动力分析概述ppt课件

第一章,动力分析概述,1,动力分析过程,2,其中，m为质量（惯性）， b 为阻尼（能量耗散）， k为刚度（恢复力） n为非线性恢复力 p为作用力 u为位移 为加速度 为速度 通常，作用力p、位移u、速度、加速度为时间函数，m、b、k为常数，非线性恢复力n为 的函数。,单自由度系统,动力学方程,3,单 位,长度L (inch, m)， 质量M（slug,kg），时间T（second）,基本单位,基本与推导单位,常用变量工程单位,注意,用一致的单位制 常见错误是质量与阻尼单位 Nastran不检验单位，用户应该小心,4,5,单自由度系统无阻尼自由振动,动力学方程,解 ：,初始条件,其中，,6,解的最后形式：,7,单自由度系统阻尼自由振动,动力学方程 临界阻尼 临界阻尼比 解： 欠阻尼情况 其中， 为阻尼固有频率,8,临界阻尼情况（无振荡发生）,过阻尼情况,无振荡发生，系统逐渐回到平衡位置（至少不会扩散）,通常分析欠阻尼情况，结构的粘性阻尼一般在010%范围内,9,单自由度系统无阻尼简谐振动,动力学方程,其中， 为激励力频率,解的形式,10,稳态解部分,11,MSC/NASTRAN开发历史 l 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公司发布了经重大改进的 MSC/NASRANV68版,12,l 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.FATIGUE、MSC.ADVANCED FEA等 标志着CAE 领域新阶段的开始 1995年,MSC/NASTRAN V68.2版 1996年,MSC/NATRAN V69版 1997年, MSC/NASTRAN V70版 2001年,MSC/NASTRAN2001版,13,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,14,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析,15,3)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。,16,5) 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,17,7) 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,18,MSC/NASTRAN的前后处理,1、 MSC公司直接提供的 有MSC/PATRAN和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，并进行后置处理。,19,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 ),20,21,第二章,有限元分析引言,22,有限元法在工程分析中的作用,23,有限元法的过程,24,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,25,总体刚度矩阵,26,线性静力有限元分析步骤,27,例子：,1、建立结构有限元模型,28,2、形成单元刚度矩阵,3、总装刚度矩阵,29,4、施加边界条件,5、施加作用载荷,30,6、求解矩阵方程,7、计算单元应力,31,第三章,NASTRAN有限元模型知识,32,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,33,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,),34,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),35,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,36, 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）,37, 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,38,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,39,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,40,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,41,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),42,2、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,43,44,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,45,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”,46,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,47,MSC/NASTRAN输入文件ROD.DAT为,48,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,49,F06文件部分结果,50,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,51,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,52,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,53,典型NASTRAN模型数据记录格式，GRID记录(卡),54,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。,55,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,56,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,57,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,58,59,