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1、MSC.NASTRAN基础培训,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领域第二
2、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 for
3、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 MODEL 18
4、) 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、通用有限元
5、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: SPE
6、RRY 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/NAST
7、RAN 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 MSC/NA
8、STRAN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 直接频率响应分析 l
9、 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 气动弹性响应超单
10、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/CAM系统及专
11、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,有限元法的过程,
12、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(r,z)与
13、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 四结点剪力板元：
14、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）一些简单边界件,（
15、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、输入文件包括五个部分，三个
16、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
17、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/NASTRA
18、N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
19、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,第 4 章,执行控制与情况控制,典型Nas
20、tran输入文件,执行控制语句,执行控制语句 (1) 该段语句用自由格式书写 (2) 执行控制段基本功能 a) 识别作业 b) 选择分析类型 c) 设置允许CPU时间 d) 输出诊断信息 e) 设定用户编写的DMAP系列,ID语句是可选的，其作用为识别作业; 必须为执行控制段第一条语句 ID语句格式为： ID i1，i2 其中，i1和i2为字符串，i1可为1至8个字符串，i2可为任何长度的字符串。 每一字符串以字母开头,ID语句,SOL 语句,SOL 语句是必须，用于选择分析类型（求解系列） SOL 语句格式为： SOL n 其中，n是识别解法类型的正整数或解法系列的字符名 如：SOL 101
21、 (或SOL SESTATIC )，即线性静力分析；SOL 103（模态分析） 和SOL 105（屈曲分析）等,Time 语句是可选的，设置最大CPU时间和作业I/O时间 它格式为： TIME t1 , t2 其中， t1为最大允许CPU执行时间，以分计（实数或整数， 缺省值为1分钟）； t2 为最大允许I/O时间，以秒计（缺省值是无限大）,TIME 语句,CEND 语句,GEND 语句必须，作用是作为执行控制段的结束（情况控制段的开始） 格式为： CEND,一个简单模型线性静力分析执行控制段 ID SIMPLE, MODEL SOL 101 TIME 5 CEND,例 子,MSC/NASTR
22、AN结构化求解序列,MSC/NASTRAN结构化求解序列,MSC/NASTRAN结构化求解序列,情况控制指令,情况控制段是MSC/NASTRAN输入文件必须部分 跟在执行控制段(CEND)后，在模型数据集(BEGIN BULK)前 基本功能： 选取载荷与约束条件等模型数据； 选取输出结果； 定义子情况; 情况控制指令均用自由格式书写,输出选择,TITLE = 任何BCD数据 SUBTITLE = 任何BCD数据 LABEL=任何BCD数据 TITLE、SUBTITLE和LABEL 分别定义输出每页第一行、第二行和 第三行标题。 ECHO = SORT，打印分好类的模型数据； = UNSORT，
23、打印未分类的模型数据； = BOTH，打印分类和未分类两种数据； = NONE，不打印模型数据； = PUNCH 将分类模型数据记入穿孔文件。,输出一组（n）或全部结点的位移,选取一组（n）或全部结构单元的单元力输出,选取一组（n）或全部板单元或体单元的应变输出,输出一组（n）或全部单元的应变能,选取一组（n）或全部结构单元的应力输出,要求一组（n）或全部结点的平衡力输出,选取一组（n）或全部结点的应力输出,请求一组（n）或全部作用载荷的输出,要求一组（n）或全部结点单点约束力输出,SET n = i1 , i2 , i3 , THRU i4 , EXCEPT i5 , i6 , i7 , i
24、8 , THRU i9 ,定义一组输出请求中使用的结点号或单元号，用于得到输出量的部份选择输出,例如： SET 1 = 3，4，7，9，11 SET 5 = 2，9，15，THRU 21，33 DISP = 1 FORCE = 1 STRESS = 5 GPFORCE=all 对于该例题，表示输出下列内容： 结点3、4、7、9 和 11的位移； 单元3、4、7、9 和 11的力； 单元2、9、15 至 21和 33 的应力; 全部节点的约束反力。,数据选择 LOAD = n 选取静力载荷条件(集中载荷或分布载荷)，n与模型数据卡（FORCE、MOMENT和PLOAD等）标识号相对应。 DEFO
25、RM = n 选取初始单元强迫变形，n与模型数据卡DEFORM标识号相对应。 SPC = n 选取单点约束，n与模型数据卡(SPC、SPC1或SPCADD)标识号相对应。 MPC = n 选取多点约束，n与模型数据卡(MPC或MPCADD)标识号相对应。 TEMP（LOAD）= n 选取由模型数据卡（TEMP或TEMPD）定义的温度载荷。 METHOD = n 选取特征值提取方法，n与模型数据卡(EIGR、EIGRL或EIGB)标识号相对应。,子情况定义 SUBCASE n 定义和标识一个子情况。n为子情况的标识号，由用户指定的任何整数，但必须满足由上至下的子情况号是依次递增。 SUBCOM
26、n 定义和标识一个线性组合子情况。 SUBSEQ = R1 , R2 , R3 , Rn 定义线性组合情况的系数，R1至 Rn为SUBSOEQ卡前出现的1至n个子情况的系数（实数）。 下面给出一个3种载荷子情况及其组合的例题。,SUBCASE 1 SUBTITLE = Dead Load LOAD = 10 SUBCASE 2 SUBTITLE = NW wind Load LOAD = 20 SUBCASE 3 SUBTITLE = SW Wind Load LOAD = 30 SUBCOM 10 SUBTITLE = Load Combination 1 LABLE = Dead Load
27、 +NW Wind SUBSEQ = 1.0 , 1.0 , 0.0 SUBCOM 20 SUBTITLE = Load Combination 2 LABLE = Dead Load + ( - ) 1.5 SW Wind SUBSEQ = 1.0 , 0.0 , -1.5,SYM n 定义一个对称子情况，n为子情况标识号。 SYMCOM n 定义和标识一个对称组合子情况。 SYMSEQ = R1 , R2 , R3 , Rn 定义对称组合子情况中1至 n 被组合子情况的系数。 REPCASE n 定义和标识一个重复的子情况。一般用于对前面实际子情况提出另外的输出请求。 MODES = n
28、用于特征值问题中，重复N个连续模态的同样输出。n为模态数，由第一个开始并依次处理，为此需定义子情况。,第 5 章,结点与坐标系,结 点,结点用于定义结构几何; 每一结点有6个自由度（DOF）：三个移动分量(1、2、3）与三个转动分量（4、5、6）。 结点六个自由度以1，2，3，4，5和6标明,结点的位移分量与自由度的关系表示为,结点模型数据“卡”GRID 格式,字域4至6中X1，X2和X3在不同坐标系中对应量如下：,字域8中PS施加结点任何自由度方向的约束；字域9仅用于超单元分析,标量点,标量点是空间的一个点，仅具有一个自由度 标量点不需任何空间坐标系来定义 标量点用于表示非结构特性，如相对位
29、移、梁元翘曲影响等 标量点用SPOINT“卡”定义，格式如下：,坐标系,基本坐标系,MSC/NASTRAN 有一种固定直角坐标系，称为基本坐标系; 所有坐标系都有坐标系识别号（CID），基本坐标系坐标系识别号为零或空 用户定义局部坐标系时，基本坐标系是参考坐标系,局部坐标系 MSC/NASTRAN 提供定义局部坐标系的六种模型数据卡 每一局部坐标系直接或间接与基本坐标系相关 六种选择是：,CORD1R、CORD1C和CORD1S是用三个结点定义局部坐标系，模型修改，该参考结点位置改变，局部坐标系定向亦改变 CORD2R、CORD2C和CORD2S是用三点定义局部坐标系,CORD2C卡格式如下,
30、点（A1，A2，A3）,（B1，B2，B3）和（C1，C2，C3）非共线的 任何坐标系中，角度输入按度表示，输出（如转动位移）以弧度表示 例题 一半圆顶拱。为方便结点位移输出，将3至7点建立局部坐标系,采用柱坐标系，标识号为100, 定义为,各结点定义如下,结点 3 至 7 采用（r，Z）坐标，r =15.0 时，从 30（ 结点7 ） 至150（结点3）变化。 所有结点的输出采用基本坐标系，因为在字域 7（CD） 是 空,第 6 章,基本单元库,概 述 基本MSC/NASTRAN单元,标量单元,标量单元，也称0维单元 所有标量单元都在结构模型两个自由度间或一个自由度和“地面”间来定义 标量单
31、元刚度由用户直接定义，静力分析中的标量单元如下： 标量弹簧单元：CELAS 1，CELAS 2，CELAS 3，CELAS 4； 标量质量单元：CMASS 1，CMASS 2， CMASS 3， CMASS 4 四种形式标量弹簧元，格式如下：,CELAS 1和CELAS 3性质卡格式,例题 问题：弹簧一端固定，另一端受10磅轴力，弹簧轴向刚度(K)为100磅/英寸，求：结点1202位移,模型数据卡为,NASTRAN 101静力分析中，PARAM，AUTOSPC可自动约束不相关自由度 阻尼(第8字场GE)不适于静力分析，未计入 第9字场应力系数S是可选，用关系式 （P为作用载荷），直接计算弹簧应
32、力 将CELAS2卡上G1和G2顺序倒过来，则单元力的符号也反号 部分输出结果,线单元 线单元，也称一维单元，用于表示杆和梁性质； 杆单元支持拉、压和轴向扭转，但不允许弯曲； 梁单元则包括弯曲，MSC/NASTRAN 有三种梁元； CBAR简单梁元，梁剖面剪心和形心吻合，不能用于具有翘曲的梁 CBEAM复杂梁元，具有CBAR的全部能力，允许锥形剖面性质，非吻 合 的形心和剪心，以及剖面的翘曲; CBEND常曲率半径简单曲梁元,杆单元(CONROD),CONROD单元，连接两结点，允许承受轴向力和绕轴向的扭转,不需性质卡，定义多个不同性质杆单元 CONROD格式,扭转应力系数C用于计算扭矩引起的
33、扭转应力,杆单元(CROD) CROD单元同CONROD单元 CROD有单独的性质卡(PROD) 定义杆单元有同样性质时，用CROD CROD格式,CROD单元性质卡PROD格式,杆单元(CTUBE),CTUBE性质与CROD相同，专用管 数据格式如下,性质卡PTUBE格式,简单梁单元(CBAR),CBAR单元特性 CBAR单元可承受拉伸或压缩，两互相垂直平面内的扭转与弯曲，及两互相垂直 平面内的剪切； CBAR单元特征： 必须是直的、剖面性质不沿长度变化； 剪心和形心吻合(不能用于翘曲梁)； 惯性主轴不需要与单元轴吻合； 中性轴可偏离结点 (用于加筋板或格板) 铰接标记，允许任意端结点的力或
34、弯矩的释放 CBAR单元格式,替代格式,的方向与梁剖面是任意的，但 通常对准梁的惯性主平面之一。选取(1.0,1.0,0.0)给出如下的：,梁单元性质(PBAR ）,应力恢复系数点(Ci，Di，Ei，Fi)，与Y、Z单元轴坐标有关,应力计算点位置（CBARAO） CBARAO卡：定义沿CBAR单元轴上应力/内力计算点位置，格式,或：,复杂梁单元(CBEAM),CBEAM单元具有CBAR单元的全部功能，还具有： 面形质允许沿梁长变化； 中性轴、重心轴与剪心轴不要求重合； 考虑剖面翘曲对扭转刚度的影响； 考虑锥度对横向剪切刚度的影响； 数据格式,第二继续卡中SA和SB为端点A和B标量点或结点标识号
35、，这些点有翘曲自由度（ ） CBEAM单元性质卡PBEAM格式,曲梁元(CBEND),CBEND单元是连接两结点的一段园弧 具有定常曲率半径 具有拉伸刚度、弯曲刚度及横向剪切柔度 压力管和弯头是CBEND单元的典型应用例子,CBEND单元的数据格式如下,CBEND单元的性质卡为PBEND，其格式,替换格式,面单元,面单元用于板、壳 刚度项存在五个自由度，板法线转动自由度“不连接”，必须约束掉 对线性分析，NASTRAN用薄板经典假设,在MSC/NASTRAN二维单元库中，存在如下一般的单元： l 三结点等参三角形单元CTRIA3； l 四结点等参四边形单元CQUAD4； l 六结点等参三角形单
36、元CTRIA6； l 八结点等参四边形单元CQUAD8； l 四结点剪力板单元CSHEAR； l 三结点等参平板单元CTRIAR； l 四结点等参平板单元CQUADR； 用户最常用的是CQUAD4和CTRIA3单元,四边形板元(CQUAD 4),CQUAD4 力和力矩,力和力矩在单元形心处计算 应力在距单元参考面距离为Z1和Z2处计算 Z1和Z2在PSHELL性质卡上定义， 常为板的表面，即Z1，Z2=厚度/2,三角形板元 (CTRIA3),CTRIA3单元常用于网格过渡和填充不规则边界 CTRIA3格式,力和力矩在单元形心处计算 应力在距单元参考面距离为Z1和Z2处计算,壳单元性质(PSHE
37、LL),CQUID4单元可为膜元、弯曲元以及耦合单元 膜元，仅填MID1,作为弯曲元，仅填MID2,例题 图示一悬臂板，该板长、宽均为10英寸，厚度为0.15英寸，悬臂端两角点处作用有拉力300磅，横向载荷0.5磅。求板的位移、力和应力,与单元相关模型数据卡,输出情况控制指令： FORCE =ALL DISP =ALL STRESS =ALL,其它面单元,体单元,体单元仅包含平移自由度，不包含转动自由度,六面体单元(CHEXA),CHEXA可连接8至21个结点； 应力 在单元中心计算 可外推到角结点计算 CHEXA单元卡格式,CHEXA单元坐标系是由R、S、T三向量定义，它们连接该单元相对面的
38、形心 R：连接G4-G1-G5-G8面和G3-G2-G6-G7面形心； S：连接G1-G2-G6-G5面和G4-G3-G7-G8面形心； T：连接G1-G2-G3-G4面和G5-G6-G7-G8面形心。,五面体单元 (CPENTA) CPENTA单元用于由体到板或壳的过渡； CPENTA有6到15个结点(6个角结点，其余为中边结点)； 单元应力( )在形心计算，可推到角点处计算 CPENTA卡格式：,单元坐标系： 原点：位于连接G1和G4直线的中点 Z轴：指向三角形G4-G5-G6，定向于两三角面形心连线与中面垂线 之间的某处 X和Y轴垂直于Z轴,四面体单元(CTETRA) 不推荐用CTETR
39、A单元做连续体的大部分离散 单元应力 在形心点计算，可外推到角点计算,CTETRA单元数据格式,体单元性质 (PSOLID),PSOLID卡定义CHEXA、CPENTA和CTETRA体单元的性质,约束单元,（1） 约束单元又称“刚性单元”。用于处理结点(或标量点)间各自由度间固定约束关系 （2） 一个约束单元等价于一个或多个多点约束方程； （3 MSC/NASTRAN中，包含的约束单元： RROD，刚性杆单元 RBAR，刚性梁单元 RTRPLT，刚性三角板单元 RBE 1，1号刚性体单元 RBE 2，2号刚性体单元 RBE 3，均方加权约束单元 RSPLINE，内插约束单元。,刚性梁单元（RB
40、AR）,刚性梁元把结点1至6个自由度与另外6个独立自由度刚性地连接起来 6个独立自由度必须为6个，并且是完全确定了单元的刚体性质 RBAR格式：,刚性体单元（RBE2）,独立自由度在单点处指定，相关自由度在任意数量的点处指定 RBE2单元是一个约束单元，描述两个或多个结点之间的位移关系 RBE2数据格式,例题 加筋板用两CQUAD4单元和一个CBAR单元(描述筋条)来建立模型。 两个RBE2单元用于将CBAR筋条与板单元连接。,结点7和8与CBAR单元相连接，并位于筋条的中性轴上； RBE2单元把始结点GA的全部6个自由度与它的端结点GB的自由度相关起来 GA称为“主结点”，它的6个自由度是独
41、立的，GB是“从结点”，它的6个相关自由度分量列在字场4(CM)中。 RBE2如下,第7章,材料性质,MSC/NASTRAN 可处理多种材料性质 NASTRAN 可处理的适于线性静力分析 的材料类型： 各向同性材料（MAT1） 二维各向异性材料（MAT2） 轴对称体正交异性材料（MAT3） 二维正交异性材料（MAT8） 三维各向异性材料（MAT9） 层复合材料PCOMP,各向同性材料（MAT1）,各向同性材料在各方向都具有同样的材料性质 典型应力应变曲线,当应力超过弹性极限，材料进入非线性，需用非线性分析方法,材料常数E、G、NU满足 。需提供E、G、NU中两个 质量密度RHO用于计算重力载荷
42、及动力分析 热膨胀系数A和参考温度TREF仅用于热分析 结构阻尼GE不用于静力分析,MSC/NASTRAN中用MAT1卡描述，格式如下,例子 静力分析，采用低碳钢材料，性质为： ， ， 质量密度,采用自由域格式为： MAT1，5，30.E6，0.3，7.0E-4,二维各向异性材料（MAT2）,一般各向异性材料，平面应力应变关系用（7-1）表示 横向剪应力横向剪应变关系则由（7-2）定义,其中，T为温度， 为参考温度，Ai为热膨胀系数,NASTRAN中，用MAT2卡描述板（壳）单元各向异性材料性质。格式,用PCOMP卡进行复合材料分析时，MAT2卡自动生成,轴对称体正交异性材料（MAT3）,轴对
43、称体正交异性材料，应力应变关系,其中，为轴对称体横剖面坐标系 MAT3仅适用于CTRIAX6单元 为保证对称性，必须满足如下关系,MAT3卡格式,二维正交异性材料（MAT8）,二维正交异性材料： 平面应力应变关系,横向应力横向应变关系,MAT8卡只适用于板（壳）单元，格式如下,三维各向异性材料（MAT9）,三维各向异性材料，应力应变关系,MAT9卡格式如下,MAT9卡适用于体元CHEXA、CPENTA和CTETRA,层复合材料（PCOMP）,层复合材料，NASTRAN提供材料性质卡PCOMP，格式如下,第8章,静力载荷,Nastran中，每一类载荷可以单独或以任何线性组合形式施加给结构。 集中
44、力和力矩 集中力和力矩直接施加给结点 集中力用FORCE、FORCE1和FORCE2卡定义 FORCE卡格式,概 述,例子：集中力F作用于悬臂梁自由端,自由域格式为：,或,FORCE , 100 , 2 , , 10. , 0. , -1. , 0. 或 FORCE , 100 , 2 , , 1. , 0. , -10. , 0,FORCE1和FORCE2卡定义集中力 方向：FORCE1用两个结点的连线 FORCE2用四个结点组成两个向量（G1-G2，G3-G4）的向量积， 格式 （下面force1、force2位置有错，刚好相反）,作用于结点的集中力矩，用MOMENT卡定义，格式,MOME
45、NT1和MOMENT2也可定义集中力矩，同FORCE1和FORCE2。,分布载荷,作用于一维单元上的分布载荷（PLOAD1）,用PLOAD1卡对一维单元（CBAR、CBEAM和CBEND）施加分布载荷； 对CBAR和CBEAM单元，分布载荷可沿单元全长或部分长度来施加； 对CBEND单元，分布载荷限沿单元全长线性变化 PLOAD1卡的格式如下,例1 均布载荷,用比例长度“FR”来确定X1和X2，有X1 = 0.0, X2 = 1.0，P1= P2=12.6磅/英寸,用“LE”来确定X1和X2,例2，线性分布载荷 对沿梁轴线线性分布载荷,PLOAD1卡为：,例3 ，集中载荷 对作用于梁上的集中载
46、荷,PLOAD1卡为,作用于二维单元上的均布压力（PLOAD2）,对有相同均布压力的多个二维单元（CQUAD4或CTRIA3），PLOAD2卡十分方便 PLOAD2卡格式：,或,PLOAD,作用于二维或三维单元面上的分布压力（PLOAD4）,PLOAD4定义多种二维或三维单元面上的压力载荷 这种压力载荷可垂直或不垂直于单元面 可在单元面各角点输入不同压力值,PLOAD4卡的格式如下,替换格式（仅适于面单元）,例1： 作用于曲板上的均布压力（PLOAD4）,用PLOAD4卡替换形式定义,例2： 作用于六面体CHEXA单元上的均布压力载荷,重力和离心力（GRAV，RFORCE）,在NASTRAN中
47、，重力载荷用GRAV卡来施加，格式,旋转引起的离心惯性力，用RFORCE卡定义。格式,METHOD=1（或空白），耦合质量矩阵； METHOD=2，集中质量矩阵,强迫位移,静力分析中，用DEFORM卡定义强迫变形 DEFORM卡在情况控制集中用指令DEFORM = SID来选取 DEFORM卡格式,对静力分析中的强迫位移，用SPCD施加 SPCD卡由情况控制指令LOAD = SID来选取 DEFORM格式,热 载,温度场用结点温度和单元温度数据定义 （ TEMP和TEMPD模型数据卡定义结点温度 TEMP卡格式,一张TEMP卡最多可定义三个结点的温度，由情况控制TEMP = SID选取,TEM
48、PD卡定义结点温度场，格式,该卡最多可定义四组温度场，它由情况控制指令TEMP = SID选取。 对于一维单元：ROD、BAR、BEAM、BEND和CONROD或TUBE，用 TEMPRB卡来定义温度场，格式：,第二继续卡的替换形式,二维单元，用TEMPP1和TEMPP3卡来定义温度场， TEMPP1卡定义二维单元面上温度场，格式,继续卡的替换格式为,TEMPP3卡定义二维单元剖面温度梯度，格式,第三继续卡的替换格式为,组合载荷,LOAD模型数据卡可用来进行静力载荷的线性组合（叠加） 所组合的载荷是用FORCE、MOMENT、FORCE1、MOMENT1、FORCE2、MOMENT2、PLOAD、PLOAD1、PLOAD2、PLOAD3、PLOAD4、PLOADX、SLOAD、SPCD、RFORCE或GRAV卡来定义 LOAD卡格式：,由LOAD定义的组合载荷为,例子: (1) Y向15.2磅的集中力F作用于结点12上 (2) 6.4英寸-磅关于X-轴的集中弯矩M作用于结点127上。 要求:组合载荷为：2倍集中力F和3倍的集中力矩M。即,式中30和40分别为集中力F和集中力矩M的载荷集标识号。 在情况控制集中： LOAD = 2 2 在模型数据集中,注意： NASTRAN可用情况控制S