Patran 教程第7章 材料(Material)ppt课件
patran培训教材(有限元分析).doc
目录第一章 Patran基础知识 (2)第二章悬臂梁的有限元建模与变形分析 (12)第三章受热载荷作用的薄板的有限元建模与温度场求解 (20)第四章带孔平板的受力分析（平面） (23)第五章厚壁圆筒的受内压作用时的应力分析 (27)第六章受压力载荷作用时板的受力分析 (31)第七章板的模态分析 (34)第八章板的瞬态响应分析 (37)第九章板的频率响应分析 (40)第十章提取车架中性面的模态分析 (43)第一章 Patran 基础知识一．Patran 的用户界面介绍Patran 具有良好的用户界面，清晰、简单、易于使用且方便记忆，其用户界面如图1-1所示。
图1-1 patran 界面按照各部分的功能，可将Patran 界面划分为四个区域：菜单和工具栏区、操作面板区、图形编辑区、信息显示和命令行输入区。
下面，就分别对这几个区域进行介绍。
1.菜单和工具栏区如图1-2所示，patran 的界面上有一行菜单，两行工具栏。
图1-2 菜单工具栏Patran 的菜单是该软件的重要组成部分，使用菜单项，可以完成多设置和操作。
本来，菜单与各种工具是配合使用的，两者是不能独立区分的。
这里对菜单栏进行简单的介绍，一般情况下，Patran 有九个主菜单项，如图1-2所示，文件菜单栏应用菜单按钮工具栏管理（File）菜单主要用于Patran数据库文件的打开/关闭，同时也用来从其他CAD系统输入模型；组（Group）菜单主要用于组的操作，作用类似CAD系统中的“层”；视窗管理（Viewport）菜单用于视窗设置；视图操作（Viewing）菜单用于图形显示设置，包括了工具栏中一些工具的功能；元素显示管理（Display）菜单用于设置各种元素的显示方式；参数设置（Preferences）菜单用于选择求解器，定制用户自己的环境等操作；工具选项（Tools）菜单中提供了许多非常有用的工具；在线帮助（Help）菜单为使用者提供在线帮助。
patran培训教材(有限元分析)
目录第一章 Patran基础知识 (2)第二章悬臂梁的有限元建模与变形分析 (12)第三章受热载荷作用的薄板的有限元建模与温度场求解 (20)第四章带孔平板的受力分析（平面） (23)第五章厚壁圆筒的受内压作用时的应力分析 (27)第六章受压力载荷作用时板的受力分析 (31)第七章板的模态分析 (34)第八章板的瞬态响应分析 (37)第九章板的频率响应分析 (40)第十章提取车架中性面的模态分析 (43)第一章 Patran 基础知识一．Patran 的用户界面介绍Patran 具有良好的用户界面，清晰、简单、易于使用且方便记忆，其用户界面如图1-1所示。
图1-1 patran 界面按照各部分的功能，可将Patran 界面划分为四个区域：菜单和工具栏区、操作面板区、图形编辑区、信息显示和命令行输入区。
下面，就分别对这几个区域进行介绍。
1.菜单和工具栏区如图1-2所示，patran 的界面上有一行菜单，两行工具栏。
图1-2 菜单工具栏Patran 的菜单是该软件的重要组成部分，使用菜单项，可以完成多设置和操作。
本来，菜单与各种工具是配合使用的，两者是不能独立区分的。
这里对菜单栏进行简单的介绍，一般情况下，Patran 有九个主菜单项，如图1-2所示，文件菜单栏应用菜单按钮工具栏管理（File）菜单主要用于Patran数据库文件的打开/关闭，同时也用来从其他CAD系统输入模型；组（Group）菜单主要用于组的操作，作用类似CAD系统中的“层”；视窗管理（Viewport）菜单用于视窗设置；视图操作（Viewing）菜单用于图形显示设置，包括了工具栏中一些工具的功能；元素显示管理（Display）菜单用于设置各种元素的显示方式；参数设置（Preferences）菜单用于选择求解器，定制用户自己的环境等操作；工具选项（Tools）菜单中提供了许多非常有用的工具；在线帮助（Help）菜单为使用者提供在线帮助。
第7章 patran材料(Material)
示例
例2：创建九层复合材料模型，其参数如下：
基层材料（2D正交各向异性）参数为： E11=40 ×106 E22=1 ×106 12=0.25 G12=0.5×106 G23=0.5×106 G13=0.6×108 层厚为：0.01 / 0.0125 / 0.01 / 0.0125 / 0.01 / 0.0125 / 0.01 / 0.0125 / 0.01 辅层方向为：0 / 90 / 0 / 90 / 0 / 90 / 0 / 90 / 0
当存在惯性力，或进行动力或模态分析，由mr2，f=ma等关系存在， 对自封闭一定要小心
如一定要用非封闭单位，例长度mm，其他均用国际单位制，可用 msc/nastran参数wtmass调节
6 .创建自己常用材料库
1）File / New ，用mscnastran_template为模板，建一个新数据库，名为 “Mymaterial_template” ； 2）不作任何操作，直接进入Materials界面，然后将你的所有材料逐一全部创建 3）退出PATRAN，新产生“Mymaterial_template.db”文件拷贝到PATRAN安装 目录中，例如“/msc/patran75”； 以“Mymaterial_template.db”为模板来新建一个PATRAN 数据库文件， Materials中自动包括你材料
不同分析所需材料数据，及以毫米，秒，兆帕，牛顿为单位的量纲范围
分析类型 一般线性分析 含重力，离心力的线性分析 线性热应力分析 E 、 E 、 、 E、、、T(ref) 材料参数 E＝2.1×105 =0.3 E、同上；=7.8×106 E、同上；＝1.2×105 ；T=20 参考值
Patran支持的Msc/Nastran本构
Patran培训
◆ 每个按钮，对应分析过程一部分 ◆按下任一个，右边出现相应Application Widget
▲▲▲ Tool Bar （快捷访问图符菜单）
◆用户自定制的快捷图符菜单
▲▲▲ History Box （历史窗口） ◆显示操作PATRAN每一步过程。
▲▲▲ Command Line （命令行） ◆命令行输入。
▲ ▲实体
Patran中分为：简单实体（Parametric Solid) B-rep实体(Boundary representation Solid）
简单实体：只能是四面体,五面体或六面体
可用P1~P8八个顶点 可用ξ1,ξ2,ξ3三参数表示 显示为蓝色（Blue）
简单实体可用IsoMesh (mapped) 网格划分器将 实体划分为六面体、五面体单元； 也可以Tet网格划分器将实体划分为四面体单元
相同CAD软件建模核心：Parasolid, ACIS
▲ ▲读入CAD软件输出模型进行修改
▲选分析程序
▲ ▲分析程序共性：几何、网格划分、网格检查 个性：材料本构、单元类型、分析过程 ▲ ▲MSC.Patran支持的分析程序 MSC.Nastran MSC. Dytran MSC. Marc MSC. Fatigue MSC. Advanced_FEA Abaqus ANSYS Pamcrash Fluent StarCD
显示为绿色(Green)
简单曲面可以用IsoMesh(mapped)或Paver划分器划分网格
复杂曲面：任意形状封闭外边界和任意多任意形状封闭内边界 一般内外封闭曲线都是复杂曲线 任何曲面都可用复杂曲面表示 超过4条边的曲面一定为复杂曲面
显示为洋红色(Magenda)
复杂曲面只能用Paver划分器划分网格
patran技巧
Patran使用技巧display---color palette点白色的小图标把lightness 设置为1点黑色的小图标把lightness 设置为0背景颜色就是白色的了！Nastran计算后，用Pastran调用结果文件时发现，计算的结果文件默认放在了C:/temp文件夹，怎样修改结果文件的路径阿，请各位指教！patran临时文件目录的修改：在桌面的patran图标上右击选属性，打开后修改起始位置即可。
patran调用nastran计算时临时文件目录的修改：在桌面的我的电脑图标上右击选属性，打开后选择高级页面，选环境变量，进去后修改用户环境变量temp和tmp即可。
P3_TRANS更改这个文件里面的路径就直接可以无缝连接了在patran的安装文件夹里面patran和nastran这样修改文件的存放路径还是可以的，如果是其他的，如fatigue，在这样修改就会引起错误，所以建议大家还是不要改好了啊，呵呵1Q:<Patran> 为何我的FEM选单中不会出现Hybrid Mesh?请在系统的环境变数中增加以下变数:PATRAN_USE_HYBRID_SURFACE_MESHER值设定为 TRUE , 这样在surface mesh处, 除了Iso Mesh跟Paver Mesh外,就会看到另外一个Hybrid Mesh的选项.科研中国整理.2Q:MSC多解析任务批处理的方法A:如果仅有一台机器可以进行解析运算,有时候任务比较多的时候会时间来不及.提交模型让机器计算之后只能在旁边傻看着,什么也做不了. 其实有一种比较好一点的方法.可以用批处理文件让机器连续自动处理,下班时运行披处理文件,第二天早上来看结果.方法如下:比如有 3个模型,S1.MOD,S2.MOD,S3.MOD1. 分别将上诉3个模型导出为DAT文件2.建立批处理c:\mscvn4w2002\solver\bin\nastran S1.datc:\mscvn4w2002\solver\bin\nastran S2.datc:\mscvn4w2002\solver\bin\nastran S3.dat3. 双击4. 下班5. 上班6. 导入解析结果.3Q:在 Patran里如何Move 一组Points 的位置 , 而不改变这组 Points 的 ID 编号?A:Group/Transform/Translate的功能, 这样不但编号不会变, 连property跟边界条件都会保留.4QPatran如何执行多次Undo?A:所有Patran的操作步骤, 都记录在最新的一个patran.ses.xx中,如果需要多次undo, 可以刪除最后不需要的步骤指令行, 再利用 File -> Session -> Play 的方式, 执行改过的patran.ses.xx ,这样可以无限制的undo。
patran培训教材
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PAT301, Workshop 1, September 2008 Copyright 2008 MSC.Software Corporation
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WS1-9
Step 4. Create Constraints (Cont.)
Select the application region for the nodal constraints: a. Click on Select Application Region…. b. Set the Geometry Filter to Geometry. c. Click under Select Geometry Entities, then on the Surface or Face icon. d. Select both pinhole faces and click Add. e. Click OK. f. Click Apply.
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WS1-6
Step 2. Import the Model Geometry (Cont.)
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● Problem Description
● Determine if the stress in this typical piston model is low enough for the material to be in the linear elastic region. ● Piston material: Steel with E = 30 x 106 psi and n =0.3 ● Pressure on piston = 1200 psi
patran
MSC/PATRAN 软件介绍概述MSC/PATRAN是工业领域最著名的有限元前、后处理器，是一个开放式、多功能的三维MCAE软件包，具有集工程设计、工程分析、和结果评估功能于一体的、交互图形界面的CAE集成环境。
主要特点♦鼠标驱动的Motif标准图形用户界面♦命令过程自动文件记录，记录文件可编辑修改并用于模型参数化研究♦交互的超文本在线帮助系统♦数据库不同平台相互兼容♦强大的PATRAN命令语言(PCL)可使用户开发自己的分析模块和完全集成已有的分析程序♦CAD模型直接读入♦Unigraphics几何特征读写和编辑功能♦独立的几何模型的创建和编辑工具♦完全集成MSC的各种分析求解器及外部、第三方的分析求解器♦丰富、高质量的1D, 2D 和 3D网格划分器♦任意的梁截面库定义♦载荷、边界条件、材料和单元特性可直接施加在几何模型上♦可视化的与时间或温度相关的载荷和材料特性的定义及显示♦丰富的结果后处理功能♦丰富可调的色彩显示方案♦直接访问材料管理系统MSC/MVISION中的各种材料数据♦网络浮动LICENSE管理♦通过2000年问题检验图形用户界面MSC/PATRAN图形用户界面是一个基于表格、鼠标驱动的菜单和图标系统，所有菜单风格一致、易学易用。
其功能可概述为：♦OSF Motif 标准♦全屏幕菜单系统♦命令中断功能♦用户输入可选择：鼠标、对话框、键盘♦方框和多边形鼠标屏幕选取方式♦命令UNDO功能♦屏幕拾取或直接输入标号选择要素♦要素标号重排功能♦任何时刻可访问PATRAN的任意应用功能♦用户定制的、图标式的“Quick Pick”工具菜单，使用户更容易访问常用的命令♦用户可开发的开放界面♦流行的Frame在线超文本联机帮助系统CAD几何模型的直接读入MSC/PATRAN 可以直接读取当前各主流CAD系统的几何造型用于生成有限元模型，读入的CAD模型保持其原有的格式而不作近似处理，生成的有限元单元、模型的载荷、边界条件和材料特性均和几何模型相关联。
昆腾培训教材
385 485 685
780 785
984E Family
Quantum
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Micro
1968
1972
1976
1980
1984
1988
1992
1996
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重点强调的是在1982年Modicon来到中国，成为了中国自动化控 制历史上的一座里程碑 PLC在这三十年里揭去了神秘的面纱，成为了广为中国工程师所 熟悉的标准配置产品。随着中国经济的迅速发展，对于工业自 动化产品的使用率直线提高，Modicon产品被更多的人所接受。 从使用磁带编程器的编程工具到使用电脑进行快捷的编程操 作；从小到几平方米，大到几十平方米的监测面板到现在的电 脑智能监测；从原来一个机架只有几十个I/O点的模块发展到现 在单架就有1024个I/O工作点的机架，Modicon在这30年中经过 了无数次的技术更新，同时也见证了中国自动化工业30年来的 蓬勃发展。在我们公司，炼钢、炼铁、烧结等各大区域都有相 关自动化产品使用。
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底板
模 板 热 更 换 可带电更换任何模板（exc：NOE） I/O 模板 电源 CPU’s 智能选件 不会损坏: 模板 背板 系统 电 子 模 块 ID 保 证 用 户 配 置 与 实 际 模 块 一 致
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底板
140 XBP 0** 00
1 一个金属框架。 2 一个底板接头。 3 用于附着模块的螺纹孔。 4 安装孔。 5 接地端子。
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底板
底 板 扩 展 (XBE) 模 块
同一 140 XBE 100 00 底板扩展器模块可用于主底板和辅底板。一个完整的 底板扩展器系统包含两个 140 XBE 100 00 模块和一条扩展器电缆，长度为 3、6 和 9 英尺。 系统可使用任何 Quantum 电源类型。每个底板可拥有一个不同类型的电源 辅助底板失电不会关闭整个分站。只有位于辅助底板中的模块会失电。 底板扩展器模块可位于底板中的任何插槽内，且不必放置在主底板和辅助底 板中的对应插槽位置。 编程软件不识别底板扩展器模块。它在 I/O 映射中显示为空闲插槽。 支持所有 Quantum 底板尺寸。 底板扩展器系统支持本地 I/O，提供了一种无需升级为 RIO 就能扩展到第二 机架的低成本途径。 底板扩展器系统支持远程 I/O，包括完全的 31 远程 I/O 分站支持。 底板扩展器模块支持所有 Quantum 数字和模拟 I/O 模块，连同两个 Quantum 高速计数器。
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7 . Show Material Properties
2D Anisotropic
3D Anisotropic Composite
2D 各向异性
3D材料参数) Rule of
PATRAN 支 持 多 种 复合 材 料 模型 ， 其中 包括 laminate composite ; Mixture ; 5种Halpin-Tsai 模型和1D、2D Short Fiber模型
Patran支持的Msc/Nastran本构
linear Elastic
nonlinear Elastic Elastoplaslic Failure Creep
线弹性
非线性弹性 弹塑性 失效 蠕变
3.创建材料例子
例1：创建一种各向同性材料，名为“Steel-Outer-Shell”，材料参数为：E＝30×106 psi， =0.3，y=70000 psi， H=7000 psi
示例
例2：创建九层复合材料模型，其参数如下：
基层材料（2D正交各向异性）参数为： E11=40 ×106 E22=1 ×106 12=0.25 G12=0.5×106 G23=0.5×106 G13=0.6×108 层厚为：0.01 / 0.0125 / 0.01 / 0.0125 / 0.01 / 0.0125 / 0.01 / 0.0125 / 0.01 辅层方向为：0 / 90 / 0 / 90 / 0 / 90 / 0 / 90 / 0
（1）点Field，然后Create / Material Property / Tabular Input，创建二个Field，名称分别为Alpha和 Elastic_Modules，描述E和随温度的变化 （2）输入相应数据E随T的关系曲线；对α与T的关系曲线同样
（3）点Materials，输材料名thermal-elastic-aluminum；
示例
例3：温度相关材料创建，名thermal-elastic-aluminum；弹性模量，泊松比和热膨胀 系数（）随温度的变化
T（温度） 0 200 400 E（杨氏模量） 10×106 9.5×106 9.0×106 （泊松比） 0.3 0.3 0.3. （热膨胀系数） 6.0×106 5.0×106 4.0×106
当存在惯性力，或进行动力或模态分析，由mr2，f=ma等关系存在， 对自封闭一定要小心
如一定要用非封闭单位，例长度mm，其他均用国际单位制，可用 msc/nastran参数wtmass调节
6 .创建自己常用材料库
1）File / New ，用mscnastran_template为模板，建一个新数据库，名为 “Mymaterial_template” ； 2）不作任何操作，直接进入Materials界面，然后将你的所有材料逐一全部创建 3）退出PATRAN，新产生“Mymaterial_template.db”文件拷贝到PATRAN安装 目录中，例如“/msc/patran75”； 以“Mymaterial_template.db”为模板来新建一个PATRAN 数据库文件， Materials中自动包括你材料
（1）进Materials，后Create / 2D Orthotropic，建2D正交各向异 性基层材料，名称取为“lam-prop”； （2）点Input Property，输入2D正交各向异性基层材料数据， 完成材料“lam-prop”创建； （3）Create / Composite / Laminate，用基层材料“lam-prop”来 建名为“lam_prop”的复合材料 （4）逐层输入每层的材料名称，厚度及辅层方向。 （5）Apply，完成复合材料的创建。
Patran PPT 教程_第7章 材料 (Material)
2. Patran支持的材料模型
弹性结构材料模型
Isotropic 2D Orthotropic 3D Orthotropic 各向同性(2个材料参数：E、) 2D正交各向异性(6个材料参数：E11、E22 、12 、G12、G13、G23 ) 3D 正交各向异性(9个材料参数：3个E、3个、3个G)
自由模态或屈曲分析
直接法的线性动力响应分析
E、、
E、、、
同上
一般取0.04,但不是必须的
E－弹性模量 －阻尼系数
－泊松比
－密度
－热膨胀系数 T－温度
5 . 单位
Patran 和 Nastran 中，单位制由用户自己确定 只要使用一套自封闭单位制即可
如:全使用国际单位制，即米、牛顿、帕、干克/米3、干克、米/秒等。
（4）点Input Property, 输入材料数据，其Alpha 和ELastic_Modules从下面Temperature Dependent Field内直接点取 （5）Apply
4. Activating / Deactivating 材料模型
当一种材料有多个本构关系时，通过“激活”或“失效”方式选有效的本构关 系 PATRAN中，该功能通过“Change Material Status”来实现 材料所有本构关系都列在Active 或Inactive二框中
(1) 点material
(2) 在Material Name 下输入材料名：”Steel-Outer-Shell” (3)点Input Properties (4) 输弹性数据E和ν (5)将本构模型（Constitutive Model）改Elastoplastic， 选Hardening Slope，屈服 函数和硬化准则用缺省值 (6) 输入非线性数据y和H (7) 按Apply, 材料建立完毕
不同分析所需材料数据，及以毫米，秒，兆帕，牛顿为单位的量纲范围
分析类型 一般线性分析 含重力，离心力的线性分析 线性热应力分析 E 、 E 、 、 E、、、T(ref) 材料参数 E＝2.1×105 =0.3 E、同上；=7.8×106 E、同上；＝1.2×105 ；T=20 参考值