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1、MSC Nastran操作与实战培训教程,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CA
2、E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,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
3、 for Windows 8）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/SuperForm 10) 速跌落试验仿真系统 MSC/DropTest 11) 面向设计人员的分析软件 MSC/InCheck 12）车辆舒适性预测仿真系统 MSC/NVH-Manager 13）预测系统 MSC/AKUSMOD 14）汽车有限元模型处理系统 MSC/AMS 15）拓扑及形状优化设计软件系统 MSC/Construct 16）成型仿真系统 MSC/SuperModel 17）机构运动仿真系统 MSC/WORK MOD
4、EL 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,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、
5、通用有限元结构分析计算机程序 2) 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 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
6、: SPERRY UNIVAC公司专利版 MARC/NASTRAN：MARC分析与研究专利版 DTNSRDC/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
7、/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 1997年, MSC/NASTRAN V70版 2001年,MSC/NASTRAN2001版,3 M
8、SC/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,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
9、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
10、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) 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/ARIES 2、通用CAD软件 如Unigraphics(UG),Pro/ENGINEER与I-DEAS等 3、所有著名CAD/CA
11、M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/NASTRAN 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
12、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(
13、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
14、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,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
15、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 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
16、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TIME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
