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Nastran基础教程101


SECTION 1 Nastran介绍

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目录
项目 页码

1 NASTRAN与MSC/NASTRAN 2 Nastran 开发历史 3 Nastran 功能介绍 4 Nastran前后处理 5 MSC.Software Nastran帮助系统

3 5 7 12 13

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1 NASTRAN与MSC/NASTRAN


NASTRAN 程序由来 型、通用有限元结构分析计算机程序 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 1964年1月,NASA制定任务书 由计算机科学(Compnter Sciences)、Martin 公 司和MSC组成研制队承包程序研制 1968年5月 ,该程序首先在Goddard运行
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1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis)是一个大

2)

3) 4) 5)

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NASTRAN 专利
l COSMIC/NASTRAN:COSMIC维护的非专利版
lMSC/NASTRAN:MSC公司发展的专利版

l UAI/NASTRAN:通用分析专利版本
l SPERRY/NASTRAN: SPERRY UNIVAC公司专利版 lMARC/NASTRAN:MARC分析与研究专利版 l DTNSRDC/NASTRAN:David Taylor海军舰艇研究发展 中心专利版

lNKF/NASTRAN: NKF工程协会专利版
lCOSMOS/NASTRAN: COSMOS公司专利版
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?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NASTRAN(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
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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 1996年,MSC/NATRAN V69版 1997年, MSC/NASTRAN V70版 2001年,MSC/NASTRAN2001版
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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
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?3

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 l l l l l l l l l 正交模态分析(固有频率与振动模态) 直接复特征值分析 模态复特征值分析 直接频率响应分析 模态频率响应分析 直接瞬态响应分析 模态瞬态响应分析 响应谱分析 随机动力分析 具有几何和(或)材料非线性的瞬态响应分析
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3)热传导分析
l l l l 线性稳态热传导分析 非线性稳态热传导分析 瞬态热传导分析 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。

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5) 多级超单元分析
l l l 线性静力超单元分析 屈曲超单元分析 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。 气动弹性响应超单元分析 颤振超单元分析 稳态与瞬态热传导超单元分析 循环对称(静力、屈曲)超单元分析

l l l l

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

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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 l l 声响分析 流体与结构耦合分析 循环对称分析

l 层复合材料分析

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4 MSC/NASTRAN的前后处理
1、 MSC公司提供的

MSC/PATRAN,MSC/SimXpert
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。
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5 MSC/NASTRAN的文档资料
1、 MSC/NASTRAN
2、用户指南 3、MSC/NASTRAN 快速参考手册

使用入门

( Getting Started With MSC/NASTRAN User’s Guide )

( MSC/NASTRAN Quick Reference Guide )

4、MSC/NASTRAN 参考手册
( MSC/NASTRAN Referemce Manual )
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SECTION 2

有限单元法介绍

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有限单元法介绍
内容 Nastran求解过程介绍 Nastran模型知识 Nastran建立有限元法则 Nastran模型检查 Nastran中的单位 页码 3 7 40 41 43

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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

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有限元法的过程

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线性静力分析的基本矩阵方程
单元刚度矩阵

? F1 ? EA ? 1 ? 1? ? u1 ? ? ?? ? ? ? ? ? F2 ? L ?? 1 1 ? ?u 2 ?
[K] =刚度矩阵
{F} =力向量(已知)
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?F?? ?K ??u?

{u} =由{F}引起的未知位移向量
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总体刚度矩阵

? F1 ? ? K a ? K a ? ? u1 ? ? ??? ? ?u ? ? K K F a ?? 2 ? ? 2? ? a ?F2 ? ? K b ? K b ? ?u 2 ? ? ??? ?? ? ? F3 ? ?? K b K b ? ? u 3 ?
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? Ka 0 ? ? u1 ? ? F1 ? ? K a ? ? ? ? ? ? ?F2 ? ? ?? K a K a ? K b ? K b ? ?u 2 ? ?F ? ? 0 ?u ? ? ? K K 3 b b ? ? ? ?? 3 ?
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线性静力有限元分析步骤
结构离散 施加载荷

形成单元刚度矩阵
求解方程

装配总体刚度矩阵
计算位移、应力等

施加约束边界条件
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F = 10000 磅

例子:

面积 A = 1.5 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2 L = 10 英寸YIN

面积 A = 2.0 英寸2 弹性模量 E = 10×106 磅/英寸2

L = 10 英寸

1、建立结构有限元模型
L=10英寸 A=1.5英寸2

结点 3#

单元 ②

结点 2# L=10英寸 A=2.0英寸2 单元 ①

结点 1# NAS101, Section 2, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

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2、形成单元刚度矩阵

3、总装刚度矩阵

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4、施加边界条件

5、施加作用载荷

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6、求解矩阵方程

7、计算单元应力
? (el1) ?
? (el2) ?

?L u 2 ? u1 ? 0.005 ? 0.0 ? ? ? ?  0.0005 L L 10
?L u 3 ? u 2 ? 0.01167 ? 0.005 ? ? ? ?  0.0006667 L L 10

1) 1) σ (el = Eε (el = 10 ×10 6 ×(-5) ×10 -4 = -  5000(磅 / 英寸) 2

σ (el2 ) = Eε (el2 ) = 10 ×10 6 ×(-6.667) ×10 -4 = -  6667(磅 / 英寸) 2

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NASTRAN有限元模型知识

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离散化结构的描述
l
l l

有限元模型所需数据:
坐标系 模型几何

l
l l l

有限单元
载荷 边界条件 材料性质

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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,θ,z)与球面 坐标系(r,θ,φ)

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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)

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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)
CELAS1~4

■ 线单元(性质象杆、棒或梁) 杆元: CROD,CONROD

直梁元:CBAR,CBEAM 曲梁元:CBEND
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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

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约束元(无限刚硬,称为刚性元)
l
l l

刚性杆:RROD
刚性梁:RBAR 刚性三角板:RTRPLT

l
l l

刚性体:RBE1,RBE2
均方加权约束元:RBE3 内插约束元:RSPLINE

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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 l 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷 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
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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
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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

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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)

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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,三个限定符

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NASTRAN语句

可选

文件管理语句

可选

执行控制语句

必须

CEND 情况控制指令

必须限定符

BEGIN BULK 模型数据集
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必须限定符

ENDDATA
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必须的限定符

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
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情况控制段(必须)
(1 ) (2 ) 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) 管理一组模型数据输入

(3 )
(4 )

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
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”

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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

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MSC/NASTRAN输入文件ROD.DAT为
ID ROD EXAMPLE 执行控制段 SOL 101

TIME 5 限定符 CEND LOAD=8 情况控制段 DISP=ALL SPCF=ALL ECHO=BOTH 限定符 BEGIN BULK GRID,1, ,0.,0.,0., ,123456 GRID,2, ,0.,8.0,0., , FORCE,8,2, ,20.,0.,1.,0. 模型数据段 CROD,1,15,1,2 PROD,15,5,4.909E-2
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MAT1,5,30.E6, ,0.3 ENDDATA
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MSC/NASTRAN输出文件
MSC/NASTRAN输出文件包括
ROD.DBALL ROD.F04 ROD.F06 ROD.LOG ROD.MASTE 包含数据库运行的永久性数据 包含数据库文件信息和模块执行摘要 包含MSC/NASTRAN的分析结果 包含系统信息和系统错误信息 数据库运行总辞典

无重起动, MASTER和DBALL文件在作业完成后自动清除

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F06文件部分结果

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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 输入量: 结点坐标 弹性模量 作用力矩 作用力 质量 时间 输出量: 位 移 应力
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英制 英寸 磅/ 英寸2 英寸磅 磅 磅秒2/英寸 秒 英寸 磅/ 英寸2
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SI 米 牛顿/米2 牛顿米 牛顿 千克 秒 米 牛顿/米2

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 实数 字符 不能包含小数点 必须包含小数点 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

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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 小域格式 大域格式 输入数据字域是用逗号分开 共十个字域,每个字域有八个字符 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 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

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典型NASTRAN模型数据记录格式,GRID记录(卡)

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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。

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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

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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

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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

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NASTRAN结果输出
● 你可以要求Nastran输出所有的数据结果。它们中的一些类型

如下:
● 节点位移分析 ● 单元数据恢复 ● 应力 ● 应变 ● 应变能 ● 单元内力和矩

● 节点数据恢复 ● 应用载荷 ● 约束反力 ● 节点力

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模型校验
● 从分析结果中,校验结果的精度是使用者的责任。
● 一些最少的检查建议如下:
● 通前处理检查几何和联接 ● 检查施加载荷后,结构的总体响应 ● 检查施加载荷与约束反力之间的平衡关系 ● 如果有可能,执行手工计算和对比同类结果 ● 参考Jet Propulsion Laboratory出版的 1986 MSC World Users’ Conference

“MSC NASTRAN Model Checkout”模型检查手册。

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模型建立法则
在建模开始之前,工程师需要判断结构的响应行为。 辨识载荷施加点和约束反力点。 为弯曲、扭转、剪切和轴向载荷等主要载荷建立传力路径。 比较上次运行结果,在高应力梯度区域重新划分网格。一般 法则,增加单元数目将增加结果精度。 ● 利用对称性法则建模。 ● 考虑项目预算和计算资源 –增加自由度意味着增加计算资源、 建模时间、解释结果时间。
● ● ● ●

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模型建立法则(续)
● 建立小模型,通过灵敏度分析,决定单元数目、结果精度、

建模成本等之间的相对关系。 熟悉的建模方法。

● 在运行耗时巨大的真实模型之前,创建小模型测试一些不
● 你能负担在一个小模型上的时间消耗。 ● 在最终大模型计算时,你将节约经费,并且有一个更加精确的模型。

● Nastran 中没有单位规定。
● 使用者要保证Nastran中单位的一致性。 ● 比了解释分析结果的需要,输入单位必须一致。

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单位
● 常用单位案例
Units Input English Grid Point Geometry Elastic Modulus Applied Moments Inches lb/in2 Inch-lb Metric mm N/mm2 mm-N 必须一致

Applied Forces
Mass Density Corresponding Output Displacements Stresses
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lb
Lb sec2/in4 Units Inches lb/in2
S2-43

N
t/mm3

mm N/mm2

单位(续)

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Nastran中求解流程

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S2-45

参考手册

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S2-46

参考手册

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S2-47

● 现在,请执行Workshop 1

● 现在,请执行 Workshop 2

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S2-48

SECTION 3

执行控制

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NASTRAN 输入文件
● Nastran输入文件格式描述参考 MD Nastran Quick Reference

Guide
● 下面章节描述Nastran执行控制中的信息

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NASTRAN 输入文件(续)
● 文件管理段(FMS): (可选)
● 包括 “NASTRAN” 状态 (可选 – 针对当前运行,决定执行程序的全局控制参

数)

● 分配文件,控制重启动、数据库选项 ● 文件管理使操作系统对用户不可见。

● 执行控制段:
● 求解类型, 运行时间, 程序修改和输出系统诊断

● 工况控制段:
● 定义输出和定义工况等

● 模型数据段:
● 结构模型定义等

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S3-3

MD NASTRAN INPUT FILE (Cont)

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典型Nastran输入文件

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执行控制语句
● 执行控制语句
(1)

(2)
a) b) c) d) e)

该段语句用自由格式书写 执行控制段基本功能
识别作业 选择分析类型 设置允许CPU时间 输出诊断信息 设定用户编写的DMAP系列

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ID语句
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

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 ),即线性静力分析;SOL 103(模态分析) 和SOL 105(屈曲分析)等
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TIME 语句
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)

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

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例子
一个简单模型线性静力分析执行控制段

ID
SOL

SIMPLE,
101

MODEL

TIME 5

CEND

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MSC/NASTRAN结构化求解序列
SOL号 101 103 SOL 名 SESTATIC SEMODES 说 明 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) 正则模态含设计敏度(模态)

105
106 107 108 109 110 111 112 114 115 118

SEBUCKL
NLSTATIC SEDCEIG SEDFREQ SETRAN SEMCEIG SEMFREQ SEMTRAN CYCSTATX CYCMODE CYCFREQ

屈曲分析含静力分析、设计敏度(屈曲)
非线性静力分析 直接复特征值分析 直接频率响应 直接瞬态响应 模态复特征值分析 模态频率响应 模态瞬态响应 循环对称静力,含替代减缩 循环对称正则模态 循环对称直接频率响应

129
144 145 146 153 159 200

NLTRAN
AESTAT SEFLUTTR SEAERO NLHEAT TRHEAT DESOPT

非线性瞬态响应
静力气弹响应 气动颤振 气弹响应 稳态非线性热传导 瞬态热传导 数据库变换 优化设计
S3-10

NAS101, Section 2008 190 3, August DBTRANS Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

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

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S3-11

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。
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S3-12

数据输出
● 默认,Nastran不提供任何种类的数据输出,你必须要求输

出你需要的数据类型。
● 当你要输出数据类型时,有几个数据类型需要指定。常用

的数据类型有:PRINT, PLOT, 和 PUNCH。

PRINT 是默认选项,要求输出结果到op2或xdb文件和f06文件中。 PUNCH 是将结果直接输出到“.pch” 文件中,其中“punch”文件为80列 每行。 PLOT 是将结果输入到op2或xdb文件中,而不将结果打印到f06中。

● 如果用,这个部分插入输入命令之后。

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S3-13

?ALL ? STRAIN  ?  ? ? n ? ?
?ALL ? ESE  ?  ? ? n ? ?

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

?ALL ? ELSTRESS  (或STRESS  )  ?  ? ? n ? ?

?ALL ? GPFORCE   ?  ? ? n ? ?

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

?ALL ? GPSTRESS   ?  ? ? n ? ? ?ALL ? OLOAD  ?  ? ? n ? ?

?ALL ? SPCFORCE   ?   ? ? 要求一组(n)或全部结点单点约束力输出 NAS101, Section 3, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation S3-14 ? n ?

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 = 3,4,7,9,11 SET 5 = 2,9,15,THRU 21,33 DISP = 1 FORCE = 1 STRESS = 5 GPFORCE=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;
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全部节点的约束反力。

S3-15

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。
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S3-16

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。

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S3-17

SUBCASE 1 SUBTITLE = Dead Load LOAD = 10 SUBCASE 2 SUBTITLE = NW wind Load

LOAD = 20
SUBCASE 3 SUBTITLE = SW Wind Load LOAD = 30 SUBCOM 10 SUBTITLE = Load Combination 1 LABLE = Dead Load +NW Wind SUBSEQ = 1.0 , 1.0 , 0.0 SUBCOM 20 SUBTITLE = Load Combination 2 LABLE = Dead Load + ( - ) 1.5 SW Wind
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SUBSEQ = 1.0 , 0.0 , -1.5
S3-18

SYM n
定义一个对称子情况,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。
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S3-19

打印输出
● 警告:

SORT2 输出方式将产生巨大页面。 SORT2 经常 在动力学分析中使用。

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S3-20

SORT1 输出案例

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S3-21

SORT2 输出案例

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S3-22

结果后处理选项,PARAM,POST
● Nastran输出不同的结果为不同的后处理软件:
● PARAM,POST,0 将产生XDB 文件,为 MSC/PATRAN,

MSC/XL 和 MSC/SimXpert。 ● PARAM,POST,-i 为其它公司软件
● -1 MSC/PATRAN ● -2 UGS I-DEAS ● -4 MSC_NF interface LMS International ● -5 FemTools interface for Dynamic Design Solutions ● -6 UGS Unigraphics

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S3-23

输出段定义
● 模型数据 echo:
ECHO - 是一个可选项。
● 它出现在第一个工况之前。

● 选择如下:
SORT UNSORT BOTH NONE PUNCH 按照字母顺序打印模型数据 (默认) 按照模型文件顺序打印模型数据 打印按序排列和非按序排列数据 关闭数据打印 打印模型数据到到单独文件,“.pch” 。

● 案例:
ECHO = SORT,PUNCH

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S3-24

● Now, perform Workshop 3

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S3-25

第四章

模型描述

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S4-1

模型描述
章节 MD Nastran输入文件 模型数据部分(Bulk Data Section)说明 模型数据格式 简单的模型数据输入 模型数据输入格式 小域格式 自由域格式 大域格式 常用输入格式规则 继续输入项 生成输入(复制) 页码 11 14 15 16 17 21 22 23 25 27 30

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S4-2

模型描述(续)
章节 页码

继续卡生成 复制的例子 使用复制例子生成模型数据 输入格式中常见错误 GRID节点 位移坐标系 GRID卡片格式 GRID输入卡片 坐标系 直角坐标系 圆柱坐标系 球坐标系

32 33 34 35 36 37 39 40 41 43 46 49

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S4-3

模型描述(续)
章节 坐标系例子 在GRID卡上使用坐标系 GRDSET卡 SPOINT卡 约束 约束– SPC和SPC1 约束– SPC输入 约束– SPC1输入 约束– SPC和SPC1 约束– SPCD 页码 52 56 60 61 62 65 66 67 68 69

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S4-4

模型描述(续)
章节 材料属性 材料属性– MAT1 单元库 常用单元 MD Nastran中的单元 单元坐标系 一维单元 BAR单元 BEAM单元 页码 72 74 77 78 79 81 83 87 89

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S4-5

模型描述(续)
章节 BEAM属性 BEAM属性 – PBEAML BEAM单元输出 CBEAM例子 CBEAM例子 – 输出 BEAM单元的中间输出 BEAM单元的中间输出– 结果 2维单元(平板和壳 ) MD Nastran中的2维单元 页码 95 108 111 114 119 122 125 128 131

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S4-6

模型描述(续)
章节 QUAD4单元 QUAD4单元的载荷输出 QUAD4单元定义 QUAD4单元坐标系 QUAD4单元属性 QUAD4例子 QUAD4预备属性定义 QUADR/TRIAR单元 实体单元 页码 133 136 138 141 144 152 158 160 166

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S4-7

MODEL DESCRIPTION (Cont.)
章节 实体单元-例 复合材料 PCOMP MAT8 载荷输入 力和力矩的输入 分布载荷(PLOADi) PLOAD1输入 PLOAD1输入 – 样本 页码 175 183 185 187 190 192 195 197 199

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S4-8

MODEL DESCRIPTION (Cont.)
章节 载荷集合– LOAD输入卡片 载荷集合–SUBCOM输入卡片 0维单元 CWELD单元 CWELD连接类型 CWELD 连接-ALIGN CWELD 连接-GRIDID CWELD 连接-ELEMID CWELD连接-ELPAT CWELD连接-PARTPAT 页码 204 207 211 223 224 228 229 231 232 233

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S4-9

MODEL DESCRIPTION (Cont.)
章节 CWELD – 单元入门 CWELD 单元强化 WELD问题示例 问题示例-ELEMID 选项 问题示例-ELPAT和PARTPAT选项 摘录相关输入项 CWELD – Benchmark问题 CWELD功能 CSEAM CFAST Contact Glued Contact MDR3中新增的Contact 和Gluing功能 页码 238 239 240 242 243 244 247 249 251 266 277 286 297

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S4-10

MD NASTRAN 输入文件

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S4-11

MD NASTRAN 输入文件(续)
● 文件管理部分(FMS):
● 包含―NASTRAN‖语句(可选 – 确定当前运行的总体控制方案) ● 分配文件, 控制重启动和数据库操作
● 文件管理部分的目的是使得操作系统对用户可以是不可见的

● 执行控制部分(Executive Control Section):
● 求解类型,允许时间,程序修改和系统诊断

● 情况控制部分(Case Control Section) ● 输出请求并选取一定模型数据项被使用,如载荷和约束
● 模型数据部分(Bulk Data Section) ● 结构模型定义和求解条件

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S4-12

MD NASTRAN 输入文件(续)
● 模型数据部分提供模型描述和载荷条件及约束。
● 如前所述,执行控制部分提供整个求解的控制,情况控制部

分提供个别的载荷施加控制和结果输出需求。

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S4-13

模型数据部分介绍
● 模型数据部分包含描述结构模型所有必须的数据。 ● 模型定义数据包含
● 几何 ● 用户坐标系 ● 点的几何位置 ● 约束 ● 材料属性 ● 单元属性 ● 载荷

● 模型数据无须输入任何设定的顺序,它可以在分析的开始自

动归类(按字母顺序)。

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S4-14

模型数据格式
● 模型数据部分的格式是基于每一行的:
● 有80个可能列 ● 被分为10个域

● 模型数据部分中描述的每一项被叫做 ―Entry‖ ● 每个Entry将跨度多个行 ● 每个Entry的格式是预先定义的 - MD NASTRAN Quick

Reference Guide (QRG), 第8节中有对Entry的详细描述 ● 本章节仅会介绍几个常用的Entry ● 不是每个Entry的所有选项都被讨论 – 如需详细描述, 请查看 QRG

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S4-15

模型数据输入示例

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S4-16

模型数据输入格式
● 每一个域的数据将是:
● 整数 ● 实数 ● BCD

5 1.0E+7 (字符)

被用于大多数的数据项

● 输入的每一个域都有一个预先定义好的数据类型
● 必须输入正确的数据 ● 整数没有小数点

● 例如:
1 134 267
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S4-17

模型数据输入的格式(续)
● 实数包含小数点而且可能有指数
● 有很多方法来表示实数 ● 例, 实数123.45可以用一下格式表示:

123.45 1.2345+2 12.345E+01 .12345E3 ● 以上均代表一个相同的数值

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S4-18

模型数据输入的格式(续)
● BCD (或字符) 表示文本字符串
● 必须由字母开头(A-Z) ● 可以包含数字(0-9) ● 不能超过8个字符 ● 不支持特殊字符或空格 ● 例:

TEST123 X32 DUM1

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S4-19

模型数据输入的格式(续)
● 一个Entry的第一个域是它的名字
● 剩下的域提供的数据可以在QRG找到详细介绍 ● 如果一个Entry跨度超过一行, 那么需要使用―continuation‖ ● 每行输入可以使用下面三种格式:
● 小域 ● 自由域 ● 大域

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S4-20

小域格式
● 当使用小域时, 每一行被分为10个域 ● 每个域包含8列 ● 这个是多数前处理程序写MD Nastran输入文件时常使用的

格式。 ● 例:

● 当使用小域时, 需要确定每个域的列数 ● 数字无需左或右对齐 (程序可以自动处理)

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S4-21

自由域格式
● 与小域格式类似,每个域被逗号或空格分开 (推荐使用逗号)
● 规则:
● 要跳过某个域, 可以使用两个逗号 ● 整数或BCD域如果超过8字符将出错

● 超过8字符的实数将忽略至8字符 (因此, 将丢失一些精度)

● 例: (与前页相同的输入)

GRID,10,,7.5,8.6,9.,,456

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S4-22

大域格式
● 将数据输入扩展至两行
● 使用时:
● 每一行第一个和最后一个域是8列 ● 中间的域是16列(每行有4个中间域- 因此每行有80列长)

● 大域格式通过在第一个域以及第二行的第一个域加入“*”号

表示。

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S4-23

大域格式(续)
● 大域格式输入:

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S4-24

一般输入规则
● 如果数据过长已延伸到另外的域就会导致错误结果 ● 第一个和第十个域必须左对齐。第二个到第九个域没有该要

求 ● 输入项不能嵌入空格

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S4-25

一般输入规则(续)
● 所有实数(包括0) 必须有小数点(易错)
● 许多域具有默认值,如果这些域是空的,则默认值将被使用

(请查看QRG)

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S4-26

继续卡(CONTINUATION ENTRIES)
● 许多输入需要多于一行
● 遇到该情况, 那么必须使用―continuation‖ 卡 ● 当卡片按顺序排序时继续卡可以自动生成。父系卡的74-80列

(第十域)和继续卡的第2-8列(第一域)将是空的。对于小 域格式,继续卡第一列将是空格或“+”号。对于大域格式, 继续卡第一列必须包含“*”号。

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S4-27

继续卡(续)
● 输入规则
● 使用继续助记符时,在第一列需要“+”号或“*”号。继续卡第一域

剩下的内容必须与父系卡(或者前面的继续卡)第十域相同(第74到80 列) ● 父系卡第10域的第一列(第73列)的任何输入将被忽略继续卡忽略 ● 小域和大域继续卡可一同用于某单个数据项定义。

● 下页将展示一个使用继续卡的例子

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S4-28

继续卡(续)
带继续卡的PBAR卡片输入的两种方法,下面均使用的自由格 式: ● 方法1
PBAR,10,20,1.25,,,,,,+pb10 +pb10,2.0,5.0,-2.0,-5.0

● 方法2
PBAR,10,20,1.25 ,2.0,5.0,-2.0,-5.0

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S4-29

输入生成– 复制
● 为了避免每个模型数据分别输入所耗费的时间,重复的域可

以通过单次输入来定义。该方法的规则是:
● 连续输入时域的复制是通过在相关域中录入“=”号来实现的。 ● 连续输入时若要复制到剩下的所有的域,可以通过录入“==”到第一个开始

复制的域来实现。 ● 生成一个相对前一个输入递增的值可以通过录入*X或*(X)来实现,这里X是增量 的实数或整数值(注: 括号是可选的). ● 重复几次复制可以通过录入=n或=(n)到第一个域来实现,这里n是输入卡片的 数量由使用前面生成的输入的增量值产生。

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S4-30

输入生成– 复制(续)
● 生成/复制规则试用于所有模型数据卡片,除非特有表示是

QRG中的特殊定义卡片.
● 前处理程序通常将每个卡片单独生成,不适用复制。 ● 教程中常用复制方法来缩短文件,以便于显示全部的输入。

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S4-31

继续卡生成
● 连续域(域1和10)复制时遵守以下规则
只能使用字母和整数,总共36个,顺序分别是0, 1, 2,...8, 9, A, B,...Z。 域1或10的第一个字符不能递增。 MD Nastran通过+1来增加连续域。 在增加的域里字符数是不递增的。例如,如果域的第一个输入是0,那么第37 个输入也是0,导致不合理的重复输入。解决该问题的方法是将第一个输入为 ―00‖,这将提供36个不同的域。 ● 参考MD Nastran Quick Reference Guide下的Bulk Data Entries Descriptions 小域或大域格式连续输入的例子。
● ● ● ●

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S4-32

复制例子

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S4-33

通过复制生成模型数据例子

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S4-34

输入格式常见错误
● 下面介绍如何避免常见的输入错误
● 当定义数值时不能将某几个域保留为空而出错。一定要留适当数量的空格或逗

号来分隔数值域。 ● 确保使用正确的整数或实数格式,请参考MD Nastran Quick Reference Guide 中的输入格式定义。 ● 确保定义了模型数据输入所需的所有输入。

● 通过设置system cell 357为1继续域的内容可能被忽略。在这

种情况下,继续域必须跟随父系输入。

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S4-35

节点
● 现在我们来讨论输入数据的格式,让我们先看一下个别输入

和他们的格式
● 节点被用来定义:
● 结构几何 ● 结构自由度 ● 位移被约束或载荷被施加的节点位置

● 计算输出项的位置

● 每一个GRID输入 参考2个坐标系。一个是为了放置节点,一个是为

了创建定义已知节点位移(自由度)方向,约束和求解向量的节点位 移坐标系。

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S4-36

位移坐标系
● 每个GRID的运动使用6自由度定义为 1,2,3,4,5,6

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S4-37

位移坐标系统(续)
● 节点位移分量的常用术语

● 每一个节点可以使用不同的坐标系来评定各分量运动 ● 分项(T1-R3) 在为节点选定的位移系统内

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S4-38

节点卡片定义
1 GRID GRID 2 ID 101 3 CP 0 4 X1 5.0

GRID卡片格式
5 X2 10.0 6 X3 2.0 7 CD 1 8 PS 123 9 SEID 10



内容

ID CP X1, X2, X3 CD PS SEID

节点 ID 号 定义节点位置的坐标系 ID 号 (整数 ? 0 或空) (默认=基本坐 标系) 在节点坐标系 CP 下的位置 (实数) 在节点处定义的位移,自由度,约束和求解向量的参考坐标 系 ID 号 (整数 ? 0 或空, 默认=基础坐标系) 相关节点的固定单点约束 (1-6 任意字符无空格) 超单元 ID

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S4-39

GRID卡片(续)
● 节点卡片中包含两个坐标系
● CP = ―位置‖坐标系 – 被用来定义空间位置 ● CD = ―位移‖坐标系 – 被用来测量点的运动和约束定义

● 可以是直角,圆柱或球坐标系

● 这些坐标系使用CORD1R, CORD2R, CORD1C,CORD2C,

CORD1S, 和CORD2S卡片定义 ● 在CORDxx卡片中, R=直角, C=圆柱, S=球

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S4-40

坐标系
● 坐标系被用来定义节点的空间位置和确定位移向量的方向 ● MD Nastran中, 将使用下面的坐标系
● 基本坐标系- 暗示定义参考直角坐标系 (Coordinate System 0). 该系

统的方向由用户定义通过定义节点位置的分量,是默认系统。 ● 局部坐标系 – 局部坐标系能够被用来帮助几何输入。每一个局部系 统必须直接或间接的与基础坐标系相关。

● MD Nastran中,矩阵,约束,和相关的节点输出使用

GLOBAL (或―位移‖)坐标系。

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S4-41

坐标系(续)
● CORD1i卡片通过3个参考节点定义一个. 意识到如果模型被

修改或者这些参考点有任何修改,坐标系的方向也将改变。 ● CORD2i卡片通过指定3个参考点位置定义一个局部坐标系统 。 ● 全局系统 – 收集所有位移坐标系统参考所有的节点输入。(需 要注意的是一些有限元程序使用的“全局坐标系”相当于MD Nastran的基础坐标系。) ● 所有角坐标输入是度. 这些坐标关联的输出是弧度。

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S4-42

直角坐标系
● 通过CORD1R或CORD2R定义 ● A, B和C被用于定义局部坐标系 (参考下页)

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S4-43

直角坐标系(续)

A

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S4-44

直角坐标系(续)
● 如果GRID的位置通过使用该坐标系定义,位置 (X1, X2和X3)

将在该坐标系本地的X, Y和Z方向(从它的原点测量).
● 如果该坐标系被用作GRID下的CD项, 那么本地的U1, U2和

U3 简单地与该系统的X-, Y-和Z-轴平行。

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S4-45

圆柱坐标系
● 使用CORD1C或CORD2C定义
● 位置A, B和C被用于定义局部坐标系(参考下页)

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S4-46

圆柱坐标系(续)

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S4-47

圆柱坐标系(续)
● 如果GRID的位置使用该坐标系定义, 位置(X1, X2和X3)将是

该坐标系本地R, q和Z方向 (从它的原点测量).

● 如果该坐标系被用于GRID卡中的CD项定义, 那么本地的U1,

U2和U3被定义如下:
● U1与径向向量平行 ● U2通过右手定则定义 (正的theta向) ● U3 与本地的Z轴平行

● 这意味着如果使用圆柱坐标系,那么每一个点处的位移系统

将是不同的。

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S4-48

球坐标系
● 使用CORD1S或CORD2S定义 ● A, B和C处被用来定义局部坐标系 (参考下页)

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S4-49

球坐标系(续)

R

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S4-50

球坐标系(续)
● 如果一个GRID的位置通过使用该坐标系统定义,位置(X1,

X2和X3)将是该坐标系本地的R, q和F方向。(从它的原点 测量).

● 如果这个坐标系被用作GRID下的CD项, 那么本地的U1,

U2和U3定义如下:
● U1 与径向向量平行 ● U2 是Uq ● U3 是Uf

● 这意味着如果使用球坐标系,每个节点处的位移系统将不

同。
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坐标系例子

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S4-52

坐标系示例(续)
● 本问题我们将对wall部分用圆柱坐标系对拱顶使用球坐标系
● Wall系统的起始点将在位置X=100处。基本坐标系。 ● 下面的CORD2C将定义系统1, 我们将用于wall定义.
The Reference system is Basic

CORD2C,1,0,100.,0.,0.,100.,0.,1.,+C1 +C1,101.,0.,1.
Point A = Origin Point B = on positive Z axis

Point C = in plus X-Z plane
NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation S4-53

坐标系示例(续)
● 拱顶系统的起点将在基本坐标系下X=100., Z=50.处。 (在坐

标系1的R=0., Z=50.处) ● 下面的CORD2S将定义坐标系2, 我们将用于拱顶定义

The Reference system is Basic

CORD2S,2,0,100.,0.,50.,100.,0.,51.,+C1
Point A = Origin

+C1,101.,0.,51.
Point C = in plus X-Z plane

Point B = on positive Z axis

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S4-54

坐标系示例(续)
● 如果我们希望定义拱顶相对于坐标系1,将允许我们去移动整

个结构通过简单的坐标系1重置。 ● 下面CORD2S将定义坐标系2

The Reference system is System 1

CORD2S,2,1,0.,0.,50.,0.,0.,51.,+C1
Point A = Origin

+C1,1.,0.,51.
Point C = in plus X-Z plane
NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation S4-55

Point B = on positive Z axis

在GRID卡片使用坐标系
● 现在定义完了坐标系1和2, 它们可以被用到GRID卡中的节点

位置和运动测量定义。 ● 我们定义圆上的2个节点使用基础坐标系来测它们的运动。 GRID,10,1,10.,45.,0. GRID,20,1,10.,135.,0.
没有定义CD, 因此使用的 是基础坐标系

● 这些点在Z=0的平面上,半径为10角度为45度(GRID 10)和135

度 (GRID 20) ● 下面将显示这些节点和它们的位移系统 (GLOBAL)

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S4-56

在GRID卡使用坐标系

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S4-57

在GRID卡使用坐标系(续)
● 让我们使用坐标系1来修改2节点测量它们的运动

GRID,10,1,10.,45.,0.,1 GRID,20,1,10.,135.,0.,1 ● 这些节点的位置不变,但它们的运动将由坐标系1(圆柱 坐标系)来测量,而不是默认坐标系(坐标系0). ● 它们的GLOBAL系统是坐标系1在每个节点的投影。 ● 下面将展示

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S4-58

在GRID卡使用坐标系(续)

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S4-59

GRDSET卡
● 该可选项被用于设置GRID卡的默认值。
● 使用域3 (CP), 7 (CD), 8 (PS)和9 (SEID) ● 只有一个GRDSET可以用于运行 ● GRDSET上的数值被用在GRID卡上的相关域是空的情况。

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S4-60

SPOINT卡
● SPOINT卡片定义scalar点
● Scalar点只关联一个自由度,0或1 (提示GRID点有6个) ● 该自由度在空间上没有位置或方向 ● 通常被用于高级应用

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S4-61

约束
● 单点约束(SPC)是施加在所选取节点或scalar点在一个或多个

运动分量上的约束 ● SPCs使用包含
● 支撑结构(施加约束)

● 通过限制自由度施加对称或反对称边界条件,为了满足对称或反对称条件数值

需为0 ● 删除与结构不相连或弱耦合的自由度 ● 删除结构分析中不用的自由度 (例如2维分析中平面外的DOFs) ● 向节点施加0或非0强迫位移

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S4-62

约束 (续)
● 约束可以定义为:
● 固定 – GRID卡中定义, PS ● 用户选择 - Case Control中通过使用SPC=SID实现.模型数据中定义的SPC,

SPC1或SPCADD卡片 ● 自动 - PARAM,AUTOSPC,YES (线性求解中默认项) 或者情况控制中的AUTOSPC命令 ? 自V2004起

● SPC节点处的反作用力(单点约束导致的力),可以通过在情况

控制下要求SPCFORCES=ALL获得。

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S4-63

约束 (续)
● 固定约束 ● 永久移除某些节点的自由度的方法通过定义GRID卡中第8个

域来实现

第8个域 (PS)中列举的任一自由度都是固定约束
● 这些约束会一直被使用。情况控制中的约束定义对其无影响。

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S4-64

约束 - SPC和SPC1
● 用户可选的约束可以在模型数据输入的SPC和SPC1卡 ● 这些约束是通过SPC情况控制定义。 ● 如果需要仅施加这些约束。 ● 施加在每一个SUBCASE的约束集可能不同. ● 注意- 即使定义了SPC和SPC1卡片,除非在情况控制里定

义了需求否则它们是不会被应用的。

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S4-65

约束 – SPC卡片
● SPC – 定义0或非0强迫位移,常用于施加较小的强迫位移。

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S4-66

约束 - SPC1卡
● SPC1 – 只用于定义0强迫位移。 ● 常用于大量的0强迫位移定义,在情况控制中选择SPC集

的ID号。

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S4-67

约束 – SPC和SPC1
● 定义在SPC类卡片中的自由度也可以重复定义在GRID卡的

PS域。
● SPCs定义在客户指定的节点输出坐标系,而节点输出坐标系

在GRID卡片中的第7个域定义。

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S4-68

约束 - SPCD
● SPCD – 被用于定义非0强迫位移。在情况控制中通过

LOAD=SID选择. 常用于施加大量非0强迫位移约束情况。 ● 该卡片的参考坐标系必须被一个SPC或SPC1卡参考 (在情 况控制部分选取). ● SPCD卡计算强迫位移引起的平均载荷。 ● SPCD卡允许不同subcases下施加不同的强迫位移, 每个 subcase为引起刚度矩阵分解

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S4-69

约束 – SPCD (续)

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S4-70

● 请做练习4:

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S4-71

材料属性

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S4-72

材料属性(续)
● 线性分析材料类型
● Isotropic (MAT1) ● Two-dimensional anisotropic (MAT2) ● Axisymmetric solid orthotropic (MAT3) ● Two-dimensional orthotropic (MAT8) ● Three-dimensional anisotropic (MAT9)

● 依赖于温度的材料属性可以在MATTi卡中定义。

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S4-73

材料属性- MAT1
● 本部分我们将主要针对MAT1卡片 ● 该卡片用于各向同性材料定义 ● 参数:
● ● ● ●

E - 弹性模量- 延伸和弯曲模量 G - 扭转和剪切模量 u - 泊松比 如果以上的3个参数中只提供了2个,那么可以使用下面方程计算第三 个。

● 关于热应力分析
● A – 热膨胀系数

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S4-74

材料属性- MAT1 (续)

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S4-75

材料属性- MAT1 (Cont.)

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S4-76

单元库
● 包含50多个有限单元
● One-dimensional

● Two-dimensional
● Three-dimensional ● Scalar ● Axisymmetric

● Rigid
● Mass and damping ● Heat transfer ● DMIG or ―Genel‖ user-supplied element

● Fluid-structure
● p-version ● Contact

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S4-77

常用单元
Line Elements
CBAR

Surface Elements
CQUAD4

Solid Elements
CHEXA

Other Elements
CBUSH

Connector Elements
CWELD

CBEAM
CROD CONROD

CTRIA3
CQUADR CTRIAR

CTETRA
CPENTA

CELASi
(i= 1,2,3,4)

CFAST
CSEAM

CTUBE
CBEND

CTRIA6
CQUAD8 CSHEAR

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S4-78

MD NASTRAN中的单元
● 自由度是平度和转动方向上的分量 (没有较高的阶导数).
● 刚度矩阵是独立的节点序列

● 不同类型的单元是兼容的。

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S4-79

MD NASTRAN中的单元(续)
● 功能范围
● Stiffness ● Mass ● Damping ● Differential Stiffness ● Anisotropy ● Temperature ● Internal Loads ● Stress Output

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S4-80

单元坐标系
● 所有单元使用一个单元坐标系 ● 单元坐标系用于:
● 输出的力和应力分量方向 ● 截面属性方向(一维单元) ● 压力载荷方向(面和体单元)

● 每个单元都有自己的坐标系,通过单元连接顺序或其他的单

元连接数据定义。单元的z正向一般遵守右手定则 ● 面和体单元也有可选的材料坐标系可以用于而为正交或各向 异性材料属性方向的定义。材料坐标系在单元连接或属性卡 片里定义。

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S4-81

单元坐标系(续)
● 除了单元和材料坐标系,通过使用情况控制中GPSTRESS

功能,能将任意用户定义的坐标系用于应力输出。

● 请记住,在几乎所有情况下:
节点信息输出在全局坐标系 单元信息输出在单元坐标系

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S4-82

一维单元
● ROD, CONROD, TUBE: Pin-ended rod - 4 DOFs
● BAR: ● BEAM: ● BEAM3 ● BEND:

棱梁 - 12 DOFs 考虑翘曲的直梁 – 14 DOFs 3-节点梁单元 – 21 DOFs 弯曲梁或管 - 12 DOFs

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S4-83

一维单元(续)
● CROD, CONROD和CTUBE单元的特征:
● 由两个节点连接 ● 载荷分量= 力和扭矩 ● 矩阵中的位移分量= 轴向和扭转方向 ● 直, 棱状成员

● 单元刚度矩阵只包含轴向位移和扭转项

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S4-84

一维单元(续)
● CROD,CONROD以及CTUBE

- 单元连接使用CROD 卡片定义. 属性有PROD卡 片定义.常用于当几个单元有同一属性时。 ● CONROD – 单元连接和属性在CONROD卡片定义。常用于 每一个单元有不同的属性。 ● CTUBE - CTUBE定义连接,PTUBE定义属性-空心管模型。 可以定义内外直径。 ● 上述类型, CROD最常用.
● CROD

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S4-85

一维单元(续)
● ROD-类型单元- 几何

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S4-86

BAR单元
● 连接两个节点
● 公式推导于经典梁理论 (变形后平面界面仍是平面) ● 包含可选的横向剪切灵活性 ● 力分量
● 轴向力 P ● 扭矩 T ● 关于两个垂直方向的弯矩 Mi ● 在两个垂直方向上的剪力 Vi

● 单元刚度阵的位移分量
● 在每端有3个平动和3个转动

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S4-87

BAR单元(续)
● ● ● ●

中性轴可以相对于节点发生偏置 (内部, 生成刚性连接) 惯性主轴不需要与单元轴一致 Pin flag用来定义连接,等 主要限制
● 直,棱状成员 (例如沿长度属性不发生变化) ● 剪切中心和中性轴必须一致(因此, 不推荐用于双对称截面) ● 忽略面外的扭转强度截面的翘曲

● CBEAM单元有这些附加工能
● 查看MSC Nastran Linear Static Analysis User’s Guide 的4.1节和MSC

Nastran Reference Manual的5.2.2节关于CBAR的详细信息。

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S4-88

BEAM单元
● 连接两个节点
● 力分量
● Axial force P ● Torque T (Total Torque)

● Warping torque Tw
● Bending moments in planes 1 and 2 Mi ● Shears in planes 1 and 2 Vi

● 单元刚度阵中的位移分量
● 每端3个平动和3个转动加dq/dx (SPOINTs代表)

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S4-89

BEAM单元(续)
● Beam包含CBAR单元的所有功能加上下面几个功能,包含:
● 变截面- 截面属性在每端可以定义9个点。 ● 中性轴和剪切中心不必一致 (考虑非双对称截面的准确性). ● 横截面翘曲对扭转刚度的影响 ● 在横向剪切刚度的锥度影响 (剪切释放). ● PBEAM 中的K1和K2 (剪切刚度因子)默认值为1.0. 忽略剪切变形 (BAR单元

情况), K1和K2的值应设置为0.0.

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S4-90

BEAM单元(续)
● 输入格式:

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S4-91

BEAM单元(续)

● EID ● PID ● GA,GB

内容
单元ID号(整数 > 0) PBEAM, PBEAML, PBCOMP或PBMSECT属性卡片的ID号 连接节点ID 端点A的向量v分量,测量端点A的偏置点, 与GA位移坐标 节点Id提供X1, X2和X3 方向向量和偏置向量

● X1,X2,X3

系平行 ● G0 ● OFFT

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S4-92

BEAM单元(续)

● PA,PB ● W1A,W2A,W3A

内容
梁两端A和B的Pin flags (在单元坐标系)

W1B,W2B,W3B 偏置分量, 在节点A和B处的位移坐标系测得,从节 点到剪切中心站端点(实数或空)
● SA,SB

A和B端的Scalar 或节点id号。这些点的自由度是翘

曲变量dq/dx

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S4-93

BEAM单元(续)

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S4-94

BEAM 属性

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S4-95

BEAM 属性 (续)
域 PID MID A(A) I1(A) I2(A) I12(A) 内容 属性 ID 号 材料 ID 号 端点 A 处的截面面积 端点 A 处梁截面在平面 1 的面惯性矩 (关 于单元 Z 轴) 端点 A 处梁截面在平面 2 的面惯性矩 (关 于单元 Y 轴) 端点 A 处面惯性参数 (I1*I2-I12>0) DEFAULT Required Required Required Required Required 0.0

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S4-96

BEAM 属性 (续)
域 J(A) 内容 DEFAULT 0.0 0.0 端点 A 处的扭转刚度常数 (如果出现翘曲, J>0) (实数) NSM(A) A 端单位非结构质量 (实数)
Ci(A), Di(A), Ei(A), Fi(A)

SO

A 端应力数据恢复位置(单元 Y 和 Z) at (实 0.0 数) Required 应力输出项 (BCD) YES = 点 C,D,E,F 处的应力恢复 YESA = 带相同 y,z 位置的应力恢复 NO = 无应力输出

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S4-97

BEAM 属性(续)
域 X/XB
A, I1, I2, J, NSM

内容 单元坐标系下(X)到 A 端距离除以 长度 (XB) 当前截面属性

DEFAULT Required See following pages 1., 1. 0., 0.

Ci, Di, Ei, 当前截面地应力计算 Y,Z (单元坐标系) Fi

K1, K2 S1, S2

平面 1 和平面 2 的剪切应力因子 锥度导致的平面 1 和平面 2 的剪切释放系 数

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S4-98

BEAM 属性 (续)
域 NSI(1), NSI(2)
CW(A), CW(B)
N1(A), N2(A), N1(B), N2(B) M1(A), M2(A), M1(B), M2(B)

内容

DEFAULT

端点 A 和 B 处单位长度的非结构质量关于 0., same as end A 非结构质量重力中心的惯性距 (实数) 0., same 端点 A 和 B 的翘曲系数 (实数) as end A 端点 A 和 B 处中性轴的 Y 和 Z 坐标(偏 0., same as end A 置) 端点 A 和 B 处的非结构质量重力中心的 Y 0.0, same as end A 和 Z 坐标 (偏置)

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S4-99

BEAM 属性 (续)
● A(I), J(I), I1(I), I2(I), I12(I)
● 这些属性需定义为端A (除了 I12, 它的默认值为0.0) ● 默认情况, 端B与端A的属性相同 ● 除非属性定义的是中间的截面, 这些属性将线性地插入到端A

到端B之间。

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S4-100

BEAM 属性 (续)
● 锥度引起的剪力释放系数(S1, S2)
● 剪力释放因子是考虑了梯形梁情况,锥度维持了剪切载荷的一部分,这种情况

说明如下:

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S4-101

BEAM 属性 (续)
● 锥度大的锥形梁剪切系数值能够维持整个力矩载荷可以表达

为:

● 有关其它消息 , 请查看 MSC/NASTRAN Reference Manual,

5.2.1节.

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S4-102

BEAM 属性(续)
● 截面翘曲-系数 CW(A), CW(B) ● 截面非闭合情况,如channels, 承受扭转和弯曲,横向载

荷在任意位置都起作用除了截面地剪切中心。
● 扭转造成截面翘曲因此截平面不再是平面, 并因此, 产生了

轴向应力. 这种情况可以通过梁关于剪力中心轴的扭转微 分方程表示 (下页说明)

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S4-103

BEAM 属性 (续)
● 截面翘曲 – 系数 CW(A), CW(B)

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S4-104

BEAM 属性(续)
● 截面翘曲- 系数 CW(A), CW(B)
● 注意: 翘曲常数Cw 的单位是(长度)6. 微分方程的开发和翘曲

常数的数值分析方法可以在许多书籍中找到. (如, Timoshenko and Gere, Theory of Elastic Stability, McGraw Hill Book Company, 1961. Also see Roark & Young, Formulas for Stress and Strain, for values for different sections)

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S4-105

BEAM 属性(续)
● 中性轴从剪切中心偏置 (N1, N2)

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S4-106

BEAM 属性(续)
● 中性轴从剪切中心偏置(N1, N2)

● N1和N2允许定义剪切中心和中性轴的偏置

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S4-107

BEAM 属性 - PBEAML
● PBEAML通过使用截面尺寸来定以BEAM单元的属性

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S4-108

BEAM 属性 - PBEAML
域 PID MID Group TYPE 内容 属性 ID 材料 ID 截面组 (默认= "MSCBML0") 截面形状(字符: "ROD", "TUBE", "L", "I", "CHAN", "T", "BOX", "BAR", "CROSS", "H", "T1", "I1", "CHAN1", "Z", CHAN2", "T2", "BOX1", "HEX", "HAT", ―HAT1‖ and ―DBOX‖ for GROUP="MSCBMLO") 端 A 和端 B 的截面尺寸. (实数 > 0.0 当 GROUP="MSCBMLO") 单位长度的非结构质量

DIMi(A)… DIMi(B) NSM(A)… NSM(B)

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S4-109

BEAM 属性 - PBEAML (续)
域 SO(j) 内容 为截面 (j)的应力输出请求选项 YES = 该截面处应力恢复 NO = 该截面处无应力输出 从端 A 到中间截面(j)的距离除以单元长度 截面(j)处单位长度的非结构质量 截面 (j)的截面尺寸

X(j)/XB NSM(j) DIMi(j)

更多信息, 包含截面信息,请参考 MD.Nastran R3 QRG, Bulk Data Entries
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BEAM 单元输出
● BEAM 单元力和力矩

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S4-111

BEAM单元输出(续)
● 平面1的力和力矩 :

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S4-112

BEAM 单元输出(续)
● 平面2的力和力矩 :

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S4-113

CBEAM 例
● 创建悬臂梁模型

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S4-114

CBEAM 例 (续)

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S4-115

CBEAM 例 (续)
● 材料属性:
● E = 30.+6 ● u = 0.3 ● Yield stress = 36000. ● G = calculated by program

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S4-116

CBEAM例 (续)
● BEAM单元输入数据

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S4-117

CBEAM 例 (续)
● 改变BEAM属性的输入数据

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S4-118

CBEAM 例 – 输出

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S4-119

CBEAM 例 – 输出 (续)

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S4-120

CBEAM 例 – 输出 (续)

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S4-121

带中间输出的BEAM单元
● 下面我们创建一个BEAM单元,在 0., .25, .5, .75和1.0倍长度有

输出请求 (使用与前面相同的截面)

● 注意: 节点 202在Y平动方向约束, 但X平动方向释放
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带中间输出的BEAM单元 (续)
● PBEAM卡带中间输出

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S4-123

带中间输出的BEAM单元 (续)
● PBEAML卡带中间输出

1
PBEAML 1 4.

2
1 6. .5

3

4

5
BAR YES

6
.25

7

8

9

10

YES

YES YES 1.0

.75

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S4-124

带中间输出的BEAM单元– 结果 (续)

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S4-125

带中间输出的BEAM单元– 结果 (续)

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S4-126

带中间输出的BEAM单元(续)

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S4-127

2维单元– 板和壳
● 板和壳- 背景

● 定义: 平面(或壳) 代表的是一个小尺寸和两个大尺寸的结构

单元。 ● 平面和壳单元被用于薄板建模。薄板的定义是厚度小于第二 个长尺寸的1/15左右。

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S4-128

2维单元– 板和壳(续)
● 板和壳- 背景 ● 线性分析中, MD Nastran平面单元采用经典的薄板行为假设
● 中面的变形相对于板厚是很小的 ● 弯曲时中面仍然无应变发生 (这也适用于侧面载荷,而不适用于面载

荷). ● 弯曲时中面的法向不发生变化

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S4-129

2维单元– 板和壳(续)
● 板和壳 – 背景
● 一个重要的特征是板和壳单元没有面内的转动刚度。因此,

如果BAR或BEAM单元与板壳单元相连,模型需要特别处理。

● 基本壳理论参考:
1. Theory of Plates and Shells, by S. Timoshenko and S. WoinowskyKrieger, 2nd ed., McGraw Hill, 1959

2. Stresses in Plates and Shells, by A. C. Ugural, McGraw Hill, 1981
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S4-130

NASTRAN 中的二维单元
● TRIA3

三节点等参三角形单元,通常用在网格过渡 区域。可能在膜应变作用下引起额外的刚度。strain.

四节点等参四边形单元,对单元形状的不规则 性要求不高,即使单元的锥度达到45度,也能获得好的结 果。 ● TRIA6 6节点等参三角形单元,用在曲率变化区域。
● QUAD4

● QUAD8

8节点等参四边形单元,用来模拟曲率变化的 壳元,例如缸体cylinder。 QUAD4 对双曲率变化的部件能 够获得更好的结果,例如 球体。

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S4-131

NASTRAN 中的二维单元(续)
● SHEAR

四节点可承受剪力、相邻节点间的拉力。用来模 拟薄加筋板(壳)的模拟,如飞机的薄蒙皮板。

● TRIAR

三节点等参三角形单元,相对于QUADR,具有R3

刚度。
● QUADR

四节点等参四边形单元,在模拟平面内弯曲现象 时,结果对单元形状的更加不敏感,具有R3方向刚度。

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S4-132

四节点等参四边形单元
QUAD4 是最普通的一种重用平板单元。 每个单元有4个节点。 它能够承受面内和面外载荷。 它具有模拟平面应变或平面应力行为。 其单元刚度阵能够考虑横向剪切柔性和膜弯曲耦合效应。 在面内惩罚刚度项,系统默认设置 PARAM,K6ROT,100. ( 在第五章进行详细的讨论) ● PARAM,SNORM,20. 是系统默认设置(在第五章进行详细 的讨论)
● ● ● ● ● ●

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S4-133

四节点等参四边形单元(续)

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S4-134

四节点等参四边形单元(续)
● 单元内力输出定义如下:
● Fx,Fy ● Fxy ● Mx,My ● Mxy ● Vx,Vy

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h

● 单元应力输出包括:
● 引力分量: sx, sy, txy, (默认设置在单元中心-可选项,在节点处)

● 内力、力矩和应力约定见下图。

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S4-135

四节点等参四边形单元单元力、力矩和 应力约定

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S4-136

四节点等参四边形单元单元力、力矩和 应力约定(续)

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S4-137

QUAD4 单元定义
● 输入格式

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S4-138

QUAD4 单元定义(续)
名称 内容
EID 单元标识号 (整数> 0) PID 性质卡PSHELL 或者PCOMP 标识号 G1,G2,G3,G4 节点标识号 (四边形所有内角都必须小于180?) q 材料性能定向角(以角度表示,实数,缺省值为0.0. 其中参考基准为单元坐标系)

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S4-139

QUAD4 单元定义(续)
符号 内容 Tflag 整数标识,提示后面Ti T1,T2,T3,T4 单元节点G1至G4处的膜厚度(实数大于等于0,或空白, 不能全为零
ZOFFS 节点面至单元参考面的偏离(实数)

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S4-140

QUAD4 单元坐标系
● 单元坐标系
● 基于节点连接顺序和位置建立 ● 在定义单元承受压力载荷时,标识正方向

● 在定义复合材料时使用
● 用来解释单元输出的内力和应力结果 (单元输出默认值为基于单元坐标

系输出)

● 看下面图示

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S4-141

QUAD4 单元坐标系(续)

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S4-142

QUAD4 单元坐标系(续)
● 单元x-轴平分角 2a. 正向为从G1 到 G2。 ● 单元 y-轴垂直于x-轴,且位于y G1, G2, G3, 和 G4定义的平

面内。正向为从 G1 到 G4。
● z-轴垂直于 x-y 平面,正方向为沿节点连接方向按照右手定

则。

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S4-143

QUAD4 单元属性定义
● 定义 PSHELL, PCOMP (复合材料), PCOMPG (复合材料) 或

者PLPLANE (非线性属性) 卡片。
12I/T3

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S4-144

QUAD4 单元属性定义
符号 PID MID1 T MID2 12I/T3 内容 属性标识号 材料标识号,描述单元膜行为(整( > 0 或者空白) 壳或膜厚度 材料标识号,为单元弯曲行为。 (整数 > 0 或空白MID2 = -1 标识平面应变) 弯曲刚度参数(整数>0;缺省值为1)

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S4-145

QUAD4 单元属性定义(续)
符号 MID3 TS/T 内容 材料标识号,描述单元横向剪切行为
(整数 > 0 或 空白)

横向剪切厚度与膜厚度之比
(默认值default = .833333)。

NSM Z1,Z2

单位面积非结构质量 (实数) 用于弯曲计算的至中性面的距离。
(实数或空白 Z1 = -1/2 厚度, Z2 = +1/2 厚度)

MID4

薄膜-弯曲耦合的材料标识号(整数>0或 空白)。

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S4-146

QUAD4 单元属性定义(续)
● QUAD4 单元可以为膜元、弯曲元以及耦合单元,单元的特性

是由PSHELL卡的适当字域的材料ID好的存在与否来控制的。
● 作为膜元,仅填 MID1

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S4-147

QUAD4 单元属性定义(续)
● 作为弯曲元,仅填MID2

● 模拟弯曲元和横向剪切柔性,用 MID2 和 MID3

● 注意: 如果MID1是空白,系统将不进行质量计算

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S4-148

QUAD4 单元属性定义(续)
● 使用MID3 在单元刚度计算中包含剪切影响(例如包含横向剪

切柔性)

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S4-149

QUAD4 单元属性定义(续)
● 对于同质的实体平板单元, MID1, MID2, 和 MID3 应参考同

一材料 ID
● MID4:

MID4 字域 (弯曲和膜行为耦合) 应该定义如果 单元的截面是不对称时。默认是空白=对称截 面。

● 更多的MID4信息, 参考 the MSC Nastran Common

Questions and Answers.

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S4-150

QUAD4 单元属性定义(续)
● 总结,MID字域空白代表意义:
● MID1 ● MID2 ● MID3 ● MID4

无膜效应或耦合刚度或无质量 无弯曲行为, 耦合效应,无横向剪切刚度 无横向剪切柔性 无弯曲-膜效应耦合

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S4-151

QUAD4 例子

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S4-152

QUAD4 例子(续)

注意:面内转动是 x-y 平面,定义约束。
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QUAD4 例子(续)
DISP = ALL ? 输出所有节点的位移

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S4-154

QUAD4 例子(续)
Force = All ? 单元内力输出在中心点(默认)

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S4-155

QUAD4 例子(续)
Stress = ALL ? 单元应变输出在中心点(默认)

-

sHVM = [(3.024E6)2 – (3.024E6)(2.268E5) + (2.268E5)2] ? = 2.917E6

STRESS(BILIN) = ALL ? 单元应力在中心点计算,后外插到4个节点位 置 NAS101, Section 4, August 2008
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QUAD4 例子(续)

STRAIN(BILIN,FIBER) = ALL ? 单元应变在在上下表面中心计算, 加外插值到4个节点。

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S4-157

QUAD4 其他定义
● PCOMP 卡用来定义具有同一材料方向的复合材料。PCOMP包含的材料

信息包括厚度、方向和每层的材料标识号。这些信息被用来计算Nastran 中的PSHELL信息,
● 特 殊 的 , 当 PCOMP 选 项 被 定 时 , 可 以 定 义 每 层 输 出 , 输 入 Nastran

prtpcomp=1 系 统 将 输 出 “ .Dat 文 件 , 同 时 ―echo=sort‖ 将 输 出 等 效 PSHELL属性和 MAT2 卡片.
● 参考 MSC Nastran Reference Manual 中关于Nastran复合材料的进步信

息。

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S4-158

● 现在,执行Workshop 5

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S4-159

QUADR/TRIAR 单元
● 在2004, 一种新型单元 QUADR/TRIAR 单元被引入

● 与老的QUADR/TRIAR 单元相似, 该单元具有法向转动

刚度
● 转动载荷的传递正确

● 新QUADR/TRIAR 单元具有如下性质:
● 包含微分刚度矩阵(支持 SOL105) ● 支持复合材料 ● 能够模拟膜-弯曲耦合行为

● 在曲率变化区域能够正确模拟
● 支持热传递

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S4-160

QUADR/TRIAR 单元(续)
● 允许平移, (壳的法向将被关闭,否则将得到错误结果) ● ● ● ●

PARAM,SNORM,0.0 必须被指定。 为转动刚度,转动质量必须应用 (param,coupmass,1) 支持 SOL 200 支持通用载荷定义,包含边载荷 (PLOAD4) 新 QUADR 包含 QUAD4的所有能力.

● 自 MD Nastran R2 开始,QUADR/TRIAR 支持非线

性能力

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S4-161

QUADR/TRIAR 单元(续)
应用边载荷
● 利用PLOAD4,边载荷可以施加到 QUADR 和TRIAR 单元

PLOAD4

SID CID

EID N1

P1 N2

P2 N3

P3 SORL

P4 LDIR

G1

G3 or G4

● SORL—SURF 或 LINE
● SURF—作用载荷为面载荷,作用在单元面(默认) ● LINE—恒定载荷施加在单元边上

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S4-162

QUADR/TRIAR 单元(续)
应用边载荷(续)
● 载荷方向通过位移坐标系 (CID, N1, N2, N3)或LDIR方式定

义. 如果二者同时定义,将出现Fatal信息。
● LDIR—X, Y, Z, 角度, 或法向
● X,Y, Z—作用在单元上的载荷方向,x,y, 或 z 方向 ● TANG—作用载荷与单元边所成角度,依赖单元连接关系 ● NORM—作用在边的法向方法,向外(默认)。

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S4-163

膜行为(面内载荷)
● 对于膜行为, QUADR单元性能总体上比 QUAD4好—

特别在非矩形单元形状下。

简支梁顶端位移正则化
单元类型 长方形 锥度 平行四边形

QUAD4
QUADR
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0.9929
0.9926
S4-164

0.0515
0.9613

0.6232
0.9491

比较 QUAD4 和 QUADR 结果的一般准则
● 当比较QUAD4 和QUADR结果时,请先检查一下选项


● 对无边界条件点,R3 自由度应该是自由的。 ● 检查 spc, spc1, Grid节点定义的第八字域和grdset 卡片 ● 对于对称边界条件,超过一个转动自由度需要约束。

● 在载荷加载点和边界约束点的应力不应该比较,因为,他们

是理论上的奇异点。 ● 对与重力载荷,耦合质量 (param,coupmass,1) 应保证使用, 以获得正确的等效节点力。 ● 对QUADR,线载荷 pload4 应该被使用,以获得正确的、一 致性的载荷。

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S4-165

实体单元
● 常用实体单元:
● 五面体单元 PENTA (6-15 节点) ● 六面体单元 HEXA (8-20 节点) ● 四面体单元 TETRA (4-10 节点)

注意 – 任意的或所有的中间节点 可能被删除。
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实体单元(续)
● HEXA – 六面体单元
● 是被推荐为常用单元。在单元是倾斜的和当以弯曲特性为主的情况下,六面

体单元的精度会降低。在大多数情况下,该单元比其他三维单元的特性要好 的多。

● PENTA – 五面体单元
● 通常用于网格过渡区域。该单元被设计用来模拟薄壳行为。如果三角形面不

和壳单元表面相连,将过刚度问题。

● TETRA - 四面体单元
● 通常用于填充不完全形状的孔,有时在用HEXA 和 PENTA 单元做模型时会

出现这种情况。除非 完美形状(―perfectly-shaped‖), 四节点TETRA 不被 推荐用来做连续体大部分离散模型。10节点TETRA提供更好的精度。

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S4-167

实体单元(续)
● 体单元仅包含平移自由度,不包含转动自由度

● 因此,任何连接到实体单元,企图传递扭转的地方,都需

要特殊建模。 ● 例如,一个平板单元连接到实体单元,形成转动副( ―piano-hinge‖),除非特殊的建模方法被使用 (RSSCON 卡片处理实体与壳单元之间力矩的传递) ● 如果简单梁或复杂梁单元被连接到一个实体单元, 无论是 否在BAR 和 BEAM的球铰字域上设置实际上在该连接点处 建立了一个球铰 (―pinned‖) (一个 RBE3 单元能正确传 递力或者力矩到实体单元)。

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S4-168

实体单元(续)
● CHEXA –六面体单元
● 连接8到20个节点 (从更精确的结果考虑,8 或者 20 是推荐的) ● 输出应力分析包括: sx, sy, sz, txy, tyz, tzx (在单元中心处) ● 刚度矩阵只包含移动项 ● 能够使用各向同性和各向异性材料

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S4-169

实体单元(续)
● CHEXA -

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S4-170

实体单元(续)
● CHEXA -

EID = 单元标识号 PID = Psolid属性卡标识号 G1…G20 = 连接点标识号 (以上页显示顺序输入)

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S4-171

实体单元(续)
● CHEXA - 单元坐标系
● 决定实体单元的单元坐标系是非常复杂。 ● 具体的方法描述可以参考QRG。 ● 默认的,实体单元应用的输出是基于材料坐标系 (默认为 = BASIC)。

● PSOLID中可以指定单元输出坐标系 (CORDM)。

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S4-172

实体单元(续)
● CHEXA - 属性 - PSOLID 卡片
● 实体单元属性通过PSOLID卡片定义

● PID = 属性卡标识号 ● MID = 材料标识号(执行MATi 卡)

● CORDM = 材料坐标系标识号(默认值=0)。如果,你项使用单元坐标

系,设置这个值为-1. ● 另外一些选项是更高级的属性。

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S4-173

实体单元(续)
● CHEXA - 输出
● 应力的6个分量是基于材料坐标系输出的,该材料坐标系通过PSOLID

卡片上的CORDM字域定义 (默认值=BASIC 坐标系)。 ● 额外的输出包括,三个主应力的大小和方向,平均压力、八面体应力 (第四强度理论)。 ● 上述应力选项可以在单元中心点,也可以在单元节点输出。 参考 MSC Nastran Reference Manual and MSC Nastran Linear Static Analysis User’s 了解更多实体单元信息。

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S4-174

实体单元-案例

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S4-175

实体单元-案例(续)


作用在实体单元上的载荷通过PLOAD4 卡片定义

● Inertia Tensor

● SID = 载荷标识号
● EID = 单元标识号 ● P1-P4 = 在各个节点上的压力值 (默认选项P1 = P2-P4)

● G1 = 载荷面上的一个节点
● G3 = 载荷面上的另外一个节点,与G1一起定义载荷的正方

向。
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实体单元-案例(续)
● PLOAD4 卡片(续)

● CID = 方位向量的坐标系标识号 ● N1, N2, N3 = 基于 ( CID) 坐标系定义的方位向量,决定载荷

方向 ● 默认, 载荷方向是向内压为正
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S4-177

实体单元-案例(续)

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S4-178

实体单元-案例(续)
SOL 101 CEND TITLE = SOLID EXAMPLE DISP = ALL STRESS = ALL LOAD = 1 BEGIN BULK CHEXA 6700 1 +CH1 6713 6714 GRID 6701 GRID 6702 GRID 6703 GRID 6704 GRID 6711 GRID 6712 GRID 6713 GRID 6714 MAT1 1 30.E6 PLOAD4 1 6700 PSOLID 1 1 ENDDATA

6701 0. 10. 10. 0. 0. 10. 10. 0. 8.

6702 0. 0. 10. 10. 0. 0. 10. 10. .3 8.

6703 0. 0. 0. 0. 10. 10. 10. 10. 8.

6704

6711 123456 23456 3456 3456 456 456 456 456

6712

+CH1

8.

6711

6713

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S4-179

实体单元-案例(续)

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S4-180

实体单元-案例(续)
● 输出校验
● p = 压力= 8.0 psi ● sz ● po ● sn

= = =
?

最大主应力 = P= -8.0 psi 平均压力(静水压力) = 2.667 psi von Mises 应力
1 ?s x - s y ?2 ? ?s y - s z ?2 ? ?s z - s x ?2 ? 6t yz 2 ? 6t xy 2 ? 6t xz 2 1/ 2 2 1 ?64 ? 64?1/ 2 ? 8.0 psi ? 2

?

?

● von Mises 与八面体应力的关系:
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S4-181

实体单元-案例(续)
● 现在,请执行 Workshop 6

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S4-182

复合材料
● 介绍 Nastran的复合材料方法
● 使用经典的复合材料理论 ● 在复合材料建模只能够,支持 CQUAD4, CTRIA3, CQUADR, and








CTRIAR等单元类型 不推荐用CQUAD8 和CTRIA6 进行复合材料行为模拟,因为它们的刚 度是基于单元形状和节点连接顺序。参考 第三个评论 QRG, CQUAD8 属性卡。 后处理特性包括应力或者应变恢复,需要到不同的材料层。 失效提示和强度系数可针对每层复合材料进行评估。 专门培训为(A Composite Analysis seminar is available, NAS113)

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S4-183

复合材料(续)
● 复合材料基本知识
● 每一层叫做叠层 ● 主材料轴是平行或垂直与纤维方向。 ● 纤维方向,纵向或第一方向 ● 基体方向,横向或第二方向 ● 每个一个叠层包含不同纤维分布、方位的一种排列方式,以获得

想要的强度和刚度属性。 ● 不同层的纤维被相同的基体材料粘接在一起。 ● 每个单独的叠层是一个平面应力问题。 ● 整个复合材料被假定有理想的单层粘接在一起组成。

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S4-184

复合材料(续)
● Nastran中的复合材料定义:
● PCOMP: 定义复合材料属性 ● 定义n个基层的复合材料

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S4-185

复合材料(续)
名称 PID Z0 NSM SB FT TREF GE LAM MIDi Ti THETAi SOUTi 内容 属性标识号(整数>0) 参考面至底面之矩,实数 单位面积非结构质量,实数 胶接材料允许剪应力 失效理论(HILL准则, HOFF, TSAI, or STRN) 参考温度,实数 结构阻尼系数 叠层排列方式识别码 (控制对称和刚度计算) 不同层的材料标识号ID,各层是以底层为1依次定义的。 (整数> 0 或者空白) 每铺层的厚度 每层纵向与单元材料轴的夹角(实数) 应力或者应变输出请求

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S4-186

MAT8


定义二维正交异性材料。
弹性模量是 E1, E2, NU12, G12, G1Z, G2Z. 允许值为 Xt, Xc, Yt, Yc, S. 如果STRN=1.0 ,结果中输出应变值 F12 是Tsai-Wu 理论中的交互项 热膨胀系数是A1 和 A2 MAT8 TREF 的参考温度是不需要填写,因此,该温度被 PCOMP 中的参考 温度覆盖 ● 密度是 RHO ● MAT8 中的结构阻尼GE是不需要填写的,因此该属性被 PCOMP中的 GE属 性覆盖
● ● ● ● ● ●

● 下面是环氧树脂材料案例
1 MAT8 MAT8 2 MID 1 A1 -2.3-7 GE 3 E1 20.+6 A2 4.5-6 F12 STRN 4 E2 2.+6 TREF 5 NU12 0.35 Xt 1.3+5 6 G12 1.6+6 Xc 1.2+5 7 G1Z 1.6+6 Yt 1.1 +4 8 G2Z 1.6+6 Yc 1.2+4 9 RHO 1.3-4 S 1.25+4 10

.bdf 文件格式
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mat8, 1, 20.+6, 2.+6, 0.35, 1.0+6, 1.0+6, 1.0+6, 1.3-4,+ +, -2.3-7, 4.5-6,, 1.3+5, 1.2+5, 1.1+4, 1.2+4, 1.25+4

S4-187

复合材料输出
● 复合材料输出包括:
● 层应力或应变 ● 包含近似层内剪切应力 ● 失效标识

● 强度因子
● 单元内力 ● 单元应变

● 支持下列求解序列:
● 静力学 (SOL101) ● 正则模态 (SOL103) ● 非线性静力学 (SOL106)

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S4-188

复合材料(续)
● 现在,请执行 Workshop 12 (可选的,复合材料练习)

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S4-189

载荷卡片
载荷类型
直接作用在节点上的力载荷 直接作用在节点上的矩载荷 作用在比例点上的载荷 (SPOINTs) 作用在一维单元上的载荷 作用在面上的压力和拉力载荷 重力载荷 变化加速度 离心力和角加速度载荷 温度载荷 作用在一维单元上的强迫运动 作用在节点上的约束和强迫运动 载荷的线性组合

载荷卡片
FORCE, FORCE1, FORCE2 MOMENT, MOMENT1, MOMENT2 SLOAD PLOAD1 PLOAD, PLOAD2, PLOAD4, PLOADX GRAV ACCEL, ACCEL1 RFORCE TEMP, TEMPD, TEMPP1, TEMPRB (plus coefficient of thermal expansion) DEFORM SPC, SPCD LOAD

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S4-190

载荷卡片(续)
● 参考MSC Nastran Linear Static Analysis User’s ,为载荷定

义的详细介绍。
● 参考MSC Nastran Reference Manual 第七章查阅Nastran支

持的所有载荷类型。

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S4-191

力和矩卡片
● 在Nastran中,有三种定义力和力矩方法
● 三种定义力的方法中,不同之处在于力方向的定义
● FORCE 通过分量的方式定义 ● FORCE1 使用2个节点,不必在载荷施加点上

● FORCE2 定义向量,该向量是有两个向量叉乘得到

● 三种定义力矩的方法,与定义力的方法相似

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S4-192

力和矩卡片(续)

● SID = 载荷标识号

● G = 节点标识号
● CID = 定义节点使用的坐标系 ● F 或 M = 比例因子 ● N1, N2, N3 在 CID中的分量 (应用载荷 = scale factor * vector)

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S4-193

力和矩卡片(续)
● 应用载荷

=

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S4-194

分布载荷-- PLOADi
● PLOAD


● PLOAD1 ● ●

定义作用在三角形面或四边形面上的均布压力载荷 推荐定义在节点上,而不上面上





定义作用在一维单元上的集中和线性分布载荷 PLOAD2 定义作用于二维面上的均布压力 PLOAD4 定义作用在二维或三维面上的分布压力载荷、作用 在面内的拉力(推力)载荷,同时,在 QUADR/TRIAR中支持定义边载荷。 PLOADX 定义作用 TRIAX6单元上的线性变化载荷 应用方向看下表

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S4-195

分布载荷– PLOADi(续)

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S4-196

PLOAD1 卡片

● SID = 静态载荷标识号 ● EID = 单元标识号 ● TYPE = 载荷类型描述
● FX,FY,FZ,MX,MY,MZ = 载荷基于 BASIC 坐标系定义 ● FXE, FYE, FZE, MXE, MYE, MZE = 载荷基于单元坐标系定义

● SCALE = 决定X1和 X2 之间载荷分布形式
● ● ● ●

LE = 实际长度,定义载荷起始点 FR = 比例长度,定义载荷起始点 LEPR = 投影长度,定义载荷起始点 FRPR = 先做投影,后开始比例长度定义载荷起始点

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S4-197

PLOAD1 卡片(续)

● X1, X2 = 是从单元一端,A节点开始载荷 (X2 可以是空白

,或者实常数)
● P1, P2 = 作用在X1 和 X2处的载荷比例因子

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S4-198

PLOAD1 卡片- 例子

● 定义如下图示载荷:

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S4-199

PLOAD1 卡片- 例子

● 定义如下图示载荷:

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S4-200

PLOAD1 卡片- 例子

● 定义集中载荷(因X2、P2是空白)

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S4-201

PLOAD1 卡片- 例子

● 定义投影载荷: ● 总载荷= 100*50=5000lb

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S4-202

● 现在,执行 Workshop 7

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S4-203

载荷组合卡片
● LOAD 卡片允许你融合多个载荷卡片形成单个载荷集 ● 如果你组合GRAV 或RFORCE和其它(没有使用SUBCOMs

卡片),这是唯一的方法。
● GRAV 必须有自己独一无二的id

● LOAD 卡片在执行控制段白LOAD 命令选取

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S4-204

载荷组合卡片

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S4-205

载荷组合卡片

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S4-206

组合载荷- 组合工况卡片
● SUBCOM 命令用来产生先前定义工况的线性组合 ● 每个subcase的比例因子SUBSEQ 卡片定义:
● SUBSEQ 1.0,1.0,1.0
● 这个工况将组合上面3个工况, 每个工况的比例因子1.0

● 例如, 假定2个工况创建独立的载荷,每个工况有自己的工

况 。现在,假定第3个工况是前2个工况的线性组合。组合 下一页演示。

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S4-207

组合载荷- 组合工况卡片

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S4-208

组合载荷- 组合工况卡片
● 对上面的显示, SUBCOM43输出如下:

● SUBCOM4 输出如下:

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S4-209

● 现在,请执行Workshop 8

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S4-210

零维单元
● CELAS1, CELAS2, CELAS3, CELAS4, CBUSH, CBUSH1D
● CELASi 单元连接2个自由度,其中一个可以是节点,零位一

个接地
● CBUSHi 单元连接二个节点之间从1 到 6 自由度. CBUSH1D

有1个自由度,像杆单元一样. ● 力分析: 轴力 P 或者 矩 M ● 位移分析: 轴向移动位移 u or rotation q

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S4-211

零维单元(续)
● CELAS1

连接2个点,点可以是节点、比例点、或者同时是 比例点或者节点,同时,参考一个属性卡。 连接2个点,点可以是节点、比例点、或者同时是 比例点或者节点。不用参考属性卡

● CELAS2

● CELAS3
● CELAS4

连接2个比例点,需要参考属性卡
连接2个比例点,不需要参考属性卡

● CBUSH

连接2个节点,避免CELASi单元接地问题,可以 连接1到6个自由度。

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S4-212

零维单元(续)
● CBUSHi 比例单元中的推荐单元
● 它避免了潜在的接地问题,该问题当定义弹簧节点不重合时产生。 ● CELASi 单元直接查相关刚度矩阵,没有考虑相应的几何或位移坐标

系。
● CBUSHi 可以正确地考虑几何或位移坐标系的影响。
参考MSC Nastran Linear Static Analysis User’s Guide 和MSC Nastran Reference Manual 为更
多的比例单元的信息.

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S4-213

零维单元(续)
● CBUSH - 定义广义的弹簧-阻尼结构单元,该单元具有

频变或者非线性特性。

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S4-214

零维单元(续)
CBUSH -

符号 EID PID GA, GB

内衣 单元标识号 (整数 > 0) PBUSH卡片属性标识号 (整数 > 0; 默认值 =EID) 连接节点标识号 (整数 > 0)

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S4-215

零维单元(续)
CBUSH Xi
定义方位向量的分量,自GA开始,基于GA的 位移坐标系定义。 可选方法,通过指定节点GO定义方向向量,该 方向向量的方向由GA 到 GO确定。 单元坐标系标识号,0表示基本坐标系。如果 CID为空,则单元坐标系决定于GO或Xi。

GO

CID

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S4-216

零维单元(续)
● CBUSH -

弹簧-阻尼位置 (实数; 默认值=0.5) ● OCID 弹簧-阻尼单元偏移的坐标标识号 (整数; 默认 =-1, 代表单元坐标系) ● S1, S2, S3 弹簧-阻尼单元在 OCID 坐标系中的偏置分析, 如果OCID 大于等 于0时起作用。
● S
NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation S4-217

零维单元(续)
PBUSH - 定义广义弹簧-阻尼结构单元名义属性

名称 PID “K” Ki )

内存 属性标识号(整数 > 0) 指示下面的 1 到 6 是刚度值的字域 (整形) 从1到6方向的名义刚度值(实数,默认值为零

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S4-218

零维单元(续)
PBUSH - 定义广义弹簧-阻尼结构单元名义属性

名称 “B”

内容 指示下面的 1 到 6 是阻尼值的字域 (整形)

Bi

以单位速度力为单位的名义阻尼 (实数; 默认值 =0.0)

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S4-219

零维单元(续)
PBUSH - 定义广义弹簧-阻尼结构单元名义属性

名称 “GE” GE1

内容 指示后续域是结构阻尼的标志(字符型) 名义结构阻尼常量(实数,默认值=0)

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S4-220

零维单元(续)
名称 “RCV” SA ST EA ET 内容 指定后面1到4域是应力或应变系数的标志(字符 型) 从1到3平动分量的应力恢复系数(实数,默认值 为1.0) 从4到6转动分量的应力恢复系数(实数,默认值 为1.0) 从1到3平动分量的应变恢复系数(实数,默认值 为1.0) 从1到3平动分量的应变恢复系数(实数,默认值 为1.0)

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S4-221

● 现在,请执行Workshop 9

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S4-222

焊接单元
● 尽管最初打算做点焊单( ―spot weld‖ ), 但是实际上the

CWELD 是一种连接单元(―connector‖, 并不是焊接单元的简 化。 ● 允许你进行点对点(point to point)、点对片(point to patch )、片对片(patch to patch)连接。 (ELEMID, ELEMPAT, PARTPAT) ● 可能的使用场合包括:
● 点焊联接 ● 螺栓联接 ● 螺杆联接 ● 铆接等

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S4-223

点焊联接类型

point to point

point to patch

patch to patch

n

要求网格近似的一致、协调

不一致、协调的点-面联接 不一致的网格区域联接 (对焊点建模,此方式不推荐使 (推荐联接方法) 用)

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S4-224

焊点单元的内部表示
点焊
● 简单梁单元类型,基于焊点直径和长度生成拉压、弯曲、扭转

刚度,节点自由度12。
● 联接型点焊
● 基于壳法向方法点对点联接(不包括扭转刚度) ● 点对片或片对片联接产生Kirchhoff 约束(6 or 2x6 约束)

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S4-225

点焊中的片联接
内插值对平动自由度
?u ? ?u ? ? ? ? ? ? v ? ? ? N I ?? A , ? A ? ? ? v ? ? w? ? w? ? ?A ? ?I

z GA4 GA y GA3 x GA1 GA2

Kirchhoff 约束对转动自由度
q xA ?
?w ? ? N I , y ? wI ?y ?w ? - ? N I , x ? wI ?x

q yA ? -

q zA ?

1 ? ?v ?u ? 1 ? - ? ? ?? N I , x ? v I - ? N I , y u I ? 2 ? ?x ?y ? 2

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S4-226

结果输出
mx fx xe
GB

m zB

fz

fy
m yA fy
GA

fx
m yB

轴向力 平面 1内的剪切力 平面 2内的剪切力

fy fz

plane 2

mx 扭矩
ze
plane 1

m yA 在平面 2内,节点 A处的弯矩 m yB 在平面 2内,节点 B处的弯矩 mzA 在平面1内,节点 A处的弯矩 mzB 在平面1内,节点 A出的弯矩

fz
m zA

ye fx

zb

yb xb mx
图片: CWELD 单元坐标系和力、力矩的示意图

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S4-227

点焊联接-对齐方式
●点对点联接,以对齐的方式联接
CWELD EID PID ALIGN GA GB

PWELD

PID

MID

D

n GA upper shell mid surface n GB lower shell mid surface

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S4-228

点焊联接- GRIDID方式定义
CWELD EID GA1 PID GA2 GS GA3 GRIDID GA4 “Q”

PWELD

PID

MID

D

GBi 字域是空白 ? 点对片联接,通过GRIDID定义
n

GS

GA4 GA

GA3

GA1
GA2
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点焊联接- GRIDID方式定义(续)
CWELD EID PID GS GRIDID “QT”

GA1
GB1

GA2
GB2

GA3
GB3

GA4

PWELD

PID

MID

D

GBi 为非空 ? 以GRIDID的方式定义片对片联接
GS GA4 GB3 GA3

GA1

GA2

GB2

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GB1
S4-230

点焊联接—单元ID形式定义
● 片对片联接,以ELEMID形式定义
● 以ELEMID 的形式定义2中壳单元的联接
CWELD EID SHIDA PWELD PID PID SHIDB MID D GS SHIDA MSET SPOT GS “ELEMID”

SHIDA 和 SHIDB是2个单元 标识号

SHIDB
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S4-231

点焊联接-ELPAT
● 片对片联接ELPAT方式 (最大处理 3x3 单元)
● ELPAT格式每片联接单元数目最大为3x3。

CWELD

EID SHIDA

PID SHIDB MID

GS

“ELPAT”

PWELD

PID

D

SPOT

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S4-232

CWELD CONNECTIVITY—PARTPAT
●片对片联接PARTPAT方式 (最大处理 3x3 单元
● PARTPAT格式每片联接单元数目最大为3x3。
CWELD EID PID GS PARTPAT

PSIDA
PWELD PID

PSIDB
MID D SPOT

PSIDA and PSIDB are two property ID numbers of PSHELL entries

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S4-233

CWELD 焊接单元联接
● ●

通过属性( property ids), 壳单元( shell element ids) 或者节点( grid ids),定义片面积和联接位置的方法。 自GS开始,第一步,投影到到壳A和壳B,连接GA’、 GB’,找到连线中心GC’;第二步,自GC’ 开始,分别 向壳A和壳B 做投影,找到GA和GB,连接GA和GB即 为Cweld单元。
GS

Shel lB
GB' GB

GC'

GC

A Shell
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GA

GA'

片对片联接可选项
● ●

在对称的网格下,ELEMID格式可能引起不对称联接, 如下图。 ELPAT 和 PARTPAT联接方式,保证对称联接。
SHIDB
SHIDB

SHIDA Connected elements for format ELEMID
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SHIDA Connected elements for format ELPAT
S4-235

点焊联接方式:ELPAT和PARTPAT


内部, 一个六面体是基于考虑联接面积产生。

GBH4 GBH3 GB GBH1 GBH2

GBi Shell B

D/2 GAH4

D/2 GAH3 a GA
a? ? D 4

GAH4

a
GAH3 GAi

GAH1

GA GAH2

GAH1

a

a

GAH2

Shell A

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S4-236

点焊联接方式:ELPAT和PARTPAT


对于 ELPAT 和 PARTPAT 格式
● ●

对于粗网格,一个点焊单元在一个单元之内。 对于细网格,一个点焊单元最多联接 3x3 单元。

GAi GAH4 GAH3 GAH4 GAH3

GAi

GA GAH1 GAH2 GAH1

GA GAH2

Coarse Mesh
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Fine Mesh

S4-237

点焊 – 单元方法




CWELD是一种简单截面梁(bar),具有法向、剪切、扭 转刚度,这些刚度是基于焊点直径、GA和GB之间联接长 度产生 CWELD 单元自动根据单元长度是否过度长或者短调整单 元刚度
● ●

对于 TYPE=SPOT类型,点焊单元有效长度为 L= 0.5*(TA+TB), 这里 TA 和 TB 是被联接壳的厚度 一般法则,有效长度是基于用户输入的参数 LDMIN和LDMAX自动进行调 整

● ●

如果 (L/D) < LDMIN, 那么L = LDMIN*D 如果(L/D) > LDMAX, 那么L = LDMAX*D 如果 LDMIN< L/D < LDMAX, 那么L = L

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S4-238

点焊单元性能提升
● 建模选项扩展到联接刚性单元、集中质量等,构建不

依赖于网格。
CONM2 RBE2 CWELD SHIDA RBE2 GS CWELD

GS
CWELD SHIDA CWELD

● 使用片对片联接
CWELD EID
SHIDA

PID

GS

“ELEMID”

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S4-239

点焊联接-案例
● ● ● ● ●

案例是简单的壳对壳联接 联接是在3层平行的板壳单元之间进行的 其中一块板壳是一端固定 载荷应用在另一块板的另一端 使用3中不同的方法联接2块板件,其中焊点直径为 0.8。
● ● ●

片对片联接,使用 ELEMID 选项 (选择单元3002 和 4007) 片对片联接,使用ELPAT 选项 (选择单元3002 和 4007) 片对片联接,使用PARTPAT 选项 (选择单元 PSHELL 100 和 200)



节点 GS 位于 (1.5, 1.5, 1.0), 节点 4003 和 5015正上 方。

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S4-240

点焊联接-案例

载荷施加在这条边上

GS 是位于节点 4003 和 5015正上方

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S4-241

点焊联接—ELEMID 选项

对于 ELEMID 选项,之 用单元 3002 和4007 被 点焊单元联接

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S4-242

点焊联接—ELPAT 和 PARTPAT 选项

对于 ELPAT和 PARTPAT 选项,单元 3002, 3003, 4002, 和 4003 被通过点焊单元联 接到 4007, 4008, 4012, 和 4013

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S4-243

点焊联接-案例文件
cweld,1,11,100,elemid ,3002,4007 pweld,11,10,.8 $ GRID 100 $

1.5

1.5

1.0

Pertinent input entries relevant to ELPAT option

cweld,1,11,100,elpat ,3002,4007 pweld,11,10,.8 $ GRID 100 $

1.5

1.5

1.0

Pertinent input entries relevant to PARTPAT option

cweld,1,11,100,partpat ,100,200 pweld,11,10,.8 $ GRID 100 $ PSHELL 100 10 PSHELL 200 10

1.5 .1 .1

1.5 10 10

1.0 1. 1. .833333 .833333

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S4-244

结果比较
● ELEMID选项创建一个非对称联接
● 仅仅只有一个单元被用到

● ELPAT 和 PARTPAT 选项创建一个对称的点焊单元联接
● 2x2 片被用到

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S4-245

比较三种不同建模方法产生的节点力

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S4-246

CWELD – 测试案例
● 与测试结构有很好的一致性 ● 汽车尝试与测试结构比较,显示很好的一致性 ● VW 和Opel 在产品开发中使用Cweld单元

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S4-247

CWELD – 测试案例(续)
Body in White Model from VW
- 3.712 CWELD Elements - 3.562 connecting two parts - 150 connecting three parts
Test Result Old Spot Weld Modeling VW New CWELD Element
Courtesy of VW

Static Torsional Stiffness

Normal Mode Analysis

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Mode I

Mode II
S4-248

Mode III

点焊联接能力
● 处理不一致的网格Handles non congruent meshes ● 处理下列类型的几何:Handles all special cases of

geometry:
● 重合的板壳(零长度)
● 焊点在边或者顶点 ● 垂直的板壳

● 考虑直径(面积)
● 点焊能覆盖 3x3 单元

● 高性能
● 最小化自由度和约束 ● 可选项可以不考虑任何约束

● 自动满足平衡条件 ● 在所有的求解序列中可用
NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation S4-249

点焊联接 – 高级选项

● ● ●

有竞争力的精度和性能
用户截面友好,可以像CBAR单元一样查看单元力 是 fatigue 点焊疲劳模拟的结果输入 可以进行直径、材料等的优化

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S4-250

CFAST 和 CWELD 单元功能增强
联接元(CWELD)自2001版本被引入 ● CFAST 自2005版本被引入

● 另外一些变动相对与前期版本 ● CELAS, CBUSH, MPC, 等.

● ●

GA 和GB 的位移输出现在可以实现
● 现在: SOL 101 和 SOL 103 中使用

DISP(CONNECTOR=m) = n ● GRIDs # 开始 101,000,001 ● 目前在部件超单元分析中不支持

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S4-251

联接方法 – 焊缝单元

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S4-252

缝焊联接好处
● 在汽车车身中,一些部位使用SEAMS ●传统建模方法和工具 ● 难于使用 ● 易于出错 ● 精度不高 ● 需要一致性网格 ●MSC 和 VW 紧密合作开发 ●与白车身试验结果对比有很好的一致性

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S4-253

缝焊单元
● 焊缝是位于2个被联接壳体之 ● 基于GS/GE 点或者 XYZ 坐标系创建 ● SMLN并不决定缝焊的实际形态. 它只是用来做显示用 ● 最多联接64个节点

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S4-254

缝焊单元(续)
● 联接片可以通属性标识号( IDs)或者壳单元标识号( IDs

)。
● 每8个参考点被投影到壳单元表面。

● 用户可以自焊缝起始端到终点针对不同长度缝焊指定不同的

单元属性。
● 单元类型支持 MAT9, 三维各向异性材料。

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S4-255

CSEAM 属性卡

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S4-256

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S4-257

PSEAM 属性卡定义

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S4-258

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S4-259

缝焊联接案例
案例 1 – cseam_hut.dat
● 非对称约束截面

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S4-260

CSEAM 例子
PSHELL 100 PSHELL 200

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S4-261

CSEAM 例子
例 1 – cseam_hut.dat ● 每条边连接28个CSEAM单元

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S4-262

CSEAM 例子
例 1 – cseam_hut.dat
CSEAM 9000 8000 500 SMLN_B PSHELL 8001 100 200

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S4-263

CSEAM 例子
例 1 – cseam_hut.dat ● CSEAM元素列表

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S4-264

CSEAM 例子
● 特征值表

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S4-265

CFAST单元
● CFAST卡片提供柔性面与面或者单元与单元的连接
● PFAST卡片给出沿单元轴线方向的纵向、旋转刚度、集中质

量和阻尼

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S4-266

CFAST 卡

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S4-267

CFAST 卡片说明

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S4-268

CFAST 几何

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S4-269

PFAST 卡片

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S4-270

PFAST 卡片说明

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S4-271

例子
● 两个板, 10 X 5, 有0.1间距
● 左端固支 ● 均等压力,均等和相反地施加于板面上 ● 螺栓在(7.5, 2.5)处

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S4-272

例子说明
● 面1

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S4-273

例子说明
● 面2

NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

S4-274

例子说明
● 螺栓输入 ● CFAST EID PID TYPE IDA IDB GS

CFAST 83

3

PROP 1

2

25

● PFAST PID D MCID MFLAG KT1

PFAST 3


.2 -1

1

KT2 KT3 KR1 3.142+6 3.142+6 3.142+6 1.96+5

KR2 KR3 1.96+5 3.95+6

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S4-275

例子说明
● 变形形状

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S4-276

接 触

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S4-277

101序列中的线性接触模拟
● 线性接触, 求解序列101 or 400

和MSC.MARC一样的接触算法

● 永久胶接, 求解序列101, 103, 105 ,107-112, 400

胶结和网格连接不同

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S4-278

例子问题
● 线性接触模型

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S4-279

例子问题(续)
● 情况控制

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S4-280

例子问题(续)
● 情况控制语句
● BCONTACT=121

SELECTS 3D CONTACT SURFACES
● BOUTPUT=ALL

3D CONTACT OUTPUT REQUESTS

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S4-281

例子问题(续)
● 数据堆

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S4-282

例子问题(续)
● 数据堆
● BCBODY, 111, , DEFORM, 101, 0, .05 ● BCBODY, 112, , DEFORM, 102, 0, .04

FLEXIBLE OR RIGID BOBY CONTACT IN 2D OR 3D
● BSURF, 101,101, THRU, 104 ● BSURF, 102, 1

CONTACT BODY OR SURFACE

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S4-283

例子问题(续)
● 在TPL上的问题, nlc001a.dat

在the tpl, nlc****.dat 上超过20个胶结和接触的 ● 从求解序列400到101的变化 ● 去掉分析命令 ● 改变子工况的计算步 ● Contact_101.dat

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S4-284

例子问题(续)
● 结果
● 初始间隙是0.10 ● 最后的位移是0.1000028 ● 放大的变形

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S4-285

胶结接触, 胶结
永久胶结接触或胶结 规则: ● 通过生成MPC公式,它将被运用到线性求解序列101, 103, 105, 107, 108, 109, 110, 111, and 112 ● 情况控制, BCONTACT=sid, 必须放到第一子工况或这它的前 面。数据场BCTABLE, 可由BCONTACT参考, 并由 IGLUE=1 作用于所有的子集 ● 用BCPARA, 0, NLGLUE, 1 停止它 ● 初始无应力接触被用于提高刚体模态

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S4-286

例子
● 胶结两个实体梁

● 左半部分

● 右半部分

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S4-287

例子说明
● 胶结模型, glue.dat

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S4-288

例子说明
● 情况控制

BCONTACT=999 选 3D 接触面 ● 数据堆 BCTABLE 定义接触表

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S4-289

例子说明(续)
● BCTABLE 内容
● 假如只有一个单一的接触配对接触被定义,我将使用IDSLAVE, ● ● ● ●


● ●

IDMAST NGROUP 接触体数目,下面的―SLAVE‖和―MASTER‖必须被重复 NGROUP次 SLAVE 定义接触体和参数 IDSLAV1 BCBODY的标识 ERROR 接触体考虑在一个节点外的距离 IGLUE Flag激活胶结选项 MASTER定义接触体和参数 IDMA1 BCBODY的标识

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S4-290

例子说明(续)
● 数据堆说明
● BCBODY 定义一个2D or 3D接触体 ● BSURF 定义用原素ID接触体或面

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S4-291

例子说明(续)
● 数据堆
● BCBODY

BID 由BCTABLE参考接触ID BSID BSURF的ID ● BCSURF ID BCBODY参考面的标识 ELID1 THRU ELID2 BY INC

NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

S4-292

例子说明(续)
● 模型, 载荷 和边界条件

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S4-293

例子说明(续)
● 变形形状

NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

S4-294

例子说明(续)
● 应力云图

NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

S4-295

例子说明(续)
● 位移一致
● 胶结出应力不连续 ● 在应力临界处有过渡不是很好的模拟

NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

S4-296

在MDR3中新的接触和胶结特征

NAS101, Section 4, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

S4-297

第五章
模型证实

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S5-1

建模
页码 综述 奇异点和力学原理 MD NASTRAN 自动检查过程 自动约束 自动约束怎么实现 自动约束问题 自动约束输出 SNORM和K6ROT卡 自动约束练习 6 7 11 12 13 15 19 22 35

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S5-2

建模 (续)
页码
错误诊断 模型调试 调试练习 模型调试 调试练习 进一步的模型调试 健康检查分析 基本的品质检查 施加载荷总结 支反力总结 真实施加载荷检查
NAS101, Section 5, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

41 42 45 48 49 54 58 60 69 71 75

S5-3

建模 (续)
PAGE 基本的品质检查 ——练习 正确模型练习 多点约束,刚性元素 多点约束 MPCY 场, 松散的卡片场 R-型单元 刚性单元 刚性单元练习 刚性单元 刚性单元练习 刚性单元改进
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79 80 88 89 92 93 104 112 113 116 117

S5-4

建模 (续)
页码 有用的模型总结信息 ELSUM 最大/最小位移和约束支反力输出 最大/最小元素和节点输出 元素几何检查 几何检查 元素几何检查例子 结构对称 128 129 132 136 141 143 157 163

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S5-5

综述
● 典型的错误;奇异点和力学原理 ● MD NASTRAN的自动检查过程 ● 诊断错误 ● 用户进行的健康检查 ● 刚性单元和MPC单元 ● 单元几何检查 ● 对称

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S5-6

综述
● 典型的错误;奇异点和力学原理 ● MD NASTRAN的自动检查过程 ● 诊断错误 ● 用户进行的健康检查 ● 刚性单元和MPC单元 ● 单元几何检查 ● 对称

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S5-7

典型错误: 奇异点和力学原理

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S5-8

奇异点和力学原理
● 奇异点是因为某个自由度方向没有刚度或很小的刚度产生的
● 假如刚阵奇异,则它不能求逆 ● 奇异点的例子有:
● 忘掉去掉刚体运动 ● 单元连接不连续

● 交叉连接有错误的自由度

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S5-9

奇异点和力学原理(续)
● 刚体运动
● 充分的节点位移被指定,那么6个刚体模态运动被固定

刚体运动

适当的约束

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S5-10

奇异点和力学原理(续)
● 刚体运动
● 在MD Patran或其它前处理器中忘掉节点等效是一个非常通常的错误 ● 网格没有连接的结果

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S5-11

MD NASTRAN的自动检查过程

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S5-12

自动约束
● 假如有明显的奇异点存在,MD Nastran 会自动地处理它们
● 它可由如下二者控制:

AUTOSPC = Yes

(情况控制)

Or
Param,autospc,yes
在大多数的求解序列中,用户不需特别的处理,只要使用缺省的就行

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S5-13

自动约束是怎么实现的
GRID 99 刚度项
T1

Hexa Element
GRID 99

T2
T3 R1 R2 R3

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S5-14

自动约束是怎么实现的(续)
GRID 99 刚度项
● 成功地排除0刚度项
T1

Hexa Element
GRID 99

T2
T3 R1 R2 R3

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S5-15

自动约束问题
● 没有排除实体单元的0刚度项
T1

体元


T1 T2 T3 R1

Bar Element
GRID 99

T2 T3 R1

Hexa Element

R2 R3

R2
R3

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S5-16

自动约束问题(续)
● 没有排除体单元0刚度项

联合刚度项
T1

Bar Element
GRID 99

T2
T3 R1

Hexa Element

R2 R3

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S5-17

自动约束问题(续)
● 3 个力学机理 !
Bar Element
GRID 99

Hexa Element

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S5-18

自动约束问题(续)
● 解决

手动MPC约束 (以后)
刚性连接 (以后) Bar Element
GRID 99

Hexa Element

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S5-19

自动约束输出
● USET是什么意思?
● 认为有限元模型中的所有网格点和标量点的自由度作为一个单一的位移集。总

体集称为g-set; 位移集称为 ug.
● [Kgg] 为奇异阵! 为了求解方程,K矩阵必须为非奇异阵。为了得到非奇异刚度

矩阵,用户可在矩阵减缩矩阵方面定义划分独立子集 {ug} 例如: um 多点约束自由度排除 us 单点约束自由度排除 ● 排除M和S集的在F集中的结果, 这解决了典型未知位移的获得 MSC Nastran线性静力分析用户手册

● 对于约束和分区位移集的整个讨论,见MD Nastran快速参考手册中的附件B和

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S5-20

自动约束
● 控制自动约束
● 所有坍塌的自由度集都被写入节点奇异点表内 ● 能得到非常大-模糊的真实问题

● 写出坍塌的自由度到.pch文件
● Param,spcgen,1

or PUNCH keyword in AUTOSPC Case Control Command

● 不打印奇异点表格
● Param,prgpst,no

or NOPRINT keyword in AUTOSPC Case Control Command

● 选择性重使用生成的约束数据

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S5-21

自动约束问题(续)
● 解决:

PARAM,K6ROT, 100.
这是v2004+的新的缺省值和推荐的值

PARAM,SNORM, 20.
这是缺省值和推荐值
所有的矢量在角度平均范围内

2 0 angle

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S5-22

在MD NASTRAN中SNORM 和 K6ROT的缺 省值
● 壳单元的法线提供更高的精度 ● PARAM, SNORM, 20是缺省值 ● PARAM, K6ROT, 100. 是所有线性求解序列的缺省值
● 减少a的大小因为钻孔自由度由AUTOSPC=YES or PARAM,

AUTOSPC, YES约束

● PARAM, K6ROT, 100. 是非线性求解序列的缺省值

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S5-23

在MD NASTRAN中SNORM 和 K6ROT的缺省值 (续 )
● 在MD Nastran中的缺省联合可能引起多工况的问题,比如

钻孔自由度方向的力的传递

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S5-24

K6ROT的效果 – 旗杆例子
● 钻孔方向自由度壳单元的预计载荷可被视为坏模型的实践

SNORM

K6ROT

No. of Zero Modes 6

First Nonzero Mode

Comment

0.

0.

1.2842e+6

Default in V70.7, no spurious mode, good first flexible mode Default in V2001, spurious mode, bad first flexible mode Default in v2004, no spurious mode, good first flexible mode

20.

0.

7

2.4671e+6

20.

100.

6

1.2745e+6

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S5-25

K6ROT效果 – 环形加强筋例子
● 在一些工况无预加载荷钻孔自由度会出现,例如,加筋板模

拟梁元和偏置

Z
?
246

246 246 246

2 2

n

246

246

环用CQUAD4模拟 加强筋用CBARS和偏置模拟 No I2 定义PBAR属性 偏置方向和法线方向略有不同
NAS101, Section 5, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation S5-26

K6ROT效果 – 环形加强筋例子(续)
K6ROT SNORM Offset Disturbance Comments

0.

20.

? ? 1.8E ? 4
? ? 1.9E ? 4

1 rigid body mode No spurious modes AUTOSPC catches singularity 2nd mode 9.667

0.

20.

1 rigid body mode 5 spurious modes 7th mode 9.734
1 rigid body mode No spurious modes 2nd mode 9.655

100.

20.

? ? 1.9E ? 4

根据PARAM, K6ROT, 100., 我们总可以得到1个自由系统的6个刚体模 态, 这儿我们根据对称条件仅得到1个刚体模态

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S5-27

为什么K6ROT= 100. 一个好的值吗?
● 膜元问题是一次测试,K6ROT有最好的刚度效果

A

SPC = 123456

0.5

0.5

T= 1.e-4 Y X

1.0

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S5-28

为什么K6ROT= 100. 一个好的值吗?(续)
Fine Meshes

Normalized Tip Displacement

1.0100 1.0000 0.9900 0.9800 0.9700 0.9600 0.9500 0.9400 0.9300 0.9200 0.9100 0. 10. 100. 1000. 1e +4 1e +5

64x64 32x32 16x16

8x8

4x4

1e +6

K6ROT

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S5-29

为什么K6ROT= 100. 一个好的值吗?(续)
Coarse Meshes
1.0000

4x4

Normalized Tip Displacement

0.9000 0.8000 0.7000 0.6000 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000

2x2

1

0.

1.e+1

1.e+2

1.e+3

1.e +4

1.e +5

1.e +6

K6ROT

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S5-30

K6ROT 用和没用SNORM
● 没有考虑壳的法向,网

HOOK
R = 14 60o t=2

格细化的发散结果
● 考虑壳的法向,网格细

化的收敛结果

20
R = 46 150 X

y

Z
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1N

S5-31

K6ROT 用和没用SNORM
● 曲面壳法向减少K6ROT的冲击
Effect of K6ROT in the Hook Example
Normalized Tip Displacement
5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0 1.0 1.e+2 K6ROT 20 x 136 Mesh MID3=1 with transverse shear flexibility
NAS101, Section 5, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation S5-32

QUAD4 Without Normals

QUAD4 With Normals

1.e+4

1.e+6

K6ROT 新的缺省值
● 膜元测试表明K6ROT=100.是最好的选择 ● MacNeal-Harder标准测试问题和别的测试问题证实

K6ROT=100. 不影响结果
● 只要壳法向被使用 (PARAM, SNORM, 20.),刚体效果可以忽略

● When shell normals are turned off当壳的法向被关掉

(PARAM, SNORM, 0.), K6ROT 在曲面类型问题中体现了 重要的刚度效果

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S5-33

K6ROT 新的缺省值(续)
● K6ROT=100. 缺省值在非线性求解序列106 and 129中使用 ● K6ROT=100. 响应别的有限元代码的刚度值 ● 假如V2001 希望的缺省值为K6ROT=0
● 在RC文件中设置参数缺省值

● MD Nastran的缺省值适合所有的求解序列
● SNORM=20. ● K6ROT=100.

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S5-34

新的 K6ROT缺省值说明
● 对于平面应力问题
● 对于平面应力问题(仅膜元) ● 通常约束6个自由度 ● 假如平面应力在x-y平面内,则约束3456 ● 假如 K6ROT=0,没有问题 ● 假如6自由度被约束和K6ROT=100,那么结构接地 ● 假如对于平面问题 K6ROT= 100. 或设置K6ROT=0,那么不要约束6自由度

● 由于增加了A集的大小,对于一些问题它需要更长的运行时

间 ● Nastran 2005 r2开始, 假如 ―PARAM, K6ROT‖ 大于0,它将 由膜元和承弯单元调用
● K6ROT 钻孔刚度仅在膜元被去除 ● 假如6自由度被约束,地面问题也排除

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S5-35

自动约束练习


运行MD Nastran 输入文件
● sect5_1.bdf

体单元集



评估奇异点表

● 运行MD Nastran 输入文件
● sect5_3.bdf

体/板单元联合



评估表格和检查失败信息

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S5-36

自动约束练习(续)


sect5_1.bdf

NAS101, Section 5, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

S5-37

自动约束练习(续)

sect5_1.bdf

GRID POINT SINGULARITY TABLE 0 POINT TYPE FAILED STIFFNESS OLD USET NEW USET ID DIRECTION RATIO EXCLUSIVE UNION EXCLUSIVE UNION 1 G 4 0.00E+00 BF F SB S * 1 G 5 0.00E+00 BF F SB S * 1 G 6 0.00E+00 BF F SB S * 2 G 4 0.00E+00 BF F SB S * GRID 1 2 G 5 0.00E+00 BF F SB S * 2 G 6 0.00E+00 BF F SB S * 3 G 4 0.00E+00 BF F SB S * 3 G 5 0.00E+00 BF F SB S * 3 G 6 0.00E+00 BF F SB S *

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S5-38

自动约束练习(续)


sect5_3.bdf

CQUAD4s

HEXAs

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S5-39

自动约束练习(续)


sect5_3.bdf
GRID 13

62 62 62 63 63 63 64 64 64
NAS101, Section 5, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

G G G G G G G G G

4 5 6 4 5 6 4 5 6

0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

BF BF BF BF BF BF BF BF BF

F F F F F F F F F

SB SB SB SB SB SB SB SB SB

S S S S S S S S S

* * * * * * * * *

What happens along here !!

S5-40

自动约束练习(续)


sect5_3.bdf
THE FOLLOWING DEGREES OF FREEDOM HAVE FACTOR DIAGONAL RATIOS GREATER THAN

0 0

1.00000E+07 OR HAVE NEGATIVE TERMS ON THE FACTOR DIAGONAL. SUBCASE 1 GRID POINT ID DEGREE OF FREEDOM MATRIX/FACTOR DIAGONAL RATIO MATRIX DIAGONAL

13 R2 1.71146E+13 2.13419E+02 ^^^ USER FATAL MESSAGE 9050 (SEKRRS) ^^^ RUN TERMINATED DUE TO EXCESSIVE PIVOT RATIOS IN MATRIX KLL. ^^^ USER ACTION: CONSTRAIN MECHANISMS WITH SPCI OR SUPORTI ENTRIES OR SPECIFY PARAM,BAILOUT,-1 TO CONTINUE THE RUN WITH MECHANISMS.

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S5-41

错误诊断

NAS101, Section 5, August 2008 Copyright? 2008 MSC.Software Corporation

S5-42

模型调试
● 先前的练习例子, 根据目前的力学机理,Section5_3.bdf 引起

致命的错误
● 这部分表明怎么辨别错误的类别

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S5-43

模型调试(续)
● 从文件section5_3.f06可得,

● ●

这是最通常的致命错误
检查致命信息的代码 检查内容

THE FOLLOWING DEGREES OF FREEDOM HAVE FACTOR DIAGONAL RATIOS GREATER THAN 1.00000E+07 OR HAVE NEGATIVE TERMS ON THE FACTOR DIAGONAL. 0 0 GRID POINT ID 13 DEGREE OF FREEDOM MATRIX/FACTOR DIAGONAL RATIO R2 1.71146E+13 MATRIX 2.13419E+02 SUBCASE 1

^^^ USER FATAL MESSAGE 9050 (SEKRRS) ^^^ RUN TERMINATED DUE TO EXCESSIVE PIVOT RATIOS IN MATRIX KLL. ^^^ USER ACTION: CONSTRAIN MECHANISMS WITH SPCI OR SUPORTI ENTRIES OR SPECIFY PARAM,BAILOUT,-1 TO CONTINUE THE RUN WITH MECHANISMS.

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S5-44

模型调试(续)
● 从section5_3.f06可得

● ●

奇异点或力学机理显示
可找到网格点13的 R2自由度 这个点有什么特殊的吗?
THE FOLLOWING DEGREES OF FREEDOM HAVE FACTOR DIAGONAL RATIOS GREATER THAN

1.00000E+07 OR HAVE NEGATIVE TERMS ON THE FACTOR DIAGONAL. 0 0 GRID POINT ID 13 DEGREE OF FREEDOM MATRIX/FACTOR DIAGONAL RATIO R2 1.71146E+13 MATRIX DIAGONAL 2.13419E+02 SUBCASE 1

^^^ USER FATAL MESSAGE 9050 (SEKRRS) ^^^ RUN TERMINATED DUE TO EXCESSIVE PIVOT RATIOS IN MATRIX KLL. ^^^ USER ACTION: CONSTRAIN MECHANISMS WITH SPCI OR SUPORTI ENTRIES OR SPECIFY PARAM,BAILOUT,-1 TO CONTINUE THE RUN WITH MECHANISMS.

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S5-45

调试练习
● 使用SPC or SPC1场, 纠正MD NASTRAN输入文件
● Section5_3.bdf (hint: GRIDs 1 5 9 13 form the joint)

● 评估结果和变化显示

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S5-46

模型调试(续)
● ●

纠正Section5_3.bdf 评估结果和变化显示
约束自由度4,5,6

看看, 但必须仔细
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S5-47

模型调试(续)




纠正Section5_3.bdf 评估结果和变化显示

体剖面位移显示小的连接边旋转 – 我们已进行了约束

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S5-48

模型调试(续)
● 目前为止,通过一次分析我们有两个由过度的转轴比引起的

致命错误

● 致命信息 9050

● 实际上,无论在语句和通常数据检查中或者早在分析前或者

分析中都会执行标志性的错误检查

● 错误信息的表格是类似的。关键的内容为ID号和描述。 ● 在参考手册中错误信息的进一步详细描述都可找到

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S5-49

调试练习
● ●

运行 Section5_5.bdf 估计信息和纠正分析

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S5-50

调试练习 (续)
● Section5_5.f06
● 单元在组里易于被警告的特征是什么呢?

● 警告的含义是什么?

*** USER WARNING MESSAGE 5487 (EBCHKD) ORIENTATION VECTOR DEFINED FOR THE *** USER WARNING MESSAGE 5487 (EBCHKD) ORIENTATION VECTOR DEFINED FOR THE *** USER WARNING MESSAGE 5487 (EBCHKD) ORIENTATION VECTOR DEFINED FOR THE *** USER WARNING MESSAGE 5487 (EBCHKD) ORIENTATION VECTOR DEFINED FOR THE *** USER WARNING MESSAGE 5487 (EBCHKD) ORIENTATION VECTOR DEFINED FOR THE *** USER WARNING MESSAGE 5487 (EBCHKD) ORIENTATION VECTOR DEFINED FOR THE *** USER WARNING MESSAGE 5487 (EBCHKD) ORIENTATION VECTOR DEFINED FOR THE *** USER WARNING MESSAGE 5487 (EBCHKD) ORIENTATION VECTOR DEFINED FOR THE

ELEMENT ID = ELEMENT ID = ELEMENT ID = ELEMENT ID = ELEMENT ID = ELEMENT ID = ELEMENT ID = ELEMENT ID =

7 IS NEARLY PARALLEL, IT MAY GIVE POOR RESULTS. 8 IS NEARLY PARALLEL, IT MAY GIVE POOR RESULTS. 9 IS NEARLY PARALLEL, IT MAY GIVE POOR RESULTS. 10 IS NEARLY PARALLEL, IT MAY GIVE POOR RESULTS. 11 IS NEARLY PARALLEL, IT MAY GIVE POOR RESULTS. 12 IS NEARLY PARALLEL, IT MAY GIVE POOR RESULTS. 13 IS NEARLY PARALLEL, IT MAY GIVE POOR RESULTS. 14 IS NEARLY PARALLEL, IT MAY GIVE POOR RESULTS.

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S5-51

调试练习 (续)
● Section5_5.f06 ● 再次看看在组理引起的错误信息 ● 查查在百科全书中在线信息ID or msc2007/util/analysis.txt or use system cell XMSG=1

*** USER FATAL ELEMENT *** USER FATAL ELEMENT *** USER FATAL ELEMENT *** USER FATAL ELEMENT *** USER FATAL ELEMENT *** USER FATAL ELEMENT *** USER FATAL ELEMENT *** USER FATAL ELEMENT

MESSAGE 2026 (EMG) 7 GEOMETRY YIELDS MESSAGE 2026 (EMG) 8 GEOMETRY YIELDS MESSAGE 2026 (EMG) 9 GEOMETRY YIELDS MESSAGE 2026 (EMG) 10 GEOMETRY YIELDS MESSAGE 2026 (EMG) 11 GEOMETRY YIELDS MESSAGE 2026 (EMG) 12 GEOMETRY YIELDS MESSAGE 2026 (EMG) 13 GEOMETRY YIELDS MESSAGE 2026 (EMG) 14 GEOMETRY YIELDS

UNREASONABLE MATRIX. UNREASONABLE MATRIX. UNREASONABLE MATRIX. UNREASONABLE MATRIX. UNREASONABLE MATRIX. UNREASONABLE MATRIX. UNREASONABLE MATRIX. UNREASONABLE MATRIX.

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S5-52

调试练习 (续)


在线百科全书中收索寻?2026‘的结果

2026 *** USER FATAL MESSAGE 2026, ELEMENT **** GEOMETRY OR MATERIAL PROPERTY YIELDS UNREASONABLE MATRIX. Referenced element geometry and/or properties yield a numerical result which causes an element stiffness or mass matrix to be undefined. Possible causes include, but are not limited to, (1) the length of a rod or bar is zero because the end points have the same coordinates, (2) the sides of a triangle or quadrilateral are collinear which leads to a zero cross product in defining an element coordinate system, (3) the bar orientation vector is parallel to the bar axis, or (4) a shear panel has zero thickness or modulus. Check GRID Bulk Data entries defining element end points for bad data.

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S5-53

调试练习


Section5_5.bdf
$ bar elements follow CBAR 1 1 CBAR 2 1 CBAR 3 1 CBAR 4 1 CBAR 5 1 CBAR 6 1 CBAR 7 1 CBAR 8 1 CBAR 9 1 CBAR 10 1 CBAR 11 1 CBAR 12 1 CBAR 13 1 CBAR 14 1 CBAR 15 1 CBAR 16 1 CBAR 17 1 CBAR 18 1 CBAR 19 1 CBAR 20 1

纠正梁数据和重新运行
1 2 3 4 5 6 8 9 10 12 14 15 16 18 10 21 22 23 24 25 2 3 4 5 6 7 9 10 12 1 15 16 18 7 21 22 23 24 25 16
S5-54

0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1.

0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

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进一步的模型调试
● 为了更深入地理解由于调试的文件,DMAP 的概念需要介绍
● DMAP –直接矩阵拔出程序
● MD Nastran的高级写入语言 ● 完全可视化语言 ● 可修改语言

● DMAP 模块根据请求的求解序列执行数学操作

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S5-55

进一步的模型调试(续)
● DMAP –直接矩阵拔出程序
Solution Sequence

DMAP Modules
Interpret Input

Source Code

Syntax Check

Partition SPC’s

Partition MPC’s

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S5-56

进一步的模型调试(续)
● .f04 File 描述
● ―.f04‖ 文件包括MD Nastran模块由于您问题的求解提示 ● 每次DMAP模块都执行,在目前的运行中一条线的生成在.f04文件中都

模块的名字和信息

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S5-57

进一步的模型调试(续)
● 错误的原因在入口结构例子里是清楚的。假如信息没有提供足

够的解释,用户应该再检查.f04文件以决定分析在数据进程的 那点被终止 的信息给 MSC支持
0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 33.0 33.0 33.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 34.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

● 在实践中,理解DMAP模块流是困难的,但是它提供了有价值
10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 10:33:06 PHASE1DR PHASE1DR PHASE1A PHASE1A PHASE1A SEMG SEMG SEMG ERRPH1 PRTSUM PRTSUM PRTSUM ERRPH1 XSEMDR 104 (S)DBSETOFF BEGN 106 (S)PHASE1A BEGN 42 TA1 BEGN 51 MSGHAN BEGN * 52 (S)SEMG BEGN 22 ELTPRT BEGN 28 EMG BEGN 36 (S)ERRPH1 BEGN 19 (S)PRTSUM BEGN 24 PROJVER BEGN 25 DBDICT BEGN 26 PRTPARM BEGN 20 EXIT BEGN END

SubDMAPs

DMAP MODULES

分析停在这
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健康分析诊断

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S5-59

健康分析诊断


在先前的部分我们讨论了CURE:
● 调试



在这部分我讨论PREVENTION:
● 基本的品质检查 ● 好的模型实践

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S5-60

基本的品质检查
● 预分析 ● 单元扭曲 ● 使用前处理可视化的检查扭曲 ● 使用.f06文件的警告信息来证实

● 一致的单位
● 用力=质量*加速度来检查

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S5-61

基本的品质检查(续)
● 单元扭曲
● 长宽比
a
b a

b

● 长宽比应小于4:1 (在应力水平变化快的地方会更小). 假设在接近非轴应力场的地方,

更大的长宽比也可接受

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S5-62

基本的品质检查(续)
● 单元扭曲
● 倾斜度检查

● 四边形板尽可能保持方形为好

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S5-63

基本的品质检查(续)
● 单元扭曲
● 锥度检查

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S5-64

基本的品质检查(续)
● 翘曲
● 最大 5%的翘曲是可接受. 没有真正的限制,但是单元不包括扭曲

h

D1 D2

h a

WARP = h / [0.5*(D1+D2)]

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S5-65

基本的品质检查(续)
● 后分析
● 小值

● 应用载荷总结

● 支反力载荷总结

● 应变能值Strain Energy Values

● 最高偏差

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S5-66

基本的品质检查(续)
● 后分析 - 小量
标准求解表达式

P ? K ?δ ?P ? K ? δ ? 0 P ? K ? δ ? P* δT ? P * ?? T P ?δ SE ? 1 P T ? δ 2
S5-67

假设没有舍入误差

实际中有残差 (自个本身有尺寸)

计算标量误差

计算系统中外力做工
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基本的品质检查(续)
● 假如大于等于 10-6 ,它是一个病态的标志
● 对于的你结构类型, 理想化和分析
● 给小量附上典型的值
● 建议一致的阀值

*** USER INFORMATION MESSAGE 5293 (SSG3A) FOR DATA BLOCK KLL LOAD SEQ. NO. EPSILON EXTERNAL WORK ASTERISKS 1 -1.3760919E-13 3.6560133E+04

EPSILONS LARGER THAN 0.001 ARE FLAGGED WITH

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S5-68

基本的品质检查(续)
● 后分析-应用载荷总结
● 在情况控制中使用 OLOAD请求

● 特别重要的是:
● 惯性载荷

● 复合压力载荷
● 复合分布载荷

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S5-69

应用载荷总结
0 RESULTANTS ABOUT ORIGIN OF SUPERELEMENT BASIC COORDINATE SYSTEM IN SUPERELEMENT BASIC SYSTEM COORDINATES. 0 OLOAD RESULTANT R1 ---0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 ------R2 0.000000E+00 ---0.000000E+00 ---0.000000E+00 ---0.000000E+00 ---0.000000E+00 ---0.000000E+00 ---0.000000E+00 R3 3.744000E+05 -1.296000E+06 ---------0.000000E+00 0.000000E+00 9.313226E-10 ---------0.000000E+00 9.313226E-10

SUBCASE/
DAREA ID 0 1

LOAD
TYPE FX FY FZ MX MY MZ T1 -3.900000E+03 ---------------0.000000E+00 ---------------T2 ----4.500000E+03 ----------------1.818989E-12 ------------T3 ------0.000000E+00 ----------

TOTALS -3.900000E+03 -4.500000E+03
0 20 FX FY FZ MX MY MZ TOTALS

0.000000E+00
------0.000000E+00 ---------0.000000E+00

0.000000E+00
---0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 ------0.000000E+00

0.000000E+00 -9.216000E+05

0.000000E+00 -1.818989E-12

0

30

FX
FY FZ MX MY MZ TOTALS

0.000000E+00
----------------

----2.123938E+03 -------------

------0.000000E+00 ---------0.000000E+00

---0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 ------0.000000E+00

0.000000E+00
---0.000000E+00 ---0.000000E+00 ----

0.000000E+00
-6.116941E+05 ---------0.000000E+00

0.000000E+00 -2.123938E+03

0.000000E+00 -6.116941E+05

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S5-70

基本的品质检查(续)


后分析-支反力总结Post Analysis - Reaction Summation
● 检查相反方向和平衡OLOAD总结

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S5-71

支反力总结
RESULTANTS ABOUT ORIGIN OF SUPERELEMENT BASIC COORDINATE SYSTEM IN SUPERELEMENT BASIC SYSTEM COORDINATES. 0 SUBCASE/ DAREA ID 0 1 LOAD TYPE FX FY FZ MX T1 3.900000E+03 ---------T2 ---4.500000E+03 ------T3 ------0.000000E+00 ---R1 ---0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 R2 0.000000E+00 ---0.000000E+00 ---R3 0.000000E+00 9.216000E+05 ------SPCFORCE RESULTANT

MY
MZ TOTALS 0 20 FX FY FZ MX MY

------3.900000E+03 0.000000E+00 -------------

------4.500000E+03 ---7.275958E-12 ----------

------0.000000E+00 ------0.000000E+00 -------

------0.000000E+00 ---0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 ----

0.000000E+00
---0.000000E+00 0.000000E+00 ---0.000000E+00 ---0.000000E+00

---0.000000E+00 9.216000E+05 0.000000E+00 2.095476E-09 ----------

MZ
TOTALS 0 30 FX FY FZ MX MY MZ

---0.000000E+00 -3.410605E-12 ----------------

---7.275958E-12 ---2.123938E+03 ------------2.123938E+03

---0.000000E+00 ------0.000000E+00 ---------0.000000E+00

---0.000000E+00 ---0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 ------0.000000E+00

---0.000000E+00 0.000000E+00 ---0.000000E+00 ---0.000000E+00 ---0.000000E+00

0.000000E+00
2.095476E-09 0.000000E+00 6.116941E+05 ---------0.000000E+00 6.116941E+05

TOTALS -3.410605E-12

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S5-72

平衡检查
● 在静力分析中平衡检查可能是最重要的检查

SF=0

SM=0

● 先前我们可以得到OLOAD, SPCFORCE, 和

MPCFORCE 结果,手工地合计平衡检查 ● 新的平衡情况控制命令易于请求平衡输出 ● 仅适合静力分析

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S5-73

平衡检查(续)
● 格式:

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S5-74

平衡检查(续)
● 典型输出:

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S5-75

真实的应用载荷检查
● 在真实载荷应用点请求打印出应用载荷
OLOAD = n

● 在某类载荷可能产生大的输出
● 例如在大模型上的重量载荷

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S5-76

真实的应用载荷检查(续)

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S5-77

基本的品质检查 (续)
● 后分析-应变能值

*** USER INFORMATION MESSAGE 5293 (SSG3A) FOR DATA BLOCK KLL LOAD SEQ. NO. EPSILON EXTERNAL WORK ASTERISKS 1 -1.3760919E-13 3.6560133E+04

EPSILONS LARGER THAN 0.001 ARE FLAGGED WITH

Work = ? Total Force * Total Deflection = ( approx) ? OLOAD * Peak Deflection ( if peak deflection is near mean line of loading action)

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S5-78

基本的品质检查 (续)
● 后分析-最大变形
● 设置PARAM,PRTMAXIM,YES输出

● 节点ID不包括和很难得到每个自由度
0 0 0 0 MAXIMUM DISPLACEMENTS T1 T2 T3 R1 R2 1 3.0938861E-07 4.1483727E-08 3.6560131E+01 7.2180829E+00 5.6827263E+01 0.0000000E+00

R3

Value !!!
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Work = ( approx) ? OLOAD * Peak Deflection ( 2e3 * 36.5 *.5 = 36.5e3 )
S5-79

基本的品质检查 -练习
● 运行 section5_6.bdf
● 浏览基本的品质检查:
● 小量 ● 应用载荷总结 ● 支反力总结 ● 应变能值 ● 最大变形

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S5-80

好的建模实践

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S5-81

好的建模实践
● 基本
● 网格密度-为拟合目的 ● 网格品质-为拟合目的 ● 载荷边界条件

● 位移边界条件

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S5-82

好的建模实践(续)


网格密度-为拟合目的

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S5-83

好的建模实践(续)


网格质量-为拟合目的

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S5-84

好的建模实践(续)
● 载荷边界条件
● 简单的点载荷?
局部坏的应力分布 局部好的应力分布

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S5-85

好的建模实践(续)
● 载荷边界条件
● 更多的载荷?

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S5-86

好的建模实践(续)
● 位移约束考虑:Displacement Constraint Considerations
● 对SPCs, MPCs, RIGID Elements等,错误的定义位移坐标将导致分析

结果错误。
● 过约束将导致结构的泊松压缩,这将引起结构的应力分布不正确。 ● 在单点约束点或载荷施加点,该处的应力是奇异的、不真实的。

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S5-87

好的建模实践(续)
● 位移约束考虑
● 惯性释放求解方法,可以解决无约束结构在零或恒定加速度状态下

的准静态响应。

气动载荷

惯性载荷
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多点约束和刚体单元

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S5-89

多点约束
● 多点约束(MPC)是用户强加的关于位移自由度的线性方程
● MPC用于
● 在两个或更多的节点自由度中定义相对运动关系
● 连接非一致单元。比如,把具有转动自由度的单元和自由平动自

由度的单元连接起来(如体单元和壳单元就是这样)

● 在结构的某些节点上分配载荷
● 在节点间模拟刚性连接

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S5-90

多点约束(续)
● 假设节点145和146在X和Y方向上强迫一起运动( 比如一个壁

架连接这两个节点)
-1.0*Ux145 + 1.0*Ux146 = 0.0

146 145

-1.0*Uy145 + 1.0*Uy146 = 0.0

一般格式 S ai*Ui= 0.0 这里 a = 常系数 u = 位移自由度

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S5-91

多点约束(续)
工况控制 SUBCASE 1 SUBTITLE=edge MPC = 1 SPC = 2 LOAD = 2 ……. 数据集

$ SID MPC 1 MPC 1

GRID DOF A1 GRID DOF A2 145 1 -1. 146 1 1. 145 2 -1. 146 2 1.

● 方程中的第一个自由度方向(component ,简写为C)被

Nastran认为是依赖坐标,将被放入um 集(多点约束集)。该 自由度方向不再属于任何ug的子集
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MPC方程
● 在以前的版本中,MPC方程的右侧必须等于零

Amum + S Aiui
● 如果等式右侧不等于零

= 0

Amum + S Aiui

= x

定义一个松弛变量(通常使用SPOINT),然后用设置一个松弛约束
● 从MD R2版本开始,非零的―x‖ 值可以直接通过新的卡片MPCY进行定



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S5-93

MPCY卡片
● MPCY格式

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S5-94

应用例子- 用MPC来定义 GAP
● 什么是节点1和2的间隙(gap)?

1

2

Initial gap
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应用例子- 用MPC来定义 GAP(续)
? 定义方程:
– 引进一个描述初始间隙的变量UINIT – 初始间隙 = .5
1 2

UGAP = UINIT + UX2 – UX1 0 = -UGAP + UINIT + UX2 – UX1
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S5-96

应用例子- 用MPC来定义 GAP(续)
● 老的方法 1. 引入一个外部标量点SPOINT (1001) 2. 通过SPC设置初始间隙值
1 2

0 = -U1000 + U1001 + UX2 – UX1
SPOINT, 1000 SPOINT, 1001 MPC, , SPC, , $ Gap value $ Initial Gap 2, 1, +1., 1, 1, -1.

535, 1000, 0, -1., 1001, 0, +1. 2002, 1001, 0,0.5 $ Set initial gap
S5-97

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应用例子- 用MPC来定义 GAP(续)
● 新方法 1. 直接在MPCY卡片中定义初始间隙值
1 2

U1000 - UX2 + UX1 = .5
SPOINT, 1000 $ Gap value , 2, 1, -1., 1, 1, +1.

MPCY,
+ ,

535, 1000, 0, +1., 0.5

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S5-98

例子 1
● 水平梁,两端约束 ● 左右两个部分之间有一个0.1单位的间隙 ● 这个间隙可以用两种方法定义
● 传统的松弛变量方法(spoint or grid + spc)
● 新的MPCY卡片

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S5-99

例子 1
MPC = 300 SPC = 300 Begin Bulk $ $ TRADITIONAL ―SLACK‖ VARIABLE METHOD $ $ 1 2 34 5 $ O---------------O---------------O O---------------O $ 1 2 3 $ $ SPOINT 6 SPC 300 MPC 300 6

6 4 1

1 1 1.

0.1 -1.

3

1

1.

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S5-100

例子 1
MPC = 300 Begin Bulk $ $ NEW MPCY METHOD $ $ 11 12 13 14 15 $ O---------------O---------------O O---------------O $ 11 12 13 $ $ MPCY

300 13

14 1

1 -1.

1.

0.1

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S5-101

例子 1
例子1 - 结果输出 ● 传统方法输出结果
● 新方法的输出结果

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S5-102

MPCY卡片
● 数据集中的MPCY通过工况控制段的MPC卡片来激活,用法

如同MPC卡片 ● 类似于SPCD,MPCD可以用于加载强迫运动
● 通过工况控制段中的LOAD卡片定义

● 可以重写MPCY中的―Y‖值
● MPCD中的自由度必须和MPCY中的自由度匹配

● MPCY的使用限制
● 目前MPCY只支持SOL 101

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S5-103

R-单元
● 为使用方便,Nastran将数种常用的MPC关系直接定义成R单元,即

“刚体单元”。为避免使用错误,强烈推荐不熟悉MPC方程的用户尽可 能的使用R单元。
● 和MPC不同,R单元不需要在工况控制中激活。仅在数据集中定义即生

效。
● 两类R单元 ● 线性 ● Lagrange (真实单元element, 支持热膨胀系数a参数, 支持微分刚度)

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S5-104

刚体单元
● RBAR ● RBE2 ● RBE3 -

刚性bar单元,每个端点具有6个自由度
刚体单元,可以连接任意多的节点 “刚体”单元,此类刚体单元并非完全不可变形。 定义参考节点和其它节点的运动约束关系。节点 自由度可以定义加权值,参考节点取其它节点的 加权平均值。

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S5-105

RBAR格式

● ● ● ●

GA, GB – BAR单元的两端节点A和B CNA, CNB – A,B两节点的非依赖自由度 CMA, CMB – A,B两节点的依赖自由度 ALPHA—膨胀热系数(仅仅在Lagrange情况下可用,见后 面描述)
S5-106

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RBE2格式

● ● ● ●

GN – 自由节点( 非依赖自由度, 6 DOF) CM – 依赖节点的自由度 GMi – 依赖节点 ALPHA—膨胀热系数(仅仅在Lagrange情况下可用,见后 面描述)
S5-107

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RBE3格式

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S5-108

RBE3格式(续)
● REFGRID – 参考节点(即依赖节点) ● REFC – 参考节点的参考自由度 ● WTi – 加权系数 ● Ci – 节点Gi,j处加权系数为Wti的自由度 ● Gi,j – 自由节点 ● ALPHA—膨胀热系数(仅仅在Lagrange情况下可用,见后面描

述)

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S5-109

刚体单元(续)
● RSPLINE 用于定义柔性梁单元和参考节点之间的约束关系
● RSSCON 用于连接板壳单元和体单元

参见MSC.NASTRAN Reference Manual

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S5-110

刚体单元(续)
● RBE2例子
● 部件之间的连接 ● 发动机缸体 ● 天线阵列 ● 不同单元区域的连接 ● 曲轴安装

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S5-111

刚体单元(续)
● RBE3的数学算法非常复杂:依赖节点的移动是众多自由节点

加权平均的结果
● Examples: ● 部件之间的柔性连接
● 天线阵列 – 模拟柔性支持结构

● 不同网格区域
● 机身上梁和壳的连接

● 连接有效载荷
● 分配有效载荷到附属部件

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S5-112

刚体单元练习
● 使用section5_3.bdf文件进行联系
● 尝试:
● RBAR ● RBE2 ● RBE3

● 比较位移分布

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S5-113

刚体单元, RSSCON
● RSSCON 例子
Solid to Shell Connection Writes MPCs

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S5-114

刚体单元, RSSCON(续)
● RSSCON 例子– 单元方式

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S5-115

刚体单元, RSSCON(续)
● RSSCON 例子– 节点方式

109 102 46 101 47 108

RSSCON,110,GRID,46,101,102,47,108,109

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S5-116

刚体单元练习
● 使用sect5_3.bdf文件练习
● 尝试:
● RSSCON – GRID ● RSSCON - ELEMENT

● 比较位移分布

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S5-117

刚体单元增强(v2004)
● 在MSC Nastran 2004版本之前,刚体单元(如RBAR,

等)是线性的。 ● 2004版本引进一种新的刚体单元,称为拉格朗日刚体 单元(Lagrange rigid element)。 ● 线性刚体单元有以下的使用限制:
● 不能计算热载荷 ● 不能具有微分刚度-在需要微分刚度的求解(如屈曲分析)中可能导致

不正确的结果 ● 小转角理论-因此不支持几何非线性 ● 使用减缩技术导致密集矩阵

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S5-118

刚体单元增强(续)
● 拉格朗日刚体单元没有前面线性刚体单元的限制

● 拉格朗日刚体单元类似与“真实的”单元,具有刚度

矩阵,而不仅是MPC。而且具有热膨胀系数。

● 根据单元的不同,每个拉格朗日刚体单元将增加1-6个

数量不等的拉格朗日乘子自由度。
日乘子自由度

● e.g. RROD有1个拉格朗日乘子自由度;RBAR有1-6个拉格朗

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S5-119

刚体单元增强(续)
● 两类拉格朗日乘子法
● 增广拉格朗日乘子法(首选方法) ● 非依赖自由度、依赖自由度和拉格朗日乘子自由度都存于l集 ● 此方法保证矩阵稀疏性 ● 支持SOLs 101, 103, 105, and 400 ● 拉格朗日消元法(备用方法)
● 依赖自由度和拉格朗日乘子自由度从全局刚度矩阵中消元,存放

于mr集 ● 丢失了矩阵的稀疏性 ● 支持SOLs 101, 103, and 105

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S5-120

刚体单元增强(续)
● 默认情况下,Nastran使用线性刚体单元 ● 一个新的工况控制命令用于指定使用拉格朗日刚体单元

RIGID =

LINEAR LAGR LGELIM

where

LINEAR – 线性刚体单元(默认值) LAGR – 增广拉格朗日刚体单元 LGELIM – 拉格朗日消元法

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S5-121

刚体单元增强(续)
● 以下线性刚体单元—RBAR, RBE1, RBE2, RBE3, RROD和

RTRPLT支持新的拉格朗日刚体单元—(通过RIGID工况控制 来激活)
RBAR1- RBAR的替代格式 RTRPLT1- RTRPLT的替代格式 RJOINT- 刚性铰接单元 RBE2GS- 内部生成RBE2单元连接离指定位置最近的两个节点

● 新增加三种刚体单元
● ● ● ●

● 所有R单元都支持线性和拉格朗日两种格式 ● 线性和拉格朗日格式的输入是不同的

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S5-122

刚体单元增强(续)
● RBAR
RBAR EID GA GB CNA CNB CMA CMB ALPHA

● 线性刚体单元
● 非依赖自由度可以分配给CNA和CNB

● 拉格朗日刚体单元
● 非依赖自由度必须分配给一个节点 ● 默认情况下CNA=123456和CMB=123456

● 对于RBE1, RBE2和RTRPLT也有类似的规则

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S5-123

刚体单元增强(续)
● RBAR1 (RBAR的新替代格式)
RBAR1 EID GA GB CMB ALPHA

● GA的所有6个自由度都是自由的 ● GB的依赖自由度在CMB域定义 ● 拉格朗日刚体单元的首选输入格式

● RTRPLT1 (RTRPLT的新替代格式)
RTRPLT1 EID GA GB GC CMB CMC ALPHA

● GA的所有6个自由度都是自由的 ● GB,GC的依赖自由度在CMB和CMC域定义

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S5-124

刚体单元增强(续)
● RROD
RROD EID GA GB CMA CMB ALPHA

● 线性刚体单元
● 在CMA或CMB选择其一为依赖自由度

● 拉格朗日刚体单元
● 在CMA或CMB选择其一为依赖自由度


● 由Nastran自动指定依赖自由度(推荐方法)

● RBE3
● 线性刚体单元
● REFC – 可以是6个自由度的自由组合 (e.g. 126, 12356等)

● 拉格朗日刚体单元
● REFC – 必须是123, 456或者123456

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S5-125

刚体单元增强(续)
● RJOINT
● 新的刚体单元,定义格式如下:
RJOINT EID GA GB CB

● GA的所有6个自由度都是自由的 ● GB是依赖节点 ● CB是节点GB的依赖自由度 ● 节点GA和GB为重合节点 ● 如果CB=123456或者空白,那么GA和GB将作为一个节点一起运动 ● 如果GA和GB有不同的输出坐标,那么CB使用节点DB的输出坐标定



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S5-126

刚体单元增强(续)
● RJOINT (续)
● CB域内任意未定义的自由度,都会成为结构运动。RJOINT成为机

构约束副
● Hinge铰链 – 某一个轴自由转动 ● CB=12356, 12345, or 12346 ● Universal万向节 – 两个轴向自由转动 ● CB=1234, 1235, or 1236 ● Spherical球铰 – 三个转动自由度都可随意转动 ● CB=123 ● Prismatic移动副 – 两个棱柱组合在一起,没有转动,可以平动 ● CB=23456, 13456, or 12456 ● Cylindrical圆柱副 – 同一方向轴的平动加转动 ● CB=2356, 1346, 1245

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S5-127

刚体单元增强(续)
● RBE2GS 内部生成一个RBE2单元

在离GS指定的搜索半径内随意的搜索和连接两个最近的独立 节,形成一个RBE2单元。

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S5-128

模型摘要信息

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S5-129

单元摘要信息输出(ELSUM)
● ELSUM工况控制提供指定单元的摘要描述
● 输出单元信息包括:
● ● ● ● ● ● ● ● ●

单元号 材料号 长度或者厚度 面积 体积 结构质量 非结构质量 总质量 总重量

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S5-130

单元摘要信息输出(ELSUM)
● ELSUM卡片

ALL
ELSUM (EID, PID, BOTH PIDSUM,EIDSUM) = n NONE

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S5-131

单元摘要信息输出(ELSUM)
● 典型输出文件(续)

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S5-132

最大/最小位移和约束反力输出
● 在SOL 101中,有一个选项可以得到最大最小输出摘要

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S5-133

最大/最小位移和约束反力输出(续)

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S5-134

最大/最小位移和约束反力输出(续)
$ file maxmin.dat sol 101 cend title = cantilever beam model subtitle = OLOAD OUTPUT spc = 1 disp=all maxmin(vmag=2,disp,spcf)=all subcase 1 label = pload1 load = 1 subcase 2 label = load in x, y, and z load = 2 begin bulk pload1,1,1,fy,fr,0.,1.,1.,1. =,=,*(1),== =(6) force,2,9,,1.,1.,1.,1. PARAM GRDPNT 0 PARAM POST -1 $ cord2r,1,,0.,0.,0.,0.,1.,0. ,1.,0.,1. GRID GRID GRID GRID GRID GRID GRID GRID GRID $ CBEAM CBEAM CBEAM CBEAM CBEAM CBEAM CBEAM CBEAM $ SPC $ PBEAML 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0 12.5 25. 37.5 50. 62.5 75. 87.5 100. 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

1 2 3 4 5 6 7 8 1
1 1.

1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 2. 1.+7

1 2 3 4 5 6 7 8 123456

2 3 4 5 6 7 8 9 0.0
BAR

1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1.

$ MAT1 1 $ ENDDATA

.3

.1

GRID point 9 uses CORD2R 1 for output

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S5-135

最大/最小位移和约束反力输出(续)
0 *** T1 MAXMIN OPTIONS: POINT ID. TYPE 1 G 2 G 8 G 9 G 9 G *** D I S P L A C E M E N T M A X / M I N SET=ALL, CID=BASIC, VMAG=2, VMAG=2, COMP=T1 CID ***TMAG*** T2 BASIC 0.000000E+00 0.000000E+00 BASIC 5.404634E-02 0.000000E+00 BASIC 1.563420E+00 0.000000E+00 BASIC 1.875780E+00 0.000000E+00 1 0.000000E+00 0.000000E+00 V A L U E T3 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 1.875780E+00 S U M M A R Y R1 0.000000E+00 8.251953E-03 2.495117E-02 2.500000E-02 1.767767E-02 13, 2001 RESULTS FOR SUBCASE R2 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 -1.767767E-02 MSC.NASTRAN 1/17/01 1 R3 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 PAGE 12

1 0

CANTILEVER BEAM MODEL OLOAD OUTPUT

FEBRUARY

Maximum Translations
*** R1 MAXMIN OPTIONS: POINT ID. TYPE 1 G 2 G 8 G 9 G 9 G *** D I S P L A C E M E N T M A X / M I N SET=ALL, CID=BASIC, VMAG=2, VMAG=2, COMP=R1 CID T1 T2 BASIC 0.000000E+00 0.000000E+00 BASIC 5.404634E-02 0.000000E+00 BASIC 1.563420E+00 0.000000E+00 BASIC 1.875780E+00 0.000000E+00 1 0.000000E+00 0.000000E+00 V A L U E T3 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 1.875780E+00 S U M M A R Y ***RMAG*** 0.000000E+00 8.251953E-03 2.495117E-02 2.500000E-02 1.767767E-02 RESULTS FOR SUBCASE R2 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 -1.767767E-02 1

0

R3 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00

Displacements in System 1 for GRID 9

Maximum Rotations Vector Magnitude for GRID 9

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S5-136

最大/最小单元或节点结果输出

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S5-137

MAXMIN(DEF)
● 设置监视最大最小值的参数

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S5-138

MAXMIN(DEF)(续)

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S5-139

MAXMIN(DEF) 例子
● 两个命令必须被使用
maxmin(def) disp t2 maxa=1 maxmin(def) stress (quad4,9,17) maxa=1 maxmin(def) stress (hexa,13,34,55,76,97,118,139,160,181) maxa=1 maxmin(def) stress (beam,8,108) maxa=1 maxmin(grid)=all maxmin(elem)=all

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S5-140

MAXMIN(DEF) 例子输出

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S5-141

网格质量检查 ELEMENT GEOMETRY CHECKS

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S5-142

网格质量检查
● 前处理器经常会因为生成差质量的单元而被诟病(aspect ratio,

taper, warp, skew, etc) ● 过去,每个不符合Nastran推荐值的单元都会有一个单独的输 出信息。 ● 2001版本以后,用户可以控制质量检查信息。甚至可以抑制 质量检查(不推荐)。 ● 质量检查可以由GEOMCHECK执行控制语句来实现

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S5-143

质量检查

格式
FATAL GEOMCHECK test_keyword [= tol_value],[MSGLIMIT = n], [MSGTYPE = INFORM ],[SUMMARY],[NONE] WARN test_keyword tol_value 特定网格质量的关键词 容差值

Geomcheck指定单元检查属性


指定容差值和检查内容

n
FATAL INFORM WARN SUMMARY NONE

输出信息的不合格单元的数目。默认每种单元100行。
质量检查超过容差值的输出fatal信息 质量检查超过容差值的输出informative信息(默认) 质量检查超过容差值的输出warning 信息 输出质量检查汇总表。没有单独的网格质量信息输出 指定不做质量检查

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S5-144

网格质量检查
以下单元可以进行网格质量检查控制:

网格类型
CQUAD4, CQUADR CTRIA3, CTRIAR CTETRA CHEXA CPENTA CBEAM CBAR

检查关键词
Q4_... T3_… TET_... HEX_... PEN_... BEAM_... BAR_...

网格质量检查项目数
5 2 4 4 4 1 1 21

Total:
可以有多行GEOMCHECK。

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S5-145

网格质量检查
Keyword
Q4_SKEW Q4_TAPER Q4_WARP Q4_IAMIN Q4_IAMAX T3_SKEW T3_IAMAX TET_AR TET_EPLR TET_DETJ TET_DETG HEX_AR HEX_EPLR HEX_DETJ HEX_WARP PEN_AR PEN_EPLR PEN_DETJ PEN_WARP BEAM_OFF BAR_OFF
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Value Type
Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real Real Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0 Real ≥ 0.0

Default
30.0 0.50 0.05 30.0 150.0 10.0 160.0 100.0 0.50 0.0 0.0 100.0 0.50 0.0 0.707 100.0 0.50 0.0 0.707 0.15 0.15
S5-146

Comment
Skew angle in degrees Taper Ratio Surface warping factor Minimum Interior Angle in degrees Maximum Interior Angle in degrees Skew angles in degrees Maximum Interior Angle in degrees Longest edge to shortest edge aspect ratio Edge point length ratio | J | minimum value | J | minimum value at vertex point Longest edge to shortest edge aspect ratio Edge point length ratio | J | minimum value Face warp coefficient Longest edge to shortest edge aspect ratio Edge point length ratio | J | minimum value Quadrilateral face warp coefficient CBEAM element offset length ratio CBEAM element offset length ratio

网格质量检查

1.

例子:
设置CQUAD4单元skew angle检查容差为15.0度,输出50行
GEOMCHECK Q4_SKEW=15.0,MSGLIMIT=50

2.

每种单元类型输出500行
GEOMCHECK MSGLIMIT = 500

3.

TAPER检查超出容差值时,输出FATAL信息
GEOMCHECK Q4_TAPER,MSGTYPE=FATAL

4.

要求输出汇总表
GEOMCHECK SUMMARY

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S5-147

网格质量检查
● 等效的NASTRAN语句和它们的默认值
NASTRAN Q4SKEW = 30. or NASTRAN SYSTEM (190) = 30.

(see Q4_SKEW of GEOMCHECK command)

NASTRAN Q4TAPER = 0.5 or

NASTRAN SYSTEM (189) = 0.5

(see Q4_TAPER of GEOMCHECK command)

NASTRAN T3SKEW = 10.

or

NASTRAN SYSTEM (218) = 10.

(see T3_SKEW of GEOMCHECK command)

NASTRAN TETRAAR = 100. or

NASTRAN SYSTEM (191) = 100.

(see TET_AR of GEOMCHECK command)
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网格质量检查
● Q4_Skew 倾斜角检查
Skew test: 四边形单元倾斜角(Skew angle)定义为对边中点构成的直线的夹角

四边形单元应该尽可能保持正方形。任何的倾斜都会使夹角小于 90度。默认值 为30度,小于30度则网格质量检查不合格。

(default value)

理想模型的倾斜角度: α ≥ 60.

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S5-149

网格质量检查
● Q4_Taper 锥度检查
Taper test: 四边形单元的锥度定义为:任意对角线划分的三角形区域的面积, 和四边形单元面积的一半的相对比率。取四个比率中的最大值和容差进行比 较。注意到正四边形的锥度比是0.
Note that for no taper the ratio of (Ji-Ja)/Ja is 0.

= A/4 (default value) Ai - 1.0 A/2
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> 0.5

网格质量检查
● Q4_WARP 翘曲检查
Warp test: 四边形单元的面翘曲定义为:单元角点到节点中平面距离,除以单元 对角线长度的平均值的比率。 小于5%通常是可接受的。平面单元 (所有节点在同一平面内)的翘曲值为零。

H
D1

Default value: Q4_WARP = 0.05
Q4_WARP = H / [ (D1+D2)/2 ] D2

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S5-151

网格质量检查
● Q4_IAMIN and Q4_IAMAX

T3_SKEW and T3_IAMAX

Interior Angle test: 内角检查。对于四边形单元有4个内角,三角形单元存在3个 内角 三 角 形单元的 倾斜角 (Skew angle) 定义 为 最小角 度 。 因 此 T3_SKEW 将取代 T3_IAMIN。

Q4_IAMAX T3_IAMAX Q4_IAMIN T3_SKEW

Default values:

Default values:

Q4_IAMIN = 30o ; Q4_IAMAX= 150o
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T3_SKEW = 10o ; T3_IAMAX= 160o
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网格质量检查
● TET_AR , HEX_AR and PEN_AR 长宽比
Aspect Ratio test: 检查单元中最长的边和最短的边的比率。
长宽比(AR)应当小于4:1 (否则单元内的应力变化太快)。在单轴应力情况下, 大的长宽比是可接受的。

AR = ELmax / ELmin ELmax

Default values: TET_AR = HEX_AR = PEN_AR = 100.0

ELmin
ELmax ELmin
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ELmax

ELmin
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网格质量检查
● TET_EPLR , HEX_EPLR and PEN_ELPR 中间节点长度比检查
Edge Point Length Ratio test: 这种检查只适用于具有中间节点的体单元。检查中间节点相对 位置。理想情况下,中间节点应当位于单元边的中间(此时ELPR = 1.)。 有两种检查方法: 首先,测量中间节点离开两个角点的距离,如果比率大于容差值,则会发布通知信息。 然后,测量中间节点和角点连线,与两个角点之间连线的夹角,角度超多30度则会发布通知 信息。


● ●



● ●
a


α

● ●
b



● ● ●

Default values:
TET_ELPR = HEX_ELPR = PEN_ELPR = 0.5




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ELPR = a/b or ELPR = - cos( α )
A message will be issued for ELPR < 0.5

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网格质量检查
● TET_DETJ , HEX_DETJ and PEN_DETJ 雅克比检查
Integration Point Jacobian Determinant test: 积分点雅克比检查
如果雅克比值为零,或者符号在积分点间有跳跃,则发布一条信息 如果是零值,那么Nastran总是发布FATAL信息,因为这种情况下的单元很少能得到满意 的计算结果。 Default values: TET_DETJ = HEX_DETJ = PEN_DETJ = 0.

● TET_DETG 雅克比检查
Grid Point Jacobian Determinant test: 节点雅克比检查,仅对CTETRA单元有效

类似与积分点雅克比检查,不同之处在于这里的检查位置为节点
如果雅克比值为零,或者符号在积分点间有跳跃,则发布一条信息 Default value: TET_DETG = 0.

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S5-155

网格质量检查
● HEX_WARP and PEN_WARP 翘曲检查
Warped Face test: 主要针对CHEXA和CPENTA单元
表面翘曲系数容差是每个面的对角线上相对的角点处的法向矢量构成的角度。 如果单元的4个节点位于同一平面,则角度为0,翘曲系数为1 默认角度为45o ,大于该角度不能通过检查

α Default values:

HEX_WARP = PEN_WARP = 0.707
WARP = cos (α )

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S5-156

网格质量检查
● BEAM_OFF and BAR_OFF 偏置检查
Offset test: 用于CBEAM和CBAR单元
单元偏置距离和单元长度的相对比 如果比率大于容差值,将输出信息

L2

Default values:
BEAM_OFF = BAR_OFF = 0.15 OFF = | L1-L2 | / L1



L1



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S5-157

网格质量检查
45o

80 QUAD elements

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网格质量检查例子(续)
●例子:
GEOMCHECK Q4_SKEW=60.,MSGLIMIT=5

对四边形单元,倾斜角90度是一个理想值。
检查设置为60度。所有小于60度地倾斜角的单元不能通过检查。 最大仅有5条报警信息。

默认MSGTYPE=INFORM, “xxxx”将作为输出文件中的关键词出现,即 使有单元不能检查检查,也不会使程序中止。

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S5-159

网格质量检查例子(续)
M O D E L NUMBER OF GRID S U M M A R Y POINTS =

各种信息类型的描述。 用户可以通过指定MSGTYPE指定报错类型
102

NUMBER OF CQUAD4

ELEMENTS =

80

*** USER INFORMATION MESSAGE 7555 (GMTSTD) FINITE ELEMENT GEOMETRY CHECK RESULTS EXCEED TOLERANCE LEVELS FOR THE FOLLOWING ELEMENTS. METRIC VALUES THAT EXCEED TEST TOLERANCE LIMITS ARE IDENTIFIED BY ONE OF THE FOLLOWING FLAGS PLACED TO THE RIGHT OF THE METRIC VALUE. "xxxx" FOR TEST RESULTS EXCEEDING TOLERANCES. INFORMATIONAL ONLY. PROBLEM SOLUTION CONTINUES. (DEFAULT FLAG) "xxxx" FOR TEST RESULTS EXCEEDING TOLERANCES. INFORMATIONAL ONLY. PROBLEM SOLUTION CONTINUES. "WARN" FOR TEST RESULTS EXCEEDING TOLERANCES. INFORMATIONAL ONLY. PROBLEM SOLUTION CONTINUES. "FAIL" FOR TEST RESULTS EXCEEDING TOLERANCES. SEVERE ERROR. PROBLEM SOLUTION TERMINATES. USER ACTION: USE THE GEOMCHECK (EXECUTIVE CONTROL STATEMENT) KEYWORD=VALUE TO CHANGE TOLERANCE VALUES IF DESIRED. A MAXIMUM OF 5 SKEW ANGLE (SA) TOLERANCE LIMIT VIOLATIONS WILL BE IDENTIFIED BY THE FLAG "xxxx" PLACED AFTER THE VALUE METRIC FOR THE TEST. A MAXIMUM OF 100 MIN INT. ANGLE (IA) TOLERANCE LIMIT VIOLATIONS WILL BE IDENTIFIED BY THE FLAG "xxxx" PLACED AFTER THE VALUE METRIC FOR THE TEST. A MAXIMUM OF 100 MAX INT. ANGLE (IA) TOLERANCE LIMIT VIOLATIONS WILL BE IDENTIFIED BY THE FLAG "xxxx" PLACED AFTER THE VALUE METRIC FOR THE TEST. A MAXIMUM OF 100 WARPING FACTOR (WF) TOLERANCE LIMIT VIOLATIONS WILL BE IDENTIFIED BY THE FLAG "xxxx" PLACED AFTER THE VALUE METRIC FOR THE TEST. A MAXIMUM OF 100 TAPER RATIO (TR) TOLERANCE LIMIT VIOLATIONS WILL BE IDENTIFIED BY THE FLAG "xxxx" PLACED AFTER THE VALUE METRIC FOR THE TEST. USER INFORMATION: THE MAXIMUM MESSAGE COUNT FOR ANY ONE ELEMENT ERROR TEST COULD BE EXCEEDED BY THE CUMULATIVE EFFECT OF ALL THE MESSAGES GENERATED FOR ALL OF THE DIFFERENT TESTS PERFORMED.

其它的QUAD检查,最大100条信 息(默认值)
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GEOMCHECK Q4_SKEW=60.,MSGLIMIT=5 Q4_SKEW测试最多有5条信息
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网格质量检查例子(续)
GEOMCHECK Q4_SKEW=60.,MSGLIMIT=5,MSGTYPE=INFORM 本次检查不会中止程序运行。
1 0 TOLERANCE LIMITS ARE: SA = 60.00, IA(MIN) = 30.00, IA(MAX) = 150.00, WF = 0.05, TR = 0.50 (FLAG = LIMIT VIOLATED) ELEMENT TYPE ID SKEW ANGLE MIN INT. ANGLE MAX INT. ANGLE WARPING FACTOR TAPER RATIO QUAD4 1 45.00 xxxx 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 2 45.00 xxxx 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 3 45.00 xxxx 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 4 45.00 xxxx 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 5 45.00 xxxx 45.00 135.00 0.00 0.00 1 MSC.NASTRAN JOB CREATED ON 28-JUL-05 AT 11:18:00 JULY 28, 2005 MSC.NASTRAN 9/23/04 PAGE 0 MSC.NASTRAN JOB CREATED ON 28-JUL-05 AT 11:18:00 JULY 28, 2005 MSC.NASTRAN 9/23/04 PAGE 4

5

ELEMENT TYPE QUAD4

E L E M E N T G E O M E T R Y T E S T R E S U L T S TOTAL NUMBER OF TIMES TOLERANCES WERE EXCEEDED ASPECT/ MINIMUM MAXIMUM SURFACE/FACE SKEW ANGLE TAPER RATIO INTER. ANGLE INTER. ANGLE WARP FACTOR 80 0 0 0 0

S U M M A R Y EDGE POINT LENGTH RATIO N/A JACOBIAN DETERMINANT N/A

OFFSET RATIO N/A

N/A IN THE ABOVE TABLE INDICATES TESTS THAT ARE NOT APPLICABLE TO THE ELEMENT TYPE AND WERE NOT PERFORMED. FOR ALL ELEMENTS WHERE GEOMETRY TEST RESULTS HAVE EXCEEDED TOLERANCES, QUAD4 ELEMENT ID 1 PRODUCED SMALLEST SKEW ANGLE OF 45.00 (TOLERANCE = 60.00).

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网格质量检查例子(续)
GEOMCHECK Q4_SKEW=60.,MSGLIMIT=5,MSGTYPE=WARN 本次检查不会中止程序运行。
1
0 TOLERANCE LIMITS ARE: SA = 60.00, IA(MIN) = 30.00, IA(MAX) = 150.00, WF = 0.05, TR = 0.50 (FLAG = LIMIT VIOLATED) ELEMENT TYPE ID SKEW ANGLE MIN INT. ANGLE MAX INT. ANGLE WARPING FACTOR TAPER RATIO QUAD4 1 45.00 WARN 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 2 45.00 WARN 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 3 45.00 WARN 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 4 45.00 WARN 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 5 45.00 WARN 45.00 135.00 0.00 0.00 1 MSC.NASTRAN JOB CREATED ON 28-JUL-05 AT 11:18:00 JULY 28, 2005 MSC.NASTRAN 9/23/04 PAGE 0

MSC.NASTRAN JOB CREATED ON 28-JUL-05 AT 11:18:00

JULY

28, 2005

MSC.NASTRAN

9/23/04

PAGE

4

5

ELEMENT TYPE QUAD4

E L E M E N T G E O M E T R Y T E S T R E S U L T S TOTAL NUMBER OF TIMES TOLERANCES WERE EXCEEDED ASPECT/ MINIMUM MAXIMUM SURFACE/FACE SKEW ANGLE TAPER RATIO INTER. ANGLE INTER. ANGLE WARP FACTOR 80 0 0 0 0

S U M M A R Y EDGE POINT LENGTH RATIO N/A JACOBIAN DETERMINANT N/A

OFFSET RATIO N/A

N/A IN THE ABOVE TABLE INDICATES TESTS THAT ARE NOT APPLICABLE TO THE ELEMENT TYPE AND WERE NOT PERFORMED. FOR ALL ELEMENTS WHERE GEOMETRY TEST RESULTS HAVE EXCEEDED TOLERANCES, QUAD4 ELEMENT ID 1 PRODUCED SMALLEST SKEW ANGLE OF 45.00 (TOLERANCE = 60.00).

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S5-162

网格质量检查例子(续)
GEOMCHECK Q4_SKEW=60.,MSGLIMIT=5,MSGTYPE=FATAL 本次检查(FATAL信息)会中止程序运行。
1 0 TOLERANCE LIMITS ARE: SA = 60.00, IA(MIN) = 30.00, IA(MAX) = 150.00, WF = 0.05, TR = 0.50 (FLAG = LIMIT VIOLATED) ELEMENT TYPE ID SKEW ANGLE MIN INT. ANGLE MAX INT. ANGLE WARPING FACTOR TAPER RATIO QUAD4 1 45.00 FAIL 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 2 45.00 FAIL 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 3 45.00 FAIL 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 4 45.00 FAIL 45.00 135.00 0.00 0.00 QUAD4 5 45.00 FAIL 45.00 135.00 0.00 0.00 1 MSC.NASTRAN JOB CREATED ON 28-JUL-05 AT 11:18:00 JULY 28, 2005 MSC.NASTRAN 9/23/04 PAGE 0 MSC.NASTRAN JOB CREATED ON 28-JUL-05 AT 11:18:00 JULY 28, 2005 MSC.NASTRAN 9/23/04 PAGE 4

5

ELEMENT TYPE QUAD4

E L E M E N T G E O M E T R Y T E S T R E S U L T S TOTAL NUMBER OF TIMES TOLERANCES WERE EXCEEDED ASPECT/ MINIMUM MAXIMUM SURFACE/FACE SKEW ANGLE TAPER RATIO INTER. ANGLE INTER. ANGLE WARP FACTOR 80 0 0 0 0

S U M M A R Y EDGE POINT LENGTH RATIO N/A JACOBIAN DETERMINANT N/A

OFFSET RATIO N/A

N/A IN THE ABOVE TABLE INDICATES TESTS THAT ARE NOT APPLICABLE TO THE ELEMENT TYPE AND WERE NOT PERFORMED. FOR ALL ELEMENTS WHERE GEOMETRY TEST RESULTS HAVE EXCEEDED TOLERANCES, QUAD4 ELEMENT ID 1 PRODUCED SMALLEST SKEW ANGLE MSC.NASTRAN JOB CREATED ON 28-JUL-05 AT 11:18:00 OF 45.00 (TOLERANCE = 60.00). JULY 28, 2005 MSC.NASTRAN 9/23/04

1 0

PAGE

6

*** USER FATAL MESSAGE 7555 (EMGPRO) EMG MODULE TERMINATING DUE TO SEVERE FAILURE OF ELEMENT GEOMETRY CHECK TESTS. THE ELEMENT TYPES, ELEMENT IDS AND FAILING TESTS ARE IDENTIFIED ON PREVIOUS PAGES WITH THE FLAG "FAIL" PLACED AFTER THE VALUE METRIC OF THE TEST THAT FAILED. ^^^ USER WARNING MESSAGE 9031 (ERRPH1) ^^^ NOGO ENCOUNTERED IN SUBDMAP SEMG

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S5-163

结构对称性
● 镜面对称经常使用来缩短分析时间

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S5-164

结构对称性(续)
● 接下来的例子用来说明对称建模技术。
全模型
5000 lb

2 3

4 A C

B

1

5

Y X
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结构对称性(续)
对称模型
2500 lb
P 2 P 2

SUBCASE 1
2 3 SPC DOF 1,5,6 at Grid Point 3 for symmetry 1

Y X

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S5-166

结构对称性(续)
反对称模型
Displaced Shape 2500 lb

SUBCASE 2
3 SPC DOF 2,3,4 at Grid Point 3 for antisymmetry

2

1

Y X

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S5-167

结构对称性(续)
D SYM,EX TIME 5 SOL 101 CEND $ TITLE =EXAMPLE OF USING SYMMETRY/ANTISYMMETRY CONSTRAINTS DISP = ALL $ SUBCASE 1 LABEL = SYMMETRY CONSTRAINTS SPC = 1 LOAD = 1 $ SUBCASE 2 LABEL = ANTISYMMETRY CONSTRAINTS SPC = 2 LOAD = 1 $ SUBCOM 3 LABEL = LEFT SIDE OF MODEL SUBSEQ 1.0, 1.0 $ SUBCOM 4 LABEL = RIGHT SIDE OF MODEL SUBSEQ 1.0, -1.0 $ BEGIN BULK $ GRID 1 0.0 0.0 0.0 123456 GRID 2 0.0 10.0 0.0 GRID 3 5.0 10.0 0.0 $ CBAR 1 100 1 2 -1.0 0.0 0.0 CBAR 2 100 2 3 0.0 1.0 0.0 PBAR 100 1 5.0 5.0 5.0 $
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结构对称性(续)
MAT1 1 3.E+7 0.3 $ FORCE 1 2 2500. $ $ Symmetric Boundary Conditions SPC1 1 156 3 $ $ Antisymmetric Boundary Conditions $ SPC1 2 234 3 $ ENDDATA 0.0 -1.0 0.0

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S5-169

结构对称性(续)
● SUBCOM 3 显示了左侧位移结果如图

SUBCASE 1

+

SUBCASE 2

=

SUBCOM 3

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S5-170

结构对称性(续)
● SUBCOM 4 显示了右侧位移结果如图

B =

C

SUBCASE 1
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-

SUBCASE 2

=

SUBCOM 4

S5-171

结构对称性(续)
● SUBCOM3和SUBCOM 4一起描述了整个模型的变形。

A

C

B

NAS101, Sec

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