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1、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,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
2、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,主要产品：1）大型通用有限元程序 MSC/NASTRAN2）非线性有限元分析程序 MSC/MARC3）三维非线性和瞬态动力学软件 MSC/DYTRAN4）通用有限元前后置处理系统 MSC/PATRAN5）结构疲劳寿命预测仿真系统 MSC/FATIGUE6）机构运动仿真软件 MSC/ADAMS7）通用有限元分析系统 MSC/NASTRAN for Window
3、s8）基于CAD技术的有限元前后处理器 MSC/ARIES,8）商品化材料数据信息系统 MSC/MVISION 9）锻压仿真系统 MSC/SuperForm10)速跌落试验仿真系统 MSC/DropTest11)面向设计人员的分析软件 MSC/InCheck12）车辆舒适性预测仿真系统 MSC/NVH-Manager13）预测系统 MSC/AKUSMOD14）汽车有限元模型处理系统 MSC/AMS15）拓扑及形状优化设计软件系统 MSC/Construct16）成型仿真系统 MSC/SuperModel17）机构运动仿真系统 MSC/WORK MODEL18)控制仿真系统 MSC/EASY 5
4、,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,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 型、通用有限元结构分析计算机程序2)在美国国家宇航局(National
5、 Aeronautics and Space Administration，简称 NASA)主办下研制与 发展的3)1964年1月，NASA制定任务书4)由计算机科学(Compnter Sciences)、Martin 公 司和MSC组成研制队承包程序研制5)1968年5月，该程序首先在Goddard运行,NASTRAN 专利,l COSMIC/NASTRAN:COSMIC维护的非专利版MSC/NASTRAN:MSC公司发展的专利版 UAI/NASTRAN:通用分析专利版本 SPERRY/NASTRAN:SPERRY UNIVAC公司专利版MARC/NASTRAN：MARC分析与研究专利版 D
6、TNSRDC/NASTRAN：David Taylor海军舰艇研究发展 中心专利版NKF/NASTRAN：NKF工程协会专利版COSMOS/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 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
7、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 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
8、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,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正交模态分析（固有频率与振动模态）l直接复特征值分析l 模态复特征值分析l 直接频率响应分析l 模态频率响应分析l 直接瞬态响应分析l 模态瞬态响应分析l 响应谱分析l 随机动力分析l 具有几何和（或）材料非线性的瞬态响应分
9、析,3)热传导分析 l 线性稳态热传导分析l 非线性稳态热传导分析l 瞬态热传导分析l 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。,5)多级超单元分析 l 线性静力超单元分析l 屈曲超单元分析l 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。l 气动弹性响应超单元分析l 颤振超单元分析l 稳态与瞬态热传导超单元分析 l 循环对称（静力、屈曲）超单元分析 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
10、)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 声响分析 l 流体与结构耦合分析 l 循环对称分析 l 层复合材料分析,5 MSC/NASTRAN的前后处理,1、MSC公司提供的 MSC/PATRAN,MSC/ARIES2、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,1、MSC/NASTR
11、AN 使用入门（Getting Started With MSC/NASTRAN Users Guide）2、用户指南 3、MSC/NASTRAN 快速参考手册(MSC/NASTRAN Quick Reference Guide)4、MSC/NASTRAN 参考手册(MSC/NASTRAN Referemce Manual),第 2 章 有限元分析引言,有限元法在工程分析中的作用,有限元法的过程,线性静力分析的基本矩阵方程,单元刚度矩阵,K=刚度矩阵F=力向量(已知)u=由F引起的未知位移向量,总体刚度矩阵,线性静力有限元分析步骤,例子：,1、建立结构有限元模型,2、形成单元刚度矩阵,3、总装
12、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,第三章,NASTRAN有限元模型知识,离散化结构的描述,l有限元模型所需数据：l 坐标系l 模型几何l 有限单元l 载荷l 边界条件l 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,z)与球面坐标系(r,),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
13、前字母C是表“connection”,弹簧元（性质如简单拉伸或扭转弹簧）,线单元（性质象杆、棒或梁）杆元：CROD，CONROD 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）,约束元（无限刚硬，称为刚性元）l 刚性杆：RROD l 刚性梁：RBAR l 刚性三角板：RTRPLT l 刚性体：RBE1，RBE2 l 均方加权约束元：RBE3 l 内插约束元：RSPLINE,
14、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 板和体面上的压力载荷 l 重力载荷l 由加速度引起的载荷l 强迫位移 l 集中力和力矩l 梁上的分布载荷,边界条件,(1)结构对载荷的响应通过约束点或结构点处产 生反力来响应（2）一些简单边界件,（3）MSC/NASTRAN中，边界条件通过约束适当自由度 为零位移来处理,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,MSC/NASTRAN输入文件结构,1、MSC/NASTRAN输入文件内容,l
15、 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),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,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TI
16、ME语句，设置作业执行最大时间限（3）结束用CEND限定符标识,情况控制段（必须）（1）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)（2）管理一组模型数据输入（3）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（4）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”,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
17、的伸长,MSC/NASTRAN输入文件ROD.DAT为,MSC/NASTRAN输出文件,MSC/NASTRAN输出文件包括,无重起动，MASTER和DBALL文件在作业完成后自动清除,F06文件部分结果,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,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),实数可用多种形式输入，如，“7”可采用如下形式输入,自由域、小域与大域格式,(1)MSC/NASTRAN 三种输入数据格式,(2)NASTRAN语句、文件管
18、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)4）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,典型NASTRAN模型数据记录格式，GRID记录(卡),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。,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,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,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,
