1、第7章資料性質 MSC/NASTRAN 可處置多種資料性質 NASTRAN 可處置的適于線性靜力分析 的資料類型： 各向同性資料MAT1 二維各向異性資料MAT2 軸對稱體正交異性資料MAT3 二維正交異性資料MAT8 三維各向異性資料MAT9 層復合資料PCOMP 各向同性資料MAT1 各向同性資料在各方向都具有同樣的資料性質典型應力應變曲線 當應力超越彈性極限，資料進入非線性，需用非線性分析方法 資料常數E、G、NU滿足 。需提供E、G、NU中兩個質量密度RHO用于計算重力載荷及動力分析 熱膨脹系數A和參考溫度TREF僅用于熱分析構造阻尼GE不用于靜力分析 MSC/NASTRAN中用MAT

2、1卡描畫，格式如下 名 稱 內 容MID資料標識號整數0。E揚氏模量實數0.0或空白。G剪切模量實數0.0或空白。MU泊桑比-1.00。Gij資料性質矩陣(實數)。RHO質量密度(實數)。Ai熱膨脹系數向量(實數)。TREF參考溫度(實數)。GE構造單元阻尼系數(實數)。ST、SC、SS分別為拉伸、緊縮和剪切應力極限(實數，用于計算平安裕度)。MCSID資料坐標系標識號整數0，或空白。用PCOMP卡進展復合資料分析時，MAT2卡自動生成 軸對稱體正交異性資料MAT3 軸對稱體正交異性資料，應力應變關系 其中，為軸對稱體橫剖面坐標系MAT3僅適用于CTRIAX6單元為保證對稱性，必需滿足如下關系

3、 MAT3卡格式 名 稱內 容MID資料標識號整數0。EX、ETH、EZX、和Z方向揚氏模量實數0MUXTH、MUTHZ、MUZX泊桑比實數。RHO質量密度實數。GZX剪切模量實數0.0。AX、ATH、AZ熱膨脹系數實數。TREF參考溫度實數。GE阻尼系數實數。二維正交異性資料MAT8 二維正交異性資料： 平面應力應變關系 橫向應力橫向應變關系 MAT8卡只適用于板殼單元，格式如下 名 稱內 容MID資料標識號整數0。E1縱向彈性模量(實數)。E2橫向彈性模量(實數)。MU12泊桑比1方向單軸載荷作用下的(實數)。G12面內剪切模量(實數0.0)。G1Z1-Z平面受剪的剪切模量(實數0.0或空

4、白)。G2Z2-Z平面受剪的剪切模量(實數0.0或空白)。RHO質量密度(實數)。Aii方向的熱膨脹系數(實數)。TREF參考溫度(實數)。Xt、Xc分別為縱向拉伸、緊縮時的允許應力或允許應變(實數0.0)。Yt、Yc分別為橫向拉伸、緊縮時的允許應力或允許應變(實數0.0)。S允許的面內剪切應力或應變(實數0.0)。GE構造阻尼系數(實數)。F12TsaiWu實際中的交互項(實數)。STRN最大應變實際要求的應力或應變識別碼，假設STRN=1.0，那么Xt、Yt、Xc、Yc及各項輸入應變值；假設STRN為空白，那么為應力值。三維各向異性資料MAT9 三維各向異性資料，應力應變關系 MAT9卡格

5、式如下 名 稱 內 容MID資料標識號整數0。Gij資料坐標系中的對稱資料性質矩陣元素(實數)。RHO質量密度(實數)。Ai熱膨脹系數(實數)。TREF參考溫度(實數)。GE構造阻尼系數(實數)。MAT9卡適用于體元CHEXA、CPENTA和CTETRA 層復合資料PCOMP 層復合資料，NASTRAN提供資料性質卡PCOMP，格式如下 名 稱 內 容PID性質標識號整數0。Z0參考面至底面之距(實數)。NSM單位面積非構造質量(實數)。SB膠接資料允許剪應力(實數0.0)。FT破壞準那么識別碼BCD值：FT = HILL，HILL準那么；FT = HOFF， Hoffman準那么；FT =

6、TSNI，Tsai-Wu準那么；FT =STRN，最大應變破壞準 那么。TREF參考溫度(實數)。LAM疊層陳列方式識別碼BCD值：LAM = SYM，對稱鋪層，僅需輸入半鋪 層；LAM為空白，需輸入全部層數據。MIDi不同層的標識號ID，各層是以底層為1號依次定義的。Ti各鋪層的厚度(實數)。THETAi每層縱向與單元資料軸的夾角(實數)。SOUTi應力或應變輸出懇求YES或NO。第8章靜力載荷 Nastran中，每一類載荷可以單獨或以任何線性組合方式施加給構造。集中力和力矩 集中力和力矩直接施加給結點 集中力用FORCE、FORCE1和FORCE2卡定義 FORCE卡格式 概 述 名 稱

7、內 容SID載荷集標識號整數0。G結點標識號整數0。CID坐標系標識號整數0，缺省值= 0。F比例系數實數。Ni集中力向量的分量，在CID坐標系中定義實數，只少有一個Ni0。例子：集中力F作用于懸臂梁自在端 自在域格式為： 或FORCE , 100 , 2 , , 10. , 0. , -1. , 0.或 FORCE , 100 , 2 , , 1. , 0. , -10. , 0 FORCE1和FORCE2卡定義集中力方向：FORCE1用兩個結點的連線FORCE2用四個結點組成兩個向量G1-G2，G3-G4的向量積，格式 下面force1、force2位置有錯，剛好相反名 稱 內 容SID載

8、荷集標識號整數0。G結點標識號整數0。F力的系數實數。Gi定義力方向的結點標識號整數0。作用于結點的集中力矩，用MOMENT卡定義，格式 SID載荷集標識號整數0。G為力矩作用的結點標識號整數0。CID坐標系標識號整數0，或空白。M比例系數實數。Ni力矩向量分量，在由CID定義的坐標系中量度實數，只少有一個Ni0。MOMENT1和MOMENT2也可定義集中力矩，同FORCE1和FORCE2。 分布載荷作用于一維單元上的分布載荷PLOAD1 用PLOAD1卡對一維單元CBAR、CBEAM和CBEND施加分布載荷； 對CBAR和CBEAM單元，分布載荷可沿單元全長或部分長度來施加； 對CBEND單

9、元，分布載荷限沿單元全長線性變化 PLOAD1卡的格式如下 名 稱 內 容SID載荷集標識號整數0。EIDCBAR、CBEAM或CBEND單元的識別號整數0。TYPE載荷類型。用如下字符表示：“FX、“FY或“FZ：分別為根本坐標系中X、Y或Z方向的力；“MX、“MY或“MZ： 分別為單元坐標系中X、Y或Z方向的力矩；“MXE、“MYE或“MZE： 分別為單元坐標系中X、Y或Z方向的力矩；SCALE為X1、X2確定比例系數，用如下字符表示：“LE實踐長度，Xi值是沿單元軸的實踐間隔，假設X1X2，Pi值是單元每單位長度的載荷密度；“FR比例長度，Xi值是沿單元軸間隔與單元總長度之比，假設X1X

10、2，Pi值是單元每單位長度的載荷密度；“LEPR投影長度，Xi值是沿單元軸的實踐間隔；“FRPR 比例投影長度，Xi值為沿單元軸實踐間隔與總長之比，Pi值為單元每單位投影長度載荷密度；X1，X2從梁CBAR、CBEAM或CBEND端A起算的沿梁軸線之距實數，X2可為空白，。P1，P2分別為X1和X2處的載荷系數實數，或空白。假設X1X2，那么在X1和X2之間載荷呈線性分布，而X1，X2處之單位長度載荷分別為P1及P2；假設X1=X2，或X2為空白，表示在X1處作用一大小為P1的集中力。例1 均布載荷 用比例長度“FR來確定X1和X2，有X1 = 0.0, X2 = 1.0，P1= P2=12.

11、6磅/英寸 用“LE來確定X1和X2 例2，線性分布載荷對沿梁軸線線性分布載荷 PLOAD1卡為： 例3 ，集中載荷 對作用于梁上的集中載荷 PLOAD1卡為 作用于二維單元上的均布壓力PLOAD2 對有一樣均布壓力的多個二維單元CQUAD4或CTRIA3，PLOAD2卡非常方便PLOAD2卡格式： 或 稱號 內 容SID載荷集識別號整數0，由情況控制指令LOAD = SID選取。P壓力值實數，壓力方向按單元銜接結點順序，以右手定那么定義。EIDi單元識別號整數0，或空白，對于交換方式，EID2EID1,并且要求其間的一切單元號是實踐存在的。PLOAD稱號 內 容SID載荷集標識號整數0。Gi

12、結點號P壓力實數，方向按單元結點銜接順序，以右手定那么確定。作用于二維或三維單元面上的分布壓力PLOAD4 PLOAD4定義多種二維或三維單元面上的壓力載荷 這種壓力載荷可垂直或不垂直于單元面 可在單元面各角點輸入不同壓力值 PLOAD4卡的格式如下 交換格式僅適于面單元 稱號 內 容SID載荷集標識號整數0。單元標識號整數0，對于“THRU選擇，EID10，或為空白。G3與G1結點同一面上的對角結點編號，僅對于體單元CHEXA和CPENTA才要求的。對于CPENTA單元的三角面是不要求的。G4四面體元CTETRA不受壓力的角結點編號整數0。CID坐標系標識號整數0，缺省值= 0。N1，N2，

13、N3在坐標系CID中定義的向量分量，用于定義載荷密度向量方向實數。例1： 作用于曲板上的均布壓力PLOAD4用PLOAD4卡交換方式定義 例2： 作用于六面體CHEXA單元上的均布壓力載荷重力和離心力GRAV，RFORCE 在NASTRAN中，重力載荷用GRAV卡來施加，格式 稱號 內 容SID重力載荷集標識號整數0。CID坐標系標識號整數0，缺省值為零。G重力加速度向量比例系數實數。Ni在坐標系CID中定義的加速度向量分量實數，只少有一個Ni0。旋轉引起的離心慣性力，用RFORCE卡定義。格式 稱號 內 容SID離心載荷集標識號整數0，為零時代表根本坐標系原點。G結點標識號整數0。CID定義

14、選轉向量的坐標系標識號整數0，缺省值為0。AR1,R2,R3單位時間旋轉角速度標量系數實數。旋轉向量的分量，該向量過G點實數。METHOD 計算離心力所用的方法整數= 1，2，或空白。 METHOD=1或空白，耦合質量矩陣； METHOD=2，集中質量矩陣 強迫位移 靜力分析中，用DEFORM卡定義強迫變形DEFORM卡在情況控制集中用指令DEFORM = SID來選取 DEFORM卡格式 稱號 內 容SID強迫變形集標識號整數0。EIDi單元標識號整數0。Di變形實數，正值表示伸長。對靜力分析中的強迫位移，用SPCD施加SPCD卡由情況控制指令LOAD = SID來選取 DEFORM格式 稱

15、號 內 容SID載荷集識別號整數0。Gi結點或標量點標識號整數0。Ci位移分量號0整數6，1至6個的獨一整數，無嵌入空白。Di與Gi和Ci對應的強迫位移值實數。熱 載 溫度場用結點溫度和單元溫度數據定義 TEMP和TEMPD模型數據卡定義結點溫度TEMP卡格式 稱號 內 容SID溫度集標識號整數0。G結點標識號整數0。T溫度值實數。一張TEMP卡最多可定義三個結點的溫度，由情況控制TEMP = SID選取 TEMPD卡定義結點溫度場，格式 稱號 內 容SID載荷集標識號整數0。T結點溫度原設定值實數。該卡最多可定義四組溫度場，它由情況控制指令TEMP = SID選取。 對于一維單元：ROD、B

16、AR、BEAM、BEND和CONROD或TUBE，用 TEMPRB卡來定義溫度場，格式： 第二繼續卡的交換方式 稱號 內 容SID溫度集標識號整數0。EIDn單元標識號。TA、TB分別為在端點A和B剖面之平均溫度實數。在端點j處i方向的等效線性梯度只用于CBAR、CBEAM和CBEND，實數。端點j剖面上i位置的溫度i位置由PBAR、PBEAM或PBEND卡所定義，只用于應力恢復，實數。二維單元，用TEMPP1和TEMPP3卡來定義溫度場， TEMPP1卡定義二維單元面上溫度場，格式 繼續卡的交換格式為 稱號 內 容SID溫度集標識號整數0。EIDn單元標識號整數0。T平均溫度實數。等效溫度梯

17、度實數，不用于膜單元。T1、T2單元性質卡PSHELL上規定的計算應力點的溫度實數。TEMPP3卡定義二維單元剖面溫度梯度，格式 第三繼續卡的交換格式為 稱號 內 容SID溫度集標識號整數0。EIDn單元標識號整數0。Z0底面至參考面之距實數。Zi平面i至參考面之距實數。T0底面溫度實數。Ti平面i的溫度實數。組合載荷 LOAD模型數據卡可用來進展靜力載荷的線性組合疊加 所組合的載荷是用FORCE、MOMENT、FORCE1、MOMENT1、FORCE2、MOMENT2、PLOAD、PLOAD1、PLOAD2、PLOAD3、PLOAD4、PLOADX、SLOAD、SPCD、RFORCE或GRA

18、V卡來定義 LOAD卡格式： 稱號內 容SID載荷集標識號整數0。S總比例系數實數。Si分比例系數實數。Li可組合載荷卡上定義的載荷集標識號整數0。由LOAD定義的組合載荷為 例子:(1) Y向15.2磅的集中力F作用于結點12上(2) 6.4英寸-磅關于X-軸的集中彎矩M作用于結點127上。 要求:組合載荷為：2倍集中力F和3倍的集中力矩M。即 式中30和40分別為集中力F和集中力矩M的載荷集標識號。 在情況控制集中： LOAD = 2 2 在模型數據集中 留意： NASTRAN可用情況控制SUBCASE在一次程序運轉中分析多種載荷工況每一種子情況定義一種獨一的載荷工況 還可用情況控制指令S

19、UBCOM和SUBSEQ定義子情況不同載荷條件的線性組合。例子：闡明SUBCOM和SUBSEQ運用 F124315ZF2X第一種載荷情況：同時加上F1和F2；第二種載荷情況：同時加上F1和半倍的反向F2。在情況控制集中： SUBCASE 1 選取垂直載荷F1 LABEL = VERTLCAL LOAD 2000.0 LBS LOAD = 10 SUBCASE 2 選取程度載荷F2 LABEL = HORIZONTAL LOAD 1000.0 LBS LOAD = 20 SUBCASE 100 組合F1和F2 SUBTITLE = COMBINATION OF THE PREVIOUS SUBC

20、ASES LABEL = FIST COMBINATION SUBSEQ = 1. , 1. SUBCASE 200 組合F1和-0.5F2 LABEL = SECOND COMBINATION SUBSEQ = 1. , -0.5在模型數據集中：FORCE , 10 , 3 , , -2000. , 0. , 0. , 1.FORCE , 20 , 5 , , 1000. , 1. , 0. , 1.第9章約束處置 MSC/NASTRAN兩種根本約束類型：單點約束SPC和多點約束MPC 單點約束 單點約束是約束單個自在度的一種約束用途： 支持一個構造，或將一構造“固定于地面； 處置對稱或反對

21、稱邊境條件； 消除構造分析中未用自在度； 消除非常弱的耦合自在度； 給結點施加零或非零強迫位移 永久性固定約束 對永久性固定約束，用GRID模型數據卡中第8域PS來定義; 假設分析模型中僅有幾個結點需施加零位移約束，那么采用GRID卡。 單點約束SPC 用SPC模型數據卡施加一組單點約束或強迫位移 SPC的格式 名 稱 內 容SID單點約束集標識號整數0。Gi結點標識號。Ci位移分量號1整數6，可填由1至6組成的多至6個獨一的整數，其間不允許堪入空格。Di由Gi 和Ci指定的自在度強迫位移值實數，缺省值為0.0。 SID是SPC集識別號，由情況控制指令集中SPC=SID 指令來選取 一個SPC

22、卡可定義兩組G、C、D值 單點約束SPC1 SPC1模型數據卡用于定義零位移單點約束，格式 交換格式 名 稱 內 容SID單點約束集標識號整數0。C分量號任何獨一的由1至6的整數組合，不允許堪入空格。對于結點必需為整數；標量點那么為空白。Gi結點或標量點標識號整數0或為替代格式中的“THRU，要求G1G2。 SID是由情況控制指令集中SPC = SID 指令來選取， 任何數量的SPC1卡可用來定義一個約束集。AUTOSPC在MSC/NASTRAN中，利用在模型數據集中參與參數卡：PARAM，AUTOSPC，YES 可自動識別與消除剛度矩陣的奇特性消除未用自在度和非常弱的耦合自在度 邊境條件例題

23、1一根梁，邊境條件為一端固支、另一端鉸支。具有5個結點，4個梁元對于結點1需約束全部6個自在度，三個挪動1，2，3和三個轉動4，5，6。對于結點5，需約束三個挪動自在度1，2，3和兩個轉動自在度4， 6。用SPC卡，假定情況控制約束集中已選定SPC=100。強迫位移的值為零，取缺省值。SPC卡為 用自在域格式，那么為： SPC，100，1，123456， ，5，12346 邊境條件例題2 一四邊固支板，四個板元，9個結點。 邊境結點1，2，3，4，6，7，8和9必需約束一切6個自在度1，2，3，4，5，6。假定在情況控制約束集已選定SPC=100。 采用SPC1卡，那么有 多點約束NASTRA

24、N中，多點約束MPC描畫兩個或多個自在度間的線性關系： 式中 uj為節點或標量點的任何自在度； Rj為用戶定義的比例系數。多點約束用途：(1) 將兩個結點間的相關運動定義為一個自在度；(2) 將幾個運動平均值定義為一個自在度；(3) 在構造部件間提供鉸鏈或滑動銜接；(4) 銜接不同種類的單元，將具有轉動自在度的單元與僅有挪動自在度的單元相銜接殼元與體元的銜接就是一例；(5) 獲得作用于構造或構造部件上的合力；(6) 將一個力分配到構造中幾個點。當一個力是未知的時候，這是實踐有用的，例如，要求緊縮流體的力； (7) 銜接具有不一致結點的單元，例如，在構造內部改動網格尺寸便會出現這種情況； (8)

25、 交換具有剛性銜接的極剛硬構造元件。這只當需改善剛度矩陣的數值形狀時才用，且是不引薦的，最好采用剛性元來處置； (9)定義結點的運動分量，該分量方向不是與結點的部分坐標系軸向一致多點約束用MPC卡描畫，其格式如下 域 內 容SID多點約束集標識號，由情況控制指令選定。Gi結點或標量點識別號。Ci自在度分量號。Ai比例系數。第10章線性靜力分析 根本有限元方程 靜力分析的根本有限元方程為：Ku=P 式中 K為構造的彈性剛度矩陣； u為結點廣義位移向量； P為結點載荷向量。 剛度矩陣按結點自在度裝配而成的，對應位移集稱之為g-集； 該矩陣往往是能夠奇特的，不能直接被分解的。普通需進展如下運算： 多

26、點約束減縮MPC，消去線性相關自在度可選的； 單點約束減縮SPC，消去剛體運動自在度； 靜力減縮OMIT，減小求解問題的規模可選 自在體支持SUPORT，分析慣性卸載問題 上面運算由一個或多個模型數據卡所控制： 運 算模 型 數 據 卡多點約束MPC，MPCADD，RROD，RBAR，RTRPLT，RBE1，RBE2，RBE3，RSPLINE單點約束SPC，SPC1，SPCADD，GRID，GRDSET，PARAM，AUTOSPC，YES靜力減縮OMIT，OMIT1，ASET，ASET1自在體支持SUPORT解題過程 確定物理模型簡單物理模型：接受集中載荷作用簡支梁。 資料特性：彈性模量 E=

27、30E6 泊桑比 v=0.3載荷： 接受集中力F，見圖邊境條件：兩端簡支。 求解：確定在載荷F作用點處梁的撓度和應力，不思索橫向剪切的影響。 建立有限元模型的輸入數據文件按MSC/NASTRAN的輸入數據格式，建立相應有限元模形的數據文件第1步 確定分析類型，構成輸入文件的執行控制語句集 ID MPM，CH 12 EXAMPLESOL 101TIME 100CEND第2步 離散物理模型以構成有限元模型對接受集中力梁彎曲問題。因桿單元CROD不能承彎，故不能選用它。CBAR是常用的等剖面直梁元，滿足本問題的要求。 最后構成具有四個結點、三個CBAR單元、在結點3處作用集中力F的兩端鉸支梁模型 第

28、3步 構成模型數據集建立有限元模型的“幾何、“單元、“資料、“載荷與“約束五類數據幾何數據 GRID卡如下： 假設采用自在域格式,那么為:GRID , 1 , 0. , 0. , 0.GRID , 2 ,10. , 0. , 0.GRID , 3 , 20. , 0. , 0. GRID , 4 , 30. , 0. , 0. 單元數據 CBAR單元卡中第6、7、8項為梁端點GA處的定位向量分量X1，X2，X3； 該向量確定梁元坐標系和主平面1的位置，據此計算梁剖面性質。雖然的選擇有點恣意，但其方向必需與梁剖面的慣性主平面相一致。 定義平面1和Y-單元軸單元性質卡標識號為101，三個梁單元的CBAR卡數據CBAR單元的性質PBAR卡：a) PBAR卡第5項和第6項。,兩者不能顛倒。 應力恢復系數Ci、Di、Ei和Fi的選取，由用戶在梁剖面Y-Z平面上任選的四點部分坐標值。 思索橫向剪切影響，需剪力面積系數K1和K2填入適當的值，對矩形剖面，K1=K2=5/6。假設不填，其缺省值為無窮大，意味著剪切對撓度無影響。 對于無剪切影響，