Nastran 基础培训 3有限元模型.docx
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Nastran基础培训3有限元模型
第三章 NASTRAN有限元模型知识
1 离散化结构的描述
有限元模型所需数据包括:
* 坐标系
* 模型几何(节点坐标)
* 有限单元
* 载荷
* 边界条件
* 材料性质
A. 坐标系
NX_NASTRAN有默认的直角笛卡尔坐标系,称为基本坐标系,也称缺省坐标系。
NX_NASTRAN允许用户建立局部坐标系,坐标系类型包括直角、柱面(r,θ,z)与球面坐标系(r,θ,φ)。
作为一个例子,考虑如图所示的储水罐,这是一个具有半球顶的圆柱面,其轴线是偏离基本坐标系原点的。
对这种情况,建立局部柱面坐标系(γ,θ,z)和球面坐标系(γ,θ,?
)来形成模型的几何记录,或检查计算出来的位移结果,显然是十分方便的。
B. 模型几何
NX_NASTRAN中,模型几何用结点(Grid)定义。
结构结点由于加载而移动:
结构模型每一结点有六个可能位移(自由度),分别是:
三个移动(在X、Y 和Z 方向) 和三个转动(绕X、Y和Z 轴的转动)。
C. 有限单元
Nastran中,单元名均以字母C开头,C是表示“connection”。
Nastran中提供了以下单元:
■ 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:
CTRIA3
六结点三角形板元:
CTRIA6
四结点四边形板元:
CQUAD4
八结点四边形板元:
CQUAD8
四结点剪力板元:
CSHEAR
■ 体元(性质象块料或厚板材)
■ 约束元(无限刚硬,称为刚性元)
· 刚性杆:
RROD
· 刚性梁:
RBAR
· 刚性三角板:
RTRPLT
· 刚性约束元:
RBE1,RBE2
· 均方加权约束元:
RBE3
· 内插约束元:
RSPLINE
D. 载荷
(1) NX_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:
* 板和体表面上的压力载荷
* 重力载荷
* 由加速度引起的载荷
* 强迫位移
* 集中力和力矩
* 梁上的分布载荷
E. 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) NX_NASTRAN中,边界条件通过约束适当自由度为零位移来处理。
F. 材料特性
NASTRAN可处理的材料包括:
各向同性,各向异性,非线性(
2 NX_NASTRAN输入文件结构
(1) NX_NASTRAN输入文件内容
* 要执行的分析类型
* 计算结果输出要求
* 模型几何
* 单元集
* 材料
* 载荷
* 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NX_NASTRAN 命令
命令方式:
NASTRAN 输入文件名
如:
Nastran model1.dat - 运行Nastran,使用输入文件model1.dat。
在Windows下,点击Nastran图标,或执行菜单:
开始>程序>Nastran
然后在Nastran的运行对话框中输入"输入文件名"或通过Browse选择输入文件。
(4) 输入文件包括五个部分,三个限定符
分别说明如下:
a. 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。
Nastran语句用于特殊情况,在多数运行中是不需要的。
可在《NXNastran QuickReferenceGuide》第一部分中找到Nastran语句的进一步说明。
b. 文件管理段(FMS,可选的)
主要用于初始化数据库和FORTRAN文件。
对于多数NXNastran问题,不要求文件管理语句,因为当每次运行开始,便执行默认的文件管理段。
在这里不详细讨论,在《NXNastran QuickReferenceGuide》第二部分可找到关于FMS的更多说明。
c. 执行控制段(必须的)
(1)主要功能:
规定执行作业的分析类型。
对于NXNastran的每一个作业,都是必须的。
(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)用CEND限定符标识结束
d. 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
e. 模型数据段(必须)
(1)在情况控制段之后,以限定符“BEGINBULK”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。
NX_NASTRAN输入文件ROD.DAT为:
NX_NASTRAN输出文件
NX_NASTRAN输出文件包括(本例中作业名-ROD) :
无重起动要求时,MASTER和DBALL文件在作业完成后自动清除,这可通过附加执行语句SCR=YES来实现。
例如用如下的指令将ROD.DAT提交给NXNastran:
Nastran ROD SCR=YES
F06结果文件的部分内容:
4 NX_NASTRAN输入数据
A. 数据单位:
NX_NASTRAN对物理单位没有限制。
NXNastran本身不检查不一致单位制的存在,如果使用了不一致单位,便会得到错误的结果,并且无任何警告信息生成。
因此,在实际使用时,一定要注意避免类似问题的发生。
用户在形成有限元模型时应使用一致性单位制:
B. 输入数据格式
NX_NASTRAN有三种可能数据类型:
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,实数“7”可采用如下形式输入:
7.0, .7e1, .7+1, 0.7e1, .70+1, 70.-1, 70.e-1 ......
自由域、小域与大域格式
(1) NX_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)
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。
自由域格式:
* 自由域格式必须从第一列开始填数据;
* 空白字域,用逗号实现;
* 整数和字符字域不能超过八个字符(小域格式);
* 自由域数据的一个数值中间不能包含嵌入的空格。
小域格式:
大域格式:
要求高数字精度时,采用大域格式;
* 数据卡名称后紧跟“*”,续行标记在开头有“*”
* 大域格式表示的每个记录至少有两行;
* 每行80个字符,分为6个域,头尾域为8 个字符,中间域16个字符
* 输入数据中间不能有任何嵌入空格。
继续卡(续行):
模型数据记录多于八个字域的数据,需要继续卡。
如:
简单梁的单元属性卡PBAR,包含3行内容:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
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