06_Hypemesh和MSC.PatranNastran软件介绍解析
HyperMesh和Nastran教程课件
模型导入与设置
将CAD模型导入 Nastran中，进行适 当的单位和网格设置。
创建有限元网格，对 模型进行离散化。
定义材料属性，包括 弹性模量、泊松比、 密度等。
边界条件和载荷
定义模型的边界条件，如固定、 自由、简支等。
施加各种载荷，如力、压力、温 度等。
根据实际情况调整边界条件和载 荷，确保模型的真实性和准确性。
几何建模精度调整
在建模过程中，需要合理调整 建模精度，以确保分析结果的 准确性。
几何边界条件定义
在几何建模过程中，需要正确 定义模型的边界条件，以确保
分析的正确性。
网格划分常见问题
网格质量检查
网格划分参数设置
在划分网格后，需要使用HyperMesh的网 格质量检查工具对网格质量进行检查，确 保网格质量满足分析要求。
在划分网格时，需要合理设置网格划分参 数，以确保网格划分的准确性和效率。
特殊区域处理
网格修复与优化
对于模型中的特殊区域，如孔洞、锐角等 ，需要进行特殊处理，以确保网格划分的 准确性和分析的可靠性。
在划分完网格后，需要使用HyperMesh的 网格修复与优化工具对网格进行修复和优 化，以提高分析的准确性。
模型传递注意事项
确保模型数据在传递过程中保持一致性，避免数据丢失或损坏。
数据转换工具
使用Hypermesh自带的工具或第三方工具进行数据转换。
联合分析实例演示
实例选择
选择具有代表性的案例进行联合分析演示，如结 构分析、流体动力学分析等。
案例实施流程
详细介绍案例的实施流程，包括前处理、求解和 后处理阶段的操作步骤。
几何建模
导入几何模型
介绍如何导入已经存在的 几何模型，如CAD文件。
8.4 MSC.PATRANNASTRAN有限分析程序系统简介-6页精选文档
(1)建立几何模型
几何模型可直接在PATRAN中建立，也可直接从CAD软件中读入，或先从CAD软件中读入，再在PATRAN中进行编辑修改．
(2)选择分析程序
MSC．PATRAN支持多种不同种类的分析程序，包括MSC．NASTRAN、MSC．DATRAN、MSC．MARC、MSC．ADVANCED-FEA、ANSYS、ABAQUS和DYNA3D等．这些分析程序都有其各自的特点，因此在创建分析模型前，一定要先设定分析程序．
8.4 MSC.PATRAN/NASTRAN有限分析程序系统简介
如上节所述，世界上有多种不同规模的结构有限元分析程序系统.每种系统有其各自的特点，更有着大量的共同的特征和相似性.创建于1963年的MSC公司，总部设在美国洛杉矶，是享誉全球最大的工程校验、有限元分析和计算机仿真预测应用软件（CAE）供应商，也是CAE领域内具有代表性的大型通用有限元程序系统MSC.NASTRAN的开发者.本节拟以MSC.NASTRAN和MSC.PATRAN软件系统为例，简述大型有限元分析软件和有限元前、后置处理软件的特点和功能.
(4)非线性分析非线性分析也是MS(3．NASTRAN的主要强项之一．除提供几何、材料、边界非线性外，还提供了具有非线性属性的各类分析单元：如非线性阻尼、弹簧、三维接触单元等．并且拥有丰富的迭代和运算控制方法．
(5)热传导分析基于一维、二维、三维热分析单元，M$C．NASTRAN可以解决包括热传导、对流、辐射、相变、热控系统在内所有的热传导现象，并真实地仿真各类边界条件，构造各种复杂的材料和几何模型、模拟C．PATRAN软件系统
MSC．PATRAN是MSC公司开发的著名的有限元前后置处理软件，它具有以下主要功能和特点：
06_Hypemesh和MSC.PatranNastran软件介绍
MSC. Patran FEA
MSC. Patran Thermal ………….
……
▲建分析模型
▲ ▲网格划分 ▲ ▲创建材料 ▲ ▲确定单元特性
▲ ▲施加约束及载荷
▲递交分析
▲ ▲设置分析类型 ▲ ▲设置求解参数
分析参数（计算控制、结果输出等） 工况
▲ ▲提交
▲评价分析结果
▲ ▲读入分析结果 ▲ ▲分析结果后处理
n
n
a2
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an 0
2
从上式可求出n个实根 求得系统的n个固有频率
,
1 2
n1 n2
n
，
则对应
,
nn
将 ni代入特征方程 可解得 {A i } 称为系统主振型
([ K ] 2 [ M ]){ A} {0}
niBiblioteka 型图p3epilog.pcl
ASCII文件，类似于DOS的autoexec.bat ，Patran起动时，自动执行该文 件。
MSC.Nastran软件介绍
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 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.FATIGUE\M SC.ADVANCED FEA等标志着CAE 领域新阶段的开始 1995年,MSC/NASTRAN V68.2版 1996年,MSC/NATRAN V69版 1997年, MSC/NASTRAN V70版 2001年,MSC/NASTRAN2001版
四种有限元计算软件的比较
四种常用有限元计算软件的单元方向，材料方向以及复合材料定义的比较：一． MSC.PATRAN/NASTRAN单元方向：PATRAN中的单元坐标系是由单元节点的顺序来确定的（X轴平行与单元的其中一条边，Y轴与之垂直，Z轴是它们的差乘）。
应力应变的输出均按照其每个单元所固有的单元坐标系的方向来输出，但不从坐标系上区分正负。
正负始终是根据受拉为正，受压为负来判断的。
材料方向：PATRAN中定义的材料方向是一个向量，也即0度铺层方向。
材料坐标系的方向决定着各向异性材料的材料数据方向，是为了确定材料数据中E1的方向，E2与之垂直，E3是前两个的差乘。
PATRAN中材料方向并不决定应力应变的输出方向。
（各向同性材料而言其材料方向没有实际意义）复合材料：复合材料中定义的层偏转角实际上是指该层的E1方向为将材料方向偏转这个度数后的方向。
（若以单元法方向为外向，则先输入的铺层为最外层）。
结果里各个层输出的都是主轴方向的应力应变。
二． MSC.MARC单元方向(同PATRAN)：MARC中的单元坐标系是由单元节点的顺序来确定的。
应力应变的输出均按照其每个单元所固有的单元坐标系的方向来输出，但不从坐标系上区分正负。
正负始终是根据受拉为正，受压为负来判断的。
材料方向(同PATRAN)：MARC中定义的材料方向是一个向量，也即0度铺层方向。
材料坐标系的方向决定着各向异性材料的材料数据方向是，为了确定材料数据中E1的方向，E2与之垂直，E3是前两个的差乘。
MARC中材料方向并不决定应力应变的输出方向。
（各向同性材料而言其材料方向没有实际意义）复合材料（与PATRAN有区别）：复合材料中定义的层偏转角实际上是指该层的E1方向为将材料方向偏转这个度数后的方向。
（若以单元法方向为外向，则先输入的铺层为最内层）三． ABAQUS材料方向（有区别）：ABAQUS软件与上述两种软件最大的不同在于其单元坐标系就是材料坐标系，局部坐标的1和2轴位于壳平面内，1轴是整体坐标的1轴在壳元上的投影（若整体坐标的1轴垂直于壳面则用整体坐标的3轴投影）。
Hypermesh与Nastran模态分析详细教程
Hypermesh & Nastran 模态分析教程摘要：本文将采用一个简单外伸梁的例子来讲述Hypemesh 与Nastran 联合仿真进行模态分析的全过程。
教程内容:1.打开”Hypermesh 14.0”进入操作界面，在弹出的对话框上勾选‘nastran’模块，点‘ok’，如图1.1 所示。
图1.1-hypermesh 主界面2.梁结构网格模型的创建在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’ –‘Component’,重命名为‘BEAM’，然后创建尺寸为100*10*5mm3的梁结构网格模型。
（一开始选择了Nastran后，单位制默认为N, ton, MPa, mm.）。
本例子网格尺寸大小为2.5*2.5*2.5mm3，如图2.1 所示：图2.1-梁结构网格模型3.定义网格模型材料属性●在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’–‘Material’，如图3.1所示：图3.1-材料创建●在模型树内Material下将出现新建的材料‘Material 1’，将其重命名为’BEAM’。
点击‘BEAM’,将会出现材料参数设置对话框。
本例子采用铁作为梁结构材料，对于模态分析，我们只需要设定材料弹性模量，泊松比，密度即可。
故在参数设置对话框内填入一下数据：完整的材料参数设置如图3.2所示：图3.2-Material材料参数设置同理，按同样方式在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’ –‘Pro perty’，模型树上Property下将出现新建的‘Property1’，同样将其重命名为‘BEAM’，点击Property下的‘BEAM’出现如图所示属性参数设置对话框。
由于本例子使用的单元为三维体单元，因此点击对话框的‘card image’选择‘PSOLID’，点击对话框内的Material选项，选择上一步我们设置好的材料‘BEAM’，完整的设置如图3.3所示：图3.3-Property属性设置最后，点击之前创建的在Component 下的‘BEAM’模型，将出现以下对话框（图3.4），把Property 和Material 都选上对应的‘BEAM’，完成网格模型材料属性的定义。
MSC系列软件介绍
基于有限元技术的 CAE 软件，无论在数量、规模上，还是应用范围上都处于主要 地位，作为 20 世纪中期兴起的技术手段，有限元技术随着计算机技术的迅猛发展，得 到了飞速发展和广泛的应用。
目前，CAE 软件主要应用于汽车、航空、航天、电子、土木工程、通用机械、兵器、 核能、医疗器械、铁道、石油和化工等行业。在国外，汽车行业是有限元软件的主要应 用行业，其所涉及的专业领域相当广泛，并且应用历史长、应用成熟度高。
2.1 MSC 公司介绍
MSC.Software Corporation 创建于 19863 年，总部设在美国洛杉矶，是享誉全球最 大的工程校验、有限元分析和计算机仿真预测应用软件(CAE，computer aided computer) 供 应 商 ， 其 最 早 最 著 名 的 产 品 是 大 型 通 用 结 构 有 限 元 分 析 软 件 MSC.Nastran 。 MSC.Nastran 软件始终作为美国联邦航空管理局(FAA)飞行器适航证领取的唯一验证软 件。
-3-
所有这些都是可以实现的。 VPD 建立在企业现有的投资基础上，包括设计和分析/仿真软件、计算机硬件、样
CAE各软件介绍全解读
CAE各软件介绍全解读CAE（计算机辅助工程）是一种利用计算机仿真技术来辅助工程师进行工程设计、分析和优化的方法。
CAE软件是实现这一目标的关键工具，用于模拟各种物理现象和工程场景，从而帮助工程师进行设计和分析。
下面是对几款常见的CAE软件进行介绍。
1.ANSYS：ANSYS是一款综合性的CAE软件，具有丰富的分析工具和模块，用于解决各种工程问题。
它可以模拟结构分析、流体力学、电磁场、声学等多个领域，并且支持多物理场耦合分析。
ANSYS具有强大的前后处理功能，可以对模型进行建模、网格划分、结果分析等，同时还提供了优化和参数化建模功能。
2. MSC Software（Nastran、Patran）：MSC Software是一系列用于结构和动力学分析的CAE软件的统称。
其中，Nastran是一款强大的有限元分析软件，用于结构分析和优化；Patran是一个前后处理软件，用于建模、网格生成和结果后处理。
这两款软件通常搭配使用，可以进行复杂的结构动力学分析和优化。
3. Siemens PLM Software（NX CAE、Femap）：Siemens PLM Software 提供了一系列用于CAE的软件工具。
NX CAE是一款功能强大的CAE软件，支持多物理场耦合分析，如传热、流体力学、结构等，并集成了优化和参数化建模功能。
Femap是一款前后处理软件，用于建模、网格划分和结果后处理。
NX CAE和Femap的结合可以实现全流程的CAE分析。
4. Altair HyperWorks：Altair HyperWorks是一个集成的CAE软件套件，包含了多个模块和工具，可用于多领域的工程分析。
它具有强大的优化和参数化建模功能，支持流体力学、结构和多物理场耦合分析。
HyperWorks还提供了高效的前后处理功能，并与多种CAD软件进行无缝集成。
5. COMSOL Multiphysics：COMSOL Multiphysics是一款用于多物理场耦合模拟的CAE软件。
MSC.Nastran软件介绍(详尽版)
作为世界CAE工业标准及最流行的大型通用结构有限元分析软件, MSC.NASTRAN的分析功能覆盖了绝大多数工程应用领域,并为用户提供了方便的模块化功能选项,MSC.NASTRAN的主要功能模块有:基本分析模块(含静力、模态、屈曲、热应力、流固耦合及数据库管理等)。
动力学分析模块、热传导模块、非线性分析模块、设计灵敏度分析及优化模块、超单元分析模块、气动弹性分析模块、 DMAP用户开发工具模块及高级对称分析模块。
除模块化外, MSC.NASTRAN还按解题规模分成10,000节点到无限节点,用户引进时可根据自身的经费状况和功能需求灵活地选择不同的模块和不同的解题规模, 以最小的经济投入取得最大效益。
MSC.NASTRAN及MSC的相关产品拥有统一的数据库管理,一旦用户需要可方便地进行模块或解题规模扩充, 不必有任何其它的担心。
MSC.NASTRAN以每年一个小版本, 每两年一个大版本的速度更新, 用户可不断获得当今CAE发展的最新技术用于其产品设计。
目前MSC.NASTRAN的最新版本是1999年发布的V70.5版。
新版本中无论在设计优化、 P单元、热传导、非线性还是在数值算法、性能、文档手册等方面均有大幅度的改进或突出的新增功能。
以下将就MSC.NASTRAN不同的分析方法、加载方式、数据类型或新增的一些功能做进一步的介绍:⒈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/分布静力、温度载荷、强制位移、惯性力等)作用下的响应, 并得出所需的节点位移、节点力、约束(反)力、单元内力、单元应力和应变能等。
该分析同时还提供结构的重量和重心数据。
MSC.NASTRAN支持全范围的材料模式,包括: 均质各项同性材料,正交各项异性材料, 各项异性材料,随温度变化的材料。
方便的载荷与工况组合单元上的点、线和面载荷、,热载荷、强迫位移,各种载荷的加权组合，在前后处理程序MSC.PATRAN中定义时可把载荷直接施加于几何体上。
MSC软件上机指南
“有限元分析及应用”本科生/研究生课程有限元分析软件MSC.Patran/Nastran 上机指南重庆理工大学重庆汽车学院I目录Patran基础知识 (2)Project 1 悬臂梁的有限元建模与变形分析 (13)Project 2 悬臂梁的有限元建模与变形分析（2D） (16)Project 3 悬臂梁的有限元建模与变形分析（2D/3D） (19)Project 5 弹簧支撑柔行杆的力学分析 (22)Project 4 受热载荷作用的薄板的有限元建模与温度场求解 (25)Project 6 带孔平板的受力分析 (27)Project 7 厚壁圆筒的受内压作用时的应力分析 (31)Project8 受集中载荷作用的铰接衔架受力分析 (34)Project 9 咖啡杯的静力分析 (37)Project 10 咖啡杯的轴对称分析 (41)Project11 受压力载荷作用时板的受力分析 (45)Project12 板的模态分析 (48)Project 13 板的频率响应分析 (50)Project14 板的瞬态响应分析 (53)Project15 提取车架中性面的模态分析 (56)Project16 提取箱体中性面 (59)Project17 书架的钢制支架的受力分析 (63)Project 18 散热器的温度场分析 (67)Project 19 钢制支架的受力分析 (70)2Patran 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。
基于hypermesh及nastran的模态分析步骤详解
基于hypermesh与nastran的模态分析步骤详解1、2、打开 hypermesh 选择 nastran 入口。
打开或导入响应模型（只是网格不带实体）。
3、点击material 创建材料。
a) Type 选择 ISOTROPIC（各向同性）b) card image 选择 MAT1（Defines the material properties for linearisotropic materials.）nastran help 文档。
c) 点击 creat/edit，编辑材料属性输入 E（弹性模量）、NU（泊松比）、RHO（密度）。
由于各物理量之间都是相互关联的因此要注意单位的选择（详情见附件一）。
这里选择通用的 E=2.07e5，NU=0.3，RHO=7.83e-9。
4、点击properties 创建属性。
a) 由于是二维模型 type 选择 2D。
Card image 选择 PSHELL（壳单元）。
Material 选择刚才新建的材料。
b) 点击 creat/edit。
c) 定义厚度即 T（例如 T=3，注意此时单位是 mm）。
5、创建 material 以及 properties 后要将这些数据赋予模型。
a) 点击component。
b) 由于不是创建是修改，所以左边点选 update选择相应部件。
然后双击c) 然后双击选择刚才新建的厚度属性。
d) 最后点击 update。
6、创建加载情况，点击。
a) 创建 eigrl 激励，card image 选择 EIGRL，点击 creat/edit。
V1、V2 代表计算的频率范围，ND 计算的阶次。
两种方式可以任选一种。
b) 创建固定约束 spc。
点击 creat。
在点击 return，进入主页面analysis-constraints 通过合适的调整选择需要的点。
并根据实际情况约束自由度即 dof1-6（分别代表 x、y、z 的平动以及转动）。
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MSC.Patran用户界面风格
▲ Patran界面组成
▲▲▲ 功能菜单 ◆ 包括File, Group,Viewport,Viewing,Display,Preference,Tools,Insight Control和Utilities(缺省不出现） ◆ 只影响全局性环境或共用操作，如视角，色彩，个人偏爱等
刷新屏幕
显示设置复位
Undo,取消上一次操作(仅一次）
▲ 功能模块
▲ ▲典型的风格 ▲ ▲按钮功能
Action: 动作 Object: 对象 Method(Type): 方式 Apply(Cancel): 点Apply后，才从Form中读数据，否则输入数据 无效；
▲ ▲常用Motif工具
Select Databox 数据选择框 Toggle button 二相开关 Push button 按钮
◆按下任一个，右边出现相应Application Widget
▲▲▲ 快捷访问图符菜单
◆用户自定制的快捷图符菜单
▲▲▲ 历史窗口
◆显示操作PATRAN每一步过程。
▲▲▲ 命令行
◆命令行输入。
▲▲▲System Icon
Patran在线帮助文档资料 终止操作 调整窗口在屏幕上可见性 PATRAN运行状态 绿色 表等待用户输入 蓝色表Patran正运行,可用 红色 表Patran正运行,用 终止 无效
▲ ▲对CAD软件开放 ▲ ▲对FEM软件的开放 ▲ ▲对材料信息系统的开放
▲ 强大的布尔计算、实体建模、抽取中面、几何编辑功能 ▲ 强有力的网格生成功能 ▲ 逼真的结果可视化功能 ▲ 开放的软件开发环境
▲ ▲Patran提供编程语言—PCL语言，是用户进行专
用软件二次开发的工具
MSC.Patran分析一般流程
建几何模型 选分析程序 建分析模型 提交分析 评价结果
MSC.Patran分析流程图
▲建几何模型
▲ ▲直接在Patran中建立
▲ ▲读入CAD软件输出模型
CAD软件接口：CATIA,Pro/Engineer,CADDS5,Euclid,UG,AutoCAD,SolidWorks,SolidEdge 数据交换格式：IGES, STEP203, STEP209
p3epilog.pcl
ASCII文件，类似于DOS的autoexec.bat ，Patran起动时，自动执行该文 件。
MSC.Nastran软件介绍
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 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.FATIGUE\M SC.ADVANCED FEA等标志着CAE 领域新阶段的开始 1995年,MSC/NASTRAN V68.2版 1996年,MSC/NATRAN V69版 1997年, MSC/NASTRAN V70版 2001年,MSC/NASTRAN2001版
Data Selection 数据选择 Slide bar 滚动杆
Pull down or option menu 下拉菜单
数据输入
▲鼠标屏幕上拾取
作用：选一个对象 方法：光标移到对象上， 点左键
作用：追加选择
方法：按住shift键，点动鼠标左键。
+拖动
作用：矩形框选择 方法：按鼠标左键，拖动出现矩形框， 矩形框对象被选中
振动应力分析培训之
MSC.Patran/Nastran软件 简介
公认CAE标准
MSC.Patran 先进CAE前后处理器 MSC.Nastran 大型、通用CAE求解器
MSC.Patran软件介绍
MSC.Patran及其特点
MSC.Patran是MSC公司开发的有限元前后处理系统 ▲开放工程分析框架结构
MSC. Patran FEA
MSC. Patran Thermal ………….
……
▲建分析模型
▲ ▲网格划分 ▲ ▲创建材料 ▲ ▲确定单元特性
▲ ▲施加约束及载荷
▲递交分析
▲ ▲设置分析类型 ▲ ▲设置求解参数
分析参数（计算控制、结果输出等） 工况
▲ ▲提交
▲评பைடு நூலகம்分析结果
▲ ▲读入分析结果 ▲ ▲分析结果后处理
◆ 与求解器及分析步骤无关
▲▲▲功能模块 ◆由Geometry,Finite Element,Load/BCs,Materials,Properties,Fields,Load Cases,Analysis, Results,Insight和 X-Y Plot按钮组成
◆ 每个按钮，对应分析过程一部分
数据库备份
Patran.ses.number
对话文件
记录从本次进入到退出Patran的所有对话过程
Modelname.db.jou
日志文件
记录从模型创建到目前的所有PCL命令。若数据库不慎删除，可根据日 志文件恢复。
Settings.pcl
偏好设置文件
ASCII文件。起动Patran会自动依据该文件设置Patran的环境变量。
+
作用：多边形选择
方法：按住ctrl键，左键点动，出现
一多边形框，再点起点，多边 形内对象被选中
作用：取消一个对象 方法：光标移到对象上，点右键
作用：循环选择 方法：按住shift，点右键
▲鼠标中键用法
PATRAN有关的文件
名 称 类 型 介 绍
Modelname.db
数据库
Madelme.db.bkup
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