nastran动力学培训演示幻灯片

Sub-menu indicators and return Curve or Edge (of surface) Curve (no edges) Edge (no curves) Two Points (defines a straight curve) Curve Segment Surface Intersect
ADAMS
● Nastran起源于MSC参与的 NASA阿波罗登月项目
HQ洛杉矶总部
● 提供企业级多学科协同仿真解决 方案SDM和工程咨询服务
Munich
Tokyo Beijing
Paris
7
全球最早的、具有深刻影响力的十家软件公司
1. CTR 2. IBM 3. Computer Usage Company 4. Computer Science Corp
Undo – 取消上一步操作 Abort – 终止正在运行的程序操作 图像复位 图形刷新 打开最近的文献 文件保存 打印 复制到剪切板
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34
视窗
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Action Object Method
36
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5
绪言 MSC公司和MSC产品
6
MSC.Software公司
● 成立于1963年, 总部位于美国洛杉 矶，雇员1200多人分布于23个 国家
● 全球最大的CAE公司，广泛的用 Ann Arbor密歇根州安娜堡
Pune
户群，为全球制造行业提供全面
的CAE软件和服务
● 是业内CAE仿真的领导者和标准 ,旗舰产品MSC.Nastran，

三十多年来, Nastran 已经成为了几乎所有国际大企业的工程分析工具，应用领域包括航空航天、汽车、军工、船舶、 重型机械设备、医药和消费品等，这也使得其分析结果成为了工业化的标准。
二、 Nastran软件输入文件内容
Nastran输入文件包括以下内容：
1、要执行的分析类型，例如静力学分析、屈曲分析、特征值响应、瞬态分析等； 2、计算结果输出要求，例如部分/全部的节点位移、单元应力、单元应变等； 3、模型几何，有限元计算通过离散化的空间节点来描述几何特征； 4、单元集合，通过节点号描述各种单元类型（1D/2D/3D)； 5、材料参数，材料的应力应变关系需要用各种本构关系来描述； 6、载荷参数，例如集中力/力矩、分布力/力矩、惯性载荷等； 7、边界条件，例如单点约束（SPC）、多点约束（MPC）等。
号为206、209、210、205组成的CQUAD4单元
（单元ID号为101），单元属性ID号为1，依次定
4
义其它单元信息（……）。
五、Nastran关键字实例详解
1、定义ID号为3的Component，
包含ID号为101-200和301-400的所有
1
单元，定义每个Component的名字和
颜色信息，不参与计算，名为“c1”的
五、Nastran关键字实例详解
1、文件由hypermesh生成及相
1
关版本信息，可以删除；
2、执行控制语句，写入分析类
2
型、允许CPU时间等，该分析类型为
101，表示该文件采用静态受力分析，
以CEND语句结尾；
3
3、情况控制语句，选取载荷和
约束条件，选取输出条件定义子工况
等，该文件的输出情况（位移、应力、
沿全局坐标系Z向加载大小为10的集

Software has no practical limitation Only based on machine capability
2000 GB
run times (mins)
Number of Grid ID’s
MSC Nastran内嵌振动疲劳
功能 • 同时支持 S-N 和 E-N 分析 • 随机载荷 • 有或无静应力偏移的单输入随机载荷
2016 NEF新增功能
• 损伤和疲劳寿命基于： – 节点应力平均 – 恢复出的表面应力 – 单元节点或中心点应力
• 益处 – 更好地工程应用价值 – 与客户当前工作流程一致
• 输入 – FTGPARM
Solid Model 3D Stress State on Surface
Skinned Model 2D Stress State on Surface
• MSC Nastran 2014 – 焊点SN分析（支持优化） – 焊缝SN分析（支持优化） – 支持多通道RPC文件. – 支持3-Pass NEF运行 – 针对多个MAT1的 MATFTG – 双轴/多轴评估 – 块载荷
焊点和焊缝疲劳支持SOL 101(静力) , SOL 103 (模态) , SOL 112 (模态法 瞬态响应) 和 SOL 200 (优化)
• 保留初始间隙和过盈
• 增加BCONPRG卡片
初始间隙
焊料蠕变和Anand 本构模型
• 在集成电路生产和封装过程中，焊料广泛用于连接不同的芯片或线路，其蠕变 行为对芯片的性能和耐久性有显著影响。
• Anand蠕变模型在IC工业中被广泛采用，用以描述焊料材料的蠕变行为。 • 在现有的SOL 400的粘塑形材料增加了新的选项 (MATVP)

NE ND NORM G C
指定频率范围（实数≥0.0） 若METHOD=“INV”或“SINV”时，在F1和F2间求出ND个特征解，若 ND 为 空 白 ， 则 找 出 F1 和 F2 间 所 有 特 征 解 ； 若 METHOD = “GIV” 、 “MGIV”、“HOU”或“MHOU”时，寻求所有的特征值，只计算频率为F1 至F2之间的特征向量，但若指定ND值，只计算ND个频率最低的特征向量。
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例子1
图为被约束两自由度模型，包括两个弹簧，两个集中质量。两集中质量 沿y方向移动。 使用正则模态分析（SOL 103），用自动选择Householder方法或改进 Householder方法（EIGR卡中的METHOD = AHOU）,特征向量用最大法进 行正则化（EIGR卡中的NORM = MAX）
态。 4）变换法用模型数据卡EIGR描述，用情况控制指
令METHOD选取
9
兰索士(Lanczos)法
1）兰索士(Lanczos)法是将跟踪法和变换组 合的新的特征值解法
2）对非常大的稀疏矩阵的几个特征值问题 最有效
3）兰索士法用模型数据卡EIGRL描述，用情 况控制指令METHOD选取
4）兰索士法是首先推荐的
求解g method） 变换法 （Tromsformation method） 兰索士法（Lamczos method）
跟踪法
1）对仅求几个特征值(或固有频率)问题有效 2）对求解大型稀疏质量和刚度阵的大型特征值问题有效 3）MSC/NASTRAN中，提供两种解法。即为逆幂法（INV）和移位逆幂 法（SINV） 4）逆幂法和移位逆幂法均用模型数据卡EIGR定义，用情况控制指令 METHOD选取。
如下表所示
序号

培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
培训手册
• 流动准则 • 屈服准则 • 强化准则
材料非线性
单元非线性
• 接触 – 点----点 – 点----线 – 点----面 – 面----面 – 刚----柔 – 柔----柔
{σ}=[D][B]{δ}e
{σ}—单元内任一点的应力矩阵
[D]—与单元材料有关的弹性矩阵
利用变分原理，建立作用于单元上的节点力和位
移之间的关系式
{F}e=[K]e{δ}e
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
实体几何模型载荷
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
优点 缺点
改变网格不影响载荷 涉及到的加载实体少
生成的单元在当前激活的单元座标下，节 点为总体直角座标，因此实体与有限元模 型可能有不同座标系统和载荷方向 实体载荷在凝聚分析中不方便，因载荷加 在主自由度上施加关键点约束较繁锁 不能显示所有实体载荷
简例（续）
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
下面以小变形弹性静力问题为例，加以详细介绍。 几何方程：eij=1/2(ui,j+uj,i) 物理方程：sij=aijklekl 平衡方程：sij,j+fi=0 边界条件：
位移已知边界条件 ui=ui （在边界Гu上位移已知） 外力已知边界条件 sij,j+pi=0（在边界Гp上外力已知）

四、强迫运动
用于分析带有地基加速度、位移和速度的输入的受约束结 构。 直接指定法 例：一端固支的矩形结构，在地基上受到沿Z方向频率为 250HZ的单位正弦脉冲加速度作用，使用直接方法，确定 该结构的瞬态响应。在地基上施加1000lb的大质量，使用 的结构阻尼系数：g=0.06，并将此阻尼转化为在250HZ下 的等效粘性阻尼。
动力学培训内容介绍
1.模态分析 2.瞬态响应分析 3.频率响应分析 4.强迫运动 5.随机响应分析
结构动力学分析
一、模态分析 求解器：103 质量矩阵形式：MSC认为耦合质量比集中质量更精确，在 动力分析里出于对计算速度的考虑，更倾向于使用集中质 量。 使用方法：用PARAM，COUPMASS，1选择耦合质量； 缺省为集中质量。 求解方法：推荐的Lanczos方法。 EIGRL卡片
（续）
激励的定义：与瞬态响应中TLOAD对应，在频率响应中 为RLOAD。其中RLOAD1是按照实部与虚部的形式来定 义频变载荷；RLOAD2按幅值和相位的形式来定义频变载 荷。 几点考虑：如果激励的最高频率比系统的最低谐振频率小 得多，那么使用静态分析就足够了；阻尼很小的结构在激 励频率接近于谐振频率的时候，会表现出很大的动力响应。 在这样的问题中，模型上一个小的改动（或仅换一台电脑 来计算）都可能产生响应的明显变化；如果希望对峰值响 应进行充分的预测，必须使用足够好的频率步长（Δ f）。 对每个半能带宽至少使用5个点。
（续）
SOL 109 TIME 30 CEND TITLE = TRANSIENT RESPONSE WITH BASE EXCITATION SUBTITLE = USING DIRECT TRANSIENT METHOD, NO REDUCTION ECHO = UNSORTED SPC = 200 SET 111 = 23, 33 DISPLACEMENT (SORT2) = 111 VELOCITY (SORT2) = 111 ACCELERATION (SORT2) = 111 SUBCASE 1 DLOAD = 500 TSTEP = 100 $

修改MSC提供的Solution Modify the MSC-provided solutions
– 增加附加输出add additional output – 计算附加量calculate additional quantities – 改变问题的求解方法 change the way the problem is solved
MSC.Nastran
– 该语言用于MSC.Nastran的所有SolutionThe language used for all
solutions in MSC.Nastran
Two-Day DMAP Notes prepared 2012/6/8
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Page 5
DMAP的功能
What Can I Do With DMAP?
– 例子: – MPYAD A,B,/C $进行矩阵计算C=AB
Two-Day DMAP Notes prepared 2012/6/8
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Page 7
DMAP指令格式
Format of DMAP Instructions

所有DMAP指令是自由格式 All DMAP instructions are free-format
and printing data using standard output

参数（PARAM）
– 及其应用


DMAP 模块
– 如何向程序传递信息 – 如何读写矩阵 – 如何使用矩阵


subDMAPs – 现有求解序列形式

数据库The database – 信息的存储 Storing information – The NDDL ISHELL – 用户提供的程序user-provided

[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量
.
FKu
总体刚度矩阵
FF12KKaa
Kau1 Ka u2
FF23KKbb
Kbu2 Kb u3
FF12KKaa
Ka KaKb
K 0buu12
F3 0 Kb Kb u3
.
线性静力有限元分析步骤
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
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
.
5 MSC/NASTRAN的前后处理
1、 MSC公司提供的 MSC/PATRAN,MSC/ARIES
2、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。
结点 3# 单元 ② 结点 2# 单元 ① 结点 1#
2、形成单元刚度矩阵 3、总装刚度矩阵
.
4、施加边界条件 5、施加作用载荷
.
6、求解矩阵方程
7、计算单元应力
(e1)l L Lu2L u10.010 00.05 0.0005
σ ( e 1 )= l E ε ( e 1 )= l1× 1 0 6 × 0 ( - 5 )× 1 - 4= 0 - 5( 0 磅 /英 0)2 0寸
.
施加载荷
求解方程
计算位移、应力等
例子： 面积 A = 1.5 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2
面积 A = 2.0 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸1.5英寸2

MSC/NASTRAN允许建局部坐标系, 包括直角、柱面(r,θ,z)与球面 坐标系(r,θ,φ)
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)
有限单元
Nastran中，单元名前字母C是表“connection”
(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
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，边界条件通过约束适当自由度 为零位移来处理
EA L
1 1
1u1
1
u2
[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知) {u} =由{F}引起的未知位移向量
F Ku
总体刚度矩阵
FF12
Ka K
a
K Ka
a
uu12
FF23
Kb Kb
Kb Kb
uu23
FF12 F3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ka K 0
a
Ka Ka Kb
1、建立结构有限元模型
L=10英寸 A=1.5英寸2
L=10英寸 A=2.0英寸2
F = 10000 磅 L = 10 英寸YIN L = 10 英寸
结点 3# 单元 ② 结点 2# 单元 ① 结点 1#
2、形成单元刚度矩阵 3、总装刚度矩阵
4、施加边界条件 5、施加作用载荷
6、求解矩阵方程
7、计算单元应力

求:惯性力系向点Ｏ 简化的结果(方向在图上画出).
解:
Ft IO
m
l
2
Fn IO
m
l 2
2
M IO
1 ml2
3
FIOn
FIOt
aCn
M IO aCt
思考：向质心C简化结果如何？
惯性力系的简化
0
m l2
12
C l m
m l 2
2
2α
ω
0
l m
2
m l 2
2
m l 2
3
α ω
例13-4
已知:如图所示,电动机定子及其外壳总质量为mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ,质心位于O
MIx miri cosi zi (miri2 sin i zi )
cos
i
xi ri
,
sin i
yi ri
MIx m i x i z i2 m i y i z i
J y z m i y i z i
Jxz m i x i z i
－－对于z 轴的惯性积. O
i
y
xi
M Ix J xz J yz 2 同理 M Iy J yz J xz 2
FIin
mi
v2 r
MO 0, m1g m1a m2g m2ar miar 0
由 miar mi ar mar
解得 a m1 m2 g m1 m2 m
§ 13-3 刚体惯性力系的简化
方法：向一点简化。
主矢： FIR Fie miai maC
aC
aC
１.刚体平移 惯性力系向点O 简化.
处.转子的质量为m2 ,质心位于Ｃ 处,偏心矩ＯＣ＝e ,
图示平面为转子的质量对称面.电动机用地角螺钉固定