅法：⼆种美国⽅法(K法，KE法)和⼀种英国⽅法(PK 法)，输出结果包括阻尼、频率和每个颤振模态的振型。

本说明仅以亚⾳速Doublet Lattice理论为例。

1.2.建模的⼀般流程其中结构有限元建模技术较为普及，不予说明。

升⼒⾯建模和颤振分析⽂件以填卡较为实⽤，⼤致包括：1)建⽴⽓动坐标系；2)设定影响体；3)选择颤振解法；4)给出飞⾏环境；5)给出马赫数和减缩频率系列；6)设定求解参数，如参与耦合的频率范围或模态数；7)选择适当的⽓动理论，定义升⼒⾯⼏何及分⽹信息。

⾄此完成升⼒⾯建模，下⼀步定义结构结点与升⼒⾯单元的耦合，即选择适当的样条将升⼒⾯结点同结构结点联系起来。

其中升⼒⾯结点是在定义升⼒⾯后由系统⾃动⽣成的，定义样条时直接引⽤升⼒⾯单元号；所以我们需要做的是将参与耦合的结构结点定义为⼀个集合，以便在样条定义中引⽤。

1.3.数据⽂件组织形式颤振分析模型数据⽂件遵循固定格式：设定求解时间、标题等；设置求解采⽤的特征值解法和颤振解法；输⼊模型数据即结构刚度和质量数据，还有升⼒⾯模型数据。

结构模型和升⼒⾯模型可以分别是独⽴的数据⽂件，只在颤振分析⽂件中将其包括进来。

下⾯以⼀个简单的例⼦(HA145B)来实现上述过程，并对颤振分析常⽤的卡⽚做简略介绍。

1.3.1.升⼒⾯模型⽂件$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$定义⽓动坐标系，其X轴正向为来流⽅向（即将被AERO卡⽚引⽤）。

洪 都 科 技HONGDU SCIENCE AND TECHNOLOGY2007MSC/NASTRAN在复合材料层压板屈曲分析中的应用杨文涛王专利（洪都航空工业集团）摘要介绍了MSC/NASTRAN的特征值屈曲分析的方法，并通过有限元建模样详细说明了一个典型复合材料层压平板屈曲分析算例，与经典复合材料层压板的理论计算结果吻合良好。

关键词MSC/NASTRAN 有限元屈曲分析复合材料Application of Msc/Nastranin Buckling Analysis of Laminated Composite SheetYang Wentao Wang Zhuanli(Hongdu Aviation Industry Group)Abstract This paper presents the eigenvalue method of buckling analysis in MSC/NASTRAN, and particularly illustrates that, through the modeling of finite element, a typical buckling analysis example of laminated composite sheet consists excellently with the existing classical theoretical calculation result of laminated composite sheet.Keywords MSC/NASTRAN Finite element Buckling analysis Composite1 引言复合材料薄壁结构日益被广泛应用于现代航空结构中，如飞机机翼和尾翼上的翼面壁板，当其承受压缩、剪切时，可能发生屈曲甚至因此而引起破坏，为了保证结构的使用安全，设计中应对其屈曲载荷进行分析计算。

基于NASTRAN的复合材料后梁稳定性优化设计与开口补强分析张讯;葛建彪【摘要】结构失稳破坏在飞机静力试验中较为常见,结构稳定性破坏会导致全机结构的破坏.复合材料后梁开口后,对结构稳定性提出了更高的要求,因此必须在满足后梁静强度要求的基础上,对结构稳定性进行优化设计.应用理论计算和有限元软件Nastran对后梁结构稳定性进行了分析,对后梁结构立柱进行了布局优化设计和截面尺寸设计,最后对复合材料后梁开口结构进行了稳定性分析,为复合材料后梁详细设计提供了参数支持.【期刊名称】《民用飞机设计与研究》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】7页(P11-17)【关键词】复合材料后梁;稳定性;优化设计;补强分析【作者】张讯;葛建彪【作者单位】上海飞机设计研究院,上海201210;上海飞机设计研究院,上海201210【正文语种】中文【中图分类】TH160 引言飞机机翼、尾翼和机身上的薄壁加筋结构在承受压缩、剪切、扭转和弯曲等载荷作用时，最常见的失效模式为丧失稳定性，又称“失稳”或“屈曲”。

为了保证结构的使用安全，需要进行稳定性研究，以控制结构的失效。

机翼后梁是飞机上的主承力构件，其对强度设计要求严格，同时也是飞机机翼整体油箱的关键结构，其承受压缩、剪切、扭转和弯曲等载荷共同作用，受力复杂导致其易失稳破坏。

为了保证结构的安全使用，在进行后梁结构设计时必须充分考虑其稳定性，对其结构稳定性进行优化设计[1]。

复合材料相比于金属材料具有优良的力学性能，复合材料后梁已经作为一种先进的新材料结构，普遍应用于各种飞行器翼盒部件中。

提高后梁结构在不同工况下的稳定性是工程设计的迫切需求。

然而为了满足维修和安装的需求，在复合材料后梁结构上增开维修大开口后，对其结构稳定性又提出了更高的要求，因此必须在满足后梁静强度使用要求的基础上，对其结构稳定性进行优化设计[2-3]。

为了满足后梁腹板的稳定性设计要求，本文运用理论计算手段和有限元软件MSC.Nastran在设计载荷工况下对后梁结构稳定性进行优化设计，以临界屈曲载荷不小于极限载荷为约束条件，对后梁结构立柱进行尺寸布局和截面尺寸的优化设计。

基于MSC Nastran的发动机盖支撑杆屈曲分析作者：罗燕刘明卓张立玲来源：《计算机辅助工程》2013年第03期摘要：用MSC Nastran对2种发动机盖支撑杆结构进行屈曲分析.计算结果表明，2种结构支撑杆的屈曲临界载荷均未超过稳定性要求，不同的结构形式具有不同的屈曲临界载荷和屈曲模态，撑杆结构是影响支撑杆稳定性的重要因素.第二种结构方案的屈曲临界载荷大于第一种方案，为设计部门选取更适合的方案提供参考.关键词：屈曲临界载荷；发动机盖支撑杆； MSC Nastran中图分类号： U463.833文献标志码： B0引言当需要开启大而重的发动机盖对发动机室进行检查时，如果发动机盖支撑杆发生屈曲甚至结构破坏，就会造成发动机盖掉落，严重影响人们的生命安全.该问题直接取决于发动盖支撑杆的强度、刚度和稳定性等.这些力学指标与撑杆形态、结构以及支撑杆材料的力学参数有密切关系.发动机盖支撑杆可以看作一端固定一端铰支的细长杆.受压时，当压力逐渐增加并小于某一极限值后，杆一直保持直线平衡；当压力达到一定极限后，压杆的直线平衡变为不稳定，即压杆丧失直线平衡状态而过渡为曲线平衡，即发生屈曲.在MSC Nastran理论中，屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，屈曲分析包括线性屈曲分析和非线性屈曲分析.线性屈曲分析又称特征值屈曲分析，线性屈曲分析研究的是理想杆压杆的理论临界压力；非线性屈曲分析包括几何非线性失稳分析，弹塑性失稳分析和非线性后屈曲（Snap-through）分析，研究结构或构件的平衡状态是否稳定的问题.在线性屈曲分析中，使用特征值公式计算造成结构负刚度的应力刚度矩阵的比例因子[1]（K+λS）φ=0（1）式中：K为总体线性刚度矩阵；λ为特征值；S为总体初应力刚度矩阵；φ位移特征矢量.利用HyperMesh对2种支撑结构进行有限元建模，利用MSC Nastran对2种不同结构同种材料的发动机盖支撑杆进行线性屈曲分析，对比研究结构发生屈曲时的临界载荷和屈曲模态，比较2种撑杆结构的稳定性，为设计部门提供参考.1分析前处理1.1网格划分为减小模型、节省计算时间，模型中只包括橡胶套和撑杆2部分.由于橡胶套上端和撑杆下端伸入到车身的部分对分析结果影响不大，可以忽略.经过对几何模型的对比发现，2种方案支撑杆仅上端结构有差别，其余部位相同，见图1.3结论（1）用MSC Nastran获得2种不同结构的发动机盖支撑杆的屈曲临界载荷Fcr，2种方案的撑杆临界屈曲载荷均大于规定的安全载荷，得出以上2种撑杆均满足稳定要求的结论.（2）对同种材料不同结构的撑杆的屈曲进行比较分析后发现：第2种撑杆结构屈曲载荷大于第1种撑杆结构的屈曲临界载荷，说明第2种撑杆的安全因数大于第1种撑杆的安全因数，方案2提高撑杆的安全稳定性.（3）本文考虑的是理想情况，认为撑杆所在直线是理想轴线，压力作用线与轴线重合，材料均匀等.实际中，支撑杆难免有初弯曲、压力偏心和材料不均匀等情况，可以设想，这些缺陷相当于压力有一个偏心矩e，使压杆很早就出现弯曲变形[2].由于本文所用材料特性与实际材料和载荷不可避免地存在差别，若想得到与实际情况更接近的结果，应该结合撑杆支架及其周围相关部件，进行更深一步的力学分析.（4）在新产品设计中，通常采用有限元分析方法计算结构系统的动态特性，但正如本文所指出的，由于在建立有限元模型时，在边界条件的处理及力学模型的简化上，往往与实际结构相差较大[3]，导致动力分析结果失去实用价值，特别是对于大型复杂结构，这种差距更大.用模态分析所得的模态参数对有限元模型进行修改，使其能更符合实际，从而提高有限元分析的精度.参考文献：[1]杨文涛，王专利. MSC Nastran在复合材料材料层压板屈曲分析中的应用[J]. 洪都科技， 2007（9）： 12-16.[2]刘鸿文. 材料力学I[M]. 北京：高等教育出版社， 2007.[3]傅志方，华宏星. 模态分析理论与应用[M]. 上海：上海交通大学出版社， 2000.（编辑陈锋杰）。

基于散货船结构共同规范的屈服与屈曲强度直接计算研究的开题报告一、选题背景散货船是一种重要的海洋运输船舶，具有大容积、远航程、高速度优势等特点。

然而，在实际运输过程中，由于船体结构不同、载货量变化等原因，散货船面临着严峻的安全风险。

因此，研究散货船的强度性能，提高散货船的安全性能是一项非常重要的工作。

二、研究目的和意义散货船的安全性能取决于其结构的强度性能。

目前，国际上已经制定了许多有关散货船的结构共同规范，这些规范对散货船的强度性能进行了限制和要求。

然而，这些规范大多是基于经验公式和试验结果形成的，无法满足现代设计的需要。

因此，需要通过直接计算方法对散货船的强度性能进行研究，将这些规范转化为更加科学、合理的设计标准，提高散货船的安全性能。

三、研究内容和方法本研究的主要内容是基于散货船结构共同规范，建立散货船的强度计算模型，研究散货船的屈服和屈曲强度。

具体方法包括：1. 收集和整理散货船结构共同规范的相关文献资料，明确规范限制和要求。

2. 建立散货船的强度计算模型，包括船体结构单元的有限元模型、材料力学特性以及荷载分析等。

3. 利用有限元分析软件进行计算，得出散货船的屈服和屈曲强度值，并与规范要求进行对比分析。

4. 对其计算结果进行验证，并对模型进行修正优化。

四、预期成果和应用价值本研究将建立基于结构共同规范的散货船强度计算模型，得出散货船的屈服和屈曲强度，为散货船的设计与评估提供科学的指导和支持。

其成果可以用于散货船的设计规范制定和修改、散货船的强度评估，以及相关领域的科研和教学等方面，具有重要的应用价值。