Nastran静力分析1-3章讲解
机械基础——静力分析基础PPT课件
将物体间各种复杂的连接方式抽象化为如下几种典 型的约束类型。
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1．柔索约束
用柔软的皮带、绳索、
链条阻碍物体运动而构成的
约束叫柔体约束。约束反力
T
一定通过接触点，沿着柔体
绳
中心线背离被约束物体的方
向的拉力，如右图中的力。
取出分离体后，单独画出简图，然后将其他物体对
它作用的所有主动力和约束反力全部表示出来，这样的 图称为受力图或分离体图。
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步骤：
(1)确定研究对象。去掉周围物体及全部约束，单 独画出研究对象(脱离体)的简图；
(2)画主动力。根据外加载荷在分离体上画出主动力 的大小、方向及作用点；
(3)画约束反力。根据周围物体对它的作用效果， 在分离体上画出约束反力，能确定方向的按实际方向画 出，不能确定的可用水平和垂直两个分力表示。
沿着接触点的公法线(沿半径202，1 过球心)，指向小球。 22
例2-2 图2-15(a)所示为活塞连杆机构，试画出活塞B
的受力图。
解:（1）取活塞为研究对象，画出分离体。
（2）在分离体上画出主动力F；
（3）画约束反力。
缸筒壁对活塞B 的约束
视为光滑面，约束反力FN 沿法线指向活塞B。连杆
AB在A、B两点受铰链约束
称为力F对点O之矩，简称力矩，记作
MO(F)＝± Fd
式中，d 称为力臂；O点称为
矩心。式中正负号表示力矩的
转向。在平面内规定：力使物
体绕矩心作逆时针方向转动时，
力矩为正；力使物体作顺时针
方向转动时，力矩为负。
看板网Nastran有限元分析课程内容
看板网Nastran有限元分析课程内容由于Nastran极高的软件可靠性、优秀的软件品质、作为工业标准的输入/输出格式、强大的软件功能、高度灵活的开放式结构和无限的解题能力等六大优势所以被广泛应用于机械、汽车、家电、电子产品、家具、建筑、医学骨科等产品设计及研发。
Nastran分析功能主要有动力学分析、正则模态分析、复特征值分析、瞬态响应分析(时间-历程分析)、随机振动分析、响应谱分析、频率响应分析和声学分析等八大分析功能。
Nastran有限元分析的作用是确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本;在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题;模拟各种试验方案，减少试验时间和经费;是产品设计研发的核心技术。
那么我们要学习Nastran有限元分析我们应该学哪些内容呢？以下是看板网根据超过十年的Nastran项目经验和Nastran培训经验，根据社会需求，根据企业和个人的需求，做出了以下Nastran有限元分析课程内容；一、课程大纲：1.静力分析1)具有惯性释放的静力分析2)非线性静力分析2.屈曲分析3.动力学分析1)随机振动分析2)正则模态分析3)复特征值分析4)瞬态响应分析(时间-历程分析)5)响应谱分析6)频率响应分析7)声学分析4.非线性分析1)非线性静力分析2)非线性静力分析3)非线性边界(接触问题)4)非线性瞬态分析5)非线性单元5.热传导分析1)线性/非线性稳态热传导分析2)线性/非线性瞬态热传导分析3)相变分析4)热控分析6.空气动力弹性及颤振分析1)静动气弹响应分析二、Nastran的自适应早在1986年MSC公司就开发出了P单元算法,命名为MSC.PROBE,历经十多年的应用和改进而完善,该算法正逐步移入MSC.NASTRAN中。
H-法是我们在以往有限元分析中经常使用的算法,其特点是适用于大多数分析类型,对于高应力区往往要通过网格的不断加密细化来满足分析精度。
nastran操作指南
“机械工程有限元分析基础”本科生课程有限元分析软件MSC.NASTRAN2005r2ed操作指南南京航空航天大学机电学院设计工程系陈剑张保强郭勤涛2007年11月有限元结构静力与动态分析详细步骤南京航空航天大学机电学院设计工程系陈剑张保强郭勤涛一、分析目的有限元分析(FEA)是对物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情况的数值近似。
通过划分单元，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知量。
借助有限元分析软件进行结构静力与结构动力分析可以节省大量的时间。
通过本分析可以熟悉有限元软件patran与nastran的使用。
二、分析内容1、使用nastran进行一个悬臂梁的静力分析和动力分析2、使用nastran进行直齿圆柱齿轮的静力分析三、使用软件简单介绍MSC.Patran作为一个优秀的前后之处理器，具有高度的集成能力和良好的适用性：自动有限元建模: MSC.Patran的新产品中不断增加了很多更灵活更方便的智能化工具, 同时提供了自动网格及工业界最先进的映射网格划分功能, 使用户快速完成他们想做的工作。
同时也提供手动和其它有限元建模方法，一满足不同的需求。
分析的集成：MSC.Patran提供了众多的软件接口，将世界上大部分著名的不同类型分析软件和技术集于一体，为用户提供一个公共的环境。
这样可以使用户不必担心不同软件之间的兼容问题，在其它软件中建立的模型，在MSC.Patran 中仍然可以正常使用，非常灵活。
用户也能够根据多种类型的仿真结果对产品的整体设计给出正确的判断, 进行相应的改进，这就大大的提高了工作效率。
用户可自主开发新的功能：用户可将MSC.Patran作为自己的前后置处理器, 并利用其强大的PCL（Patran Command Language ）语言和编程函数库把自行开发的应用程序和功能及针对特殊要求开发的内容直接嵌入MSC.Patran的框架系统, 或单独使用或与其它系统联合使用。
Nastran基础培训1_简介
Nastran基础培训1_简介第一章 Nastran 简介一概述1 功能齐全的大型有限元软件a. 大型：有上百万条源程序语句b. 功能齐全：进行静力、动力分析，敏度，分析与优化设计c. 实用面广：航空、航天、船舶、汽车、机械、建筑、桥梁、水力、化工、海洋、能源、橡胶等2 通用性强a. NASTRAN输入/输出格式被许多行业公认为一种标准b. 几乎所有 CAD/CAM 系统都提供了与 NASTRAN 的接口c. NASTRAN 的计算结果经常作为评估其它有限元分析软件精度的参照标准3 经过严格的检验，高度可靠性a. 每一版本发行都要经过 4 个级别，5,000 多个测试题目的考核b. 30 多年的开发与不断改进c. 3、50,000 多个用户的长期工程应用验证d. NASTRAN 已成为许多工业部门法定结构分析软件。
4 强大的用户开发程序－ DMAP关于 DMAP (Direct Matrix Abstraction Programming)a. 为用户提供由 DMAP 语言组成的固定分析流程b. 用户可以根据需要用 DMAP 语言修改与重组新的流程。
5 丰富的文献资料* NASTRAN 线性静力与模态分析指南( NASTRAN Linear Static and Normal Modes Analysis User’s Guide )* NASTRAN 基本动力分析指南( NASTRAN Basic Dynamic Analysis User’s Guide )* NASTRAN 数值方法指南( NASTRAN Nunerical Methods User’s Guide )* NASTRAN 设计敏度与优化指南( NASTRAN Design Sensitivity and Opotimization User’s Guide ) * NASTRAN 气弹分析指南( NASTRAN Aeroelastic Analysis User’s Guide )* NASTRAN 热分析指南( NASTRAN Thermal Analysis User’s Guide )* NASTRAN 超单元分析指南( NASTRAN Superelement Analysis User’s Guide )* NASTRAN DMAP和数据库应用指南(NASTRAN DMAP and Database Application User’s Guide) * NASTRAN 非线性分析指南( NASTRAN Nonlinear Analysis User’s Guide )6 主要缺点(1) Nastran 只是一个求解器，没有自己的前后处理。
Nastran基础教程01_概述
平的MSC.Patran的开发、发行和支持公司
● MSC.Patran是一个开放的用于主要的有限元分析(FEA)
软件,包括MSC.Nastran 和 MSC.Marc的前后处理程序
NAS120v, Section 1, April 2010 Copyright© 2010 MSC.Software Corporation
创建有限单元网格
NAS120v, Section 1, April 2010 Copyright© 2010 MSC.Software Corporation
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STEP 3 -创建分析模型(续.)
约束悬臂板的一条边
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使用MD Nastran 分析图示的悬臂板结构并且用 手工计算验证分析结果
材料: Steel
● ●
E = 30 x 106 psi n = 0.3
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STEP 3 -创建分析模型(续.)
定义模型属性.
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MD Nastran
具有广泛的支持文档 (包括在线百科全书)
NX-nastran-中的解算方案类型总结备课讲稿
NX nastran中的分析种类（解算方案类型总结）（1）静力分析静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段，主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷（如集中载荷、分布载荷、温度载荷、强制位移、惯性载荷等）作用下的响应、得出所需的节点位移、节点力、约束反力、单元内力、单元应力、应变能等。
该分析同时还提供结构的重量和重心数据。
（2）屈曲分析屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，NX Nastran中的屈曲分析包括两类：线性屈曲分析和非线性屈曲分析。
（3）动力学分析NX Nastran在结构动力学分析中有非常多的技术特点，具有其他有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。
结构动力分析不同于静力分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。
NX Nastran的主要动力学分析功能：如特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等可简述如下：❑正则模态分析正则模态分析用于求解结构的固有频率和相应的振动模态，计算广义质量，正则化模态节点位移，约束力和正则化的单元力及应力，并可同时考虑刚体模态。
❑复特征值分析复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型，分析过程与实特征值分析类似。
此外Nastran的复特征值计算还可考虑阻尼、质量及刚度矩阵的非对称性。
❑瞬态响应分析（时间-历程分析）瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和模态瞬态响应分析。
两种方法均可考虑刚体位移作用。
直接瞬态响应分析该分析给出一个结构随时间变化的载荷的响应。
结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。
该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分，直接瞬态响应分析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。
Nastran静力学分析关键字解读培训
二、 Nastran软件输入文件内容
Nastran输入文件包括以下内容：
1、要执行的分析类型，例如静力学分析、屈曲分析、特征值响应、瞬态分析等； 2、计算结果输出要求，例如部分/全部的节点位移、单元应力、单元应变等； 3、模型几何，有限元计算通过离散化的空间节点来描述几何特征； 4、单元集合，通过节点号描述各种单元类型（1D/2D/3D)； 5、材料参数，材料的应力应变关系需要用各种本构关系来描述； 6、载荷参数，例如集中力/力矩、分布力/力矩、惯性载荷等； 7、边界条件，例如单点约束（SPC）、多点约束（MPC）等。
号为206、209、210、205组成的CQUAD4单元
（单元ID号为101），单元属性ID号为1，依次定
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义其它单元信息（……）。
五、Nastran关键字实例详解
1、定义ID号为3的Component，
包含ID号为101-200和301-400的所有
1
单元，定义每个Component的名字和
颜色信息，不参与计算，名为“c1”的
五、Nastran关键字实例详解
1、文件由hypermesh生成及相
1
关版本信息，可以删除；
2、执行控制语句，写入分析类
2
型、允许CPU时间等，该分析类型为
101，表示该文件采用静态受力分析，
以CEND语句结尾；
3
3、情况控制语句，选取载荷和
约束条件，选取输出条件定义子工况
等，该文件的输出情况（位移、应力、
沿全局坐标系Z向加载大小为10的集
NASTRAN动力分析指南
NASTRAN动力分析指南第一章动力学分析方法及NX NASTRAN基本使用介绍1.1 有限元分析方法介绍计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析、科学研究以至人类社会带来急剧的革命性变化，数值模拟即为这一技术革命在工程分析、设计和科学研究中的具体表现。
数值模拟技术通过汲取当今计算数学、力学、计算机图形学和计算机硬件发展的最新成果，根据不同行业的需求，不断扩充、更新和完善。
近三十年来，计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进步，诞生了商业化的有限元数值分析软件，并发展成为一门专门的学科－计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）。
这些商品化的CAE软件具有越来越人性化的操作界面和易用性，使得这一工具的使用者由学校或研究所的专业人员逐步扩展到企业的产品设计人员或分析人员，CAE在各个工业领域的应用也得到不断普及并逐步向纵深发展，CAE工程仿真在工业设计中的作用变得日益重要。
许多行业中已经将CAE分析方法和计算要求设置在产品研发流程中，作为产品上市前必不可少的环节。
CAE仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显示出明显的优越性：●CAE仿真可有效缩短新产品的开发研究周期；●虚拟样机的引入减少了实物样机的试验次数；●大幅度地降低产品研发成本；●在精确的分析结果指导下制造出高质量的产品；●能够快速的对设计变更作出反应；●能充分的和CAD模型相结合并对不同类型的问题进行分析；●能够精确的预测出产品的性能；●增加产品和工程的可靠性；●采用优化设计，降低材料的消耗或成本；●在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；●模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；●进行机械事故分析，查找事故原因；●等等当前流行的商业化CAE软件有很多种，国际上早20世纪在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。
其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。
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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)
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
服务方式
1）热线咨询服务
2）遍布世界各地的MSC办事处 3）定期与专门培训 4）定期召开MSC用户会议 5）网上服务
第 1 章 MSC.NASTRAN
1 NASTRAN与MSC/NASTRAN
NASTRAN 程序由来
1) NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis）是一个大
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
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
5 MSC/NASTRAN的前后处理
1、 MSC公司提供的
L u 3 u 2 0.01167 0.005 0.0006667 L L 10
1) (1) σ( 106 ×(-5) × 10-4 = - 5000 (磅 / 英寸) 2 el = Eε el = 10 ×
2) ( 2) σ( 106 ×(-6.667) × 10-4 = - 6667 (磅 / 英寸) 2 el = Eε el = 10 ×
(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
17）机构运动仿真系统 MSC/WORK MODEL
18) 控制仿真系统 MSC/EASY 5
MSC产品应用
航空航天、机械、汽车、船舶、铁道、建筑电 子、化工、材料、核能、冶金、地矿、生物医 学及教学与科研等领域和部门
92%的机械设计制造; 97%的汽车; 95%的 航空航天;98%国防。 MSC公司产品占CAE领域40%市场
• 主要产品：
• 1）大型通用有限元程序 MSC/NASTRAN
• 2）非线性有限元分析程序 MSC/MARC
• 3）三维非线性和瞬态动力学软件 MSC/DYTRAN • 4）通用有限元前后置处理系统 MSC/PATRAN • 5）结构疲劳寿命预测仿真系统 MSC/FATIGUE • 6）机构运动仿真软件 MSC/ADAMS • 7）通用有限元分析系统 MSC/NASTRAN for Windows • 8）基于CAD技术的有限元前后处理器 MSC/ARIES
直梁元：CBAR，CBEAM 曲梁元：CBEND
■
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
•4
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
2)
3) 4) 5)
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
MSC/PATRAN,MSC/ARIES
2、通用CAD软件
如Unigraphics(UG),Pro/ENGINEER与I-DEAS等 3、所有著名CAD/CAM系统及专用有限元前后处理软件 都与MSC/NASTRAN有接口，均可生成MSC/NASTRAN的 输入文件，并进行后处理。
6 MSC/NASTRAN的文档资料
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
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
MSC.NASTRAN 基础培训
MSC公司成都办事处
第 0 章 MSC.Software公司
公司概况
MSC公司建于1963年。 总部：美国洛杉机。 分部：欧洲（德国）和日本 办事处：30多个国家设有办事处 亚太办事处：东京总部，大板分公司 汉城，悉尼，台北 中国办事处：北京、上海、成都、深 圳 雇员：技术工程师680多人
第三章
NASTRAN有限元模型知识
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
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)
1、 MSC/NASTRAN
2、用户指南 3、MSC/NASTRAN
( MSC/NASTRAN
使用入门
（ Getting Started With MSC/NASTRAN User’s Guide ）
快速参考手册
Quick Reference Guide )
4、MSC/NASTRAN 参考手册
( MSC/NASTRAN Referemce Manual )
MSC.Software公司
第 一 笔 业 务 ： NASA 通 用 有 限 元 结 构 分 析 程 序 NASTRAN开发（1963年） 1970年开发NASTRAN商业版本MSC/NASTARN 1983年股票上市 1993 年 收 购 世 界 著 名 CAD 软 件 供 应 商 Aries Technology 公司 1994年收购CAE领域第二软件供应商PDA工程公司 1998年收购MARC公司 1999年收购Work Model 公司 2001年与法国DASSAULT战略同盟 2002年收购MDI公司（ADAMS机构运动仿真) 2002年收收购波音公司控制仿真系统EASY5
1997年, MSC/NASTRAN V70版
2001年,MSC/NASTRAN2001版
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
lCOSMOS/NASTRAN: COSMOS公司专利版
•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
四面体元 CTETRA
■
l
l l
约束元（无限刚硬，称为刚性元）
刚性杆：RROD
刚性梁：RBAR 刚性三角板：RTRPLT
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刚性体：RBE1，RBE2
均方加权约束元：RBE3 内插约束元：RSPLINE
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……
装配总体刚度矩阵
计算位移、应力等
施加约束边界条件
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#
2、形成单元刚度矩阵
3、总装刚度矩阵
4、施加边界条件
5、施加作用载荷
6、求解矩阵方程
7、计算单元应力
(el1)
(el2)
L u 2 u1 0.005 0.0 0.0005 L L 10
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