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patran培训教材(有限元分析)

2021-07-06 来源:爱go旅游网
目 录

第一章 Patran基础知识 ····················································· 2 第二章 悬臂梁的有限元建模与变形分析 ······························ 12 第三章 受热载荷作用的薄板的有限元建模与温度场求解 ·········· 20 第四章第五章第六章第七章第八章第九章 第十章

带孔平板的受力分析(平面) ································· 23 厚壁圆筒的受内压作用时的应力分析 ························ 27 受压力载荷作用时板的受力分析 ······························ 31 板的模态分析 ······················································ 34 板的瞬态响应分析 ················································ 37 板的频率响应分析 ················································ 40 提取车架中性面的模态分析 ···································· 43

第一章 Patran基础知识

一.Patran的用户界面介绍

Patran具有良好的用户界面,清晰、简单、易于使用且方便记忆,其用户界面如图1-1所示。

图1-1 patran界面

按照各部分的功能,可将Patran界面划分为四个区域:菜单和工具栏区、操作面板区、图形编辑区、信息显示和命令行输入区。下面,就分别对这几个区域进行介绍。 1.菜单和工具栏区

如图1-2所示,patran的界面上有一行菜单,两行工具栏。

菜单栏工具栏应用菜单按钮

图1-2 菜单工具栏

Patran的菜单是该软件的重要组成部分,使用菜单项,可以完成多设置和操作。本来,菜单与各种工具是配合使用的,两者是不能独立区分的。这里对菜单栏进行简单的介绍,一般情况下,Patran有九个主菜单项,如图1-2所示,文件

管理(File)菜单主要用于Patran数据库文件的打开/关闭,同时也用来从其他CAD系统输入模型;组(Group)菜单主要用于组的操作,作用类似CAD系统中的“层”;视窗管理(Viewport)菜单用于视窗设置;视图操作(Viewing)菜单用于图形显示设置,包括了工具栏中一些工具的功能;元素显示管理(Display)菜单用于设置各种元素的显示方式;参数设置(Preferences)菜单用于选择求解器,定制用户自己的环境等操作;工具选项(Tools)菜单中提供了许多非常有用的工具;在线帮助(Help)菜单为使用者提供在线帮助。

工具栏各工具功能见表一:

表一 Patran工具栏各工具功能列表

2.操作面板区,图形编辑区和信息显示和命令输入区

由工具按钮和菜单选项打开的各种面板一般都显示在patran界面的右侧,即操作面板区。

图形编辑区主要用来显示模型,用户可以在该区域用鼠标对模型进行操作。 Patran中的所有操作行为都会显示在信息显示窗口。例如,patran执行了那些PCL命令,系统进行了哪些设置,错误信息等都会在该区域显示出来。

图形编辑区操作面板区信息显示和命令输入区图1-3

二.Patran中数据的输入方法

1.用鼠标从屏幕上拾取对象

用鼠标从屏幕上拾取对象主要是通过鼠标左建、右键和键盘的功能键“Ctrl”、“Shift”的协同操作来完成数据的输入。具体方法如下:

鼠标左键:选择一个对象,操作时,将鼠标移动到要选择的对象上,这时,可能被选取对象将会以颜色变化、高亮度显示、出现一个小圆圈等方式显示,以提示用户,当用户确认所选对象后,单击鼠标左键,则该对象会被选取,如果用户用左键连续选取两个个以上的对象,则只有最后一个被选中的对象有效(在选择对象前,应先用鼠标左键确认要接受输 入的数据输入文本框,下同)。

Shift+鼠标左键:选择多个对象,这种方法是以追加的方式进行的,操作时,按住Shift键,同时用鼠标左键选取所要选择的对象,则所选择的对象都会被选取。 用矩形框选择(鼠标左键):选择多个对象,操作时,在屏幕上按住鼠标左键,拖出一个矩形框来,则被矩形框所包围的合法对象都会被选中。这里所说的合法是指满足输入的要求,例如要求输入的是点对象,则被矩形框所包围的对象中只有点对象会被选中。

Ctrl+鼠标左键:用多边形框选取多个对象,类似于矩形框选择方法。操作时,按住Ctrl键,同时用鼠标左键在屏幕上选择若干点位置,则系统会将这点依次连线形成一个多边形框,则被包围在矩形框中的对象会被选中。这种方法适合于形状不规则的复杂模型。

鼠标右键:取消一个已选中对象。操作时,将鼠标移动到所要操作的对象上,单击右键,则先前已被选定的该对象将会被取消。该方法用于从已选对象组中剔除不合适的对象。

2.按语法从键盘直接输入

Patran中的所有对象元素都是有标号的,这样可以方便的区分对象,也可以有效地进行管理和操作,比如借助于标号进行选择输入。Patran中根据标号输入有一套完整的语法规定,用户可以按照这些规定方便的输入对象。下面,通过例子来加以说明。 2.1几何编号

关键字有point、curve、surface、solid。

点的输入:例如要输入一个点,可用键盘输入“point 8”(表示输入标号为8的点),“point 3 7 9”(表示输入标号为3、7、9的点),“point 3:7”(表示输入标号从3到7的点),“point 5:18:2”(表示输入标号从5开始到18结束,间隔为2的点,即输入标号为5、7、9、11⋯⋯17的点),“curve 3.2”(输入标号为3的曲线的第2个点),“surface 7.2.2”(输入标号为7的曲面的第2条边的第2个点),“solid 5.3.2.1”(输入标号为5的实体的第3个曲面的第2条边的第1个点)等。

线的输入:要输入曲线(直线),可用键盘直接输入“curve 3”(输入标号为3的曲线),“surface 3.1”(输入标号为3的曲面的第1条边),“solid 7.2.2”(输入标号为7的实体的第2个曲面的第2条边)等。

曲面的输入:可直接键入“surface 7”(输入标号为7的区面),“solid 5.1”(输入标号为5的实体的第1个曲面)等。

实体的输入也类似于上边点线面的输入方法,可参照进行。 2.2 FEM编号

关键字有node、element(可简写为ele)

节点的输入:类似于几何点的输入,只是关键字不同,如“node 3”,“node 1 7 11”,“node 3:10”,“node 1:18:3”等。

单元的输入:例如“element 3”,“element 3:9”,“element 3:9:2”,“element 3,7 12:18”(表示输入标号为3、7、12、13、14⋯⋯18的单元)等。 2.3 直接输入点的坐标

Patran中用方括号“[ ]”来表示坐标,坐标各分量之间可以用逗号“,”、斜杠“/”或空格隔开,可以使用绝对坐标,也可以使用相对坐标,下面就以例子来说明。如“[0,7,8]”,“[3.1/-17.5/19]”,“[0.3 18.29 -17.0]”,“[yp7 yn8 0.3]”(表示该点的x坐标与标号为7点的y坐标相同,y坐标与标号为8的节点的y坐标相同,z坐标是0.3)等。 2.4 直接输入矢量

Patran中用尖括号“< >”来表示矢量,类似于几何点的输入,各分量之间可以用“,”、斜杠“/”或空格隔开,如“<7 0 5>”。

三.Patran建模和分析的一般流程

MSC.Patran建模和分析的一般流程如图1-4所示:

读入几何模型或创建几何模型 设置材料特性及单元特性 选择分析求解器 设置分析参数 划分有限元网格 提交分析 施加约束及载荷边界条件 显示分析结果(后置处理)

图1-4 Patran分析流程图

四.一个典型工程问题的分析过程

为了使读者对Patran和Nastran的使用有一个初步的了解,下面给出一个典

型工程问题的例子,这个例子包括了分析过程的几个步骤:在输入几何模型、有限元网格模型、材料定义、单元属性定义、边界条件的定义、提交分析、结果显示。

此例是发动机活塞的有限元分析,其目的是检验该活塞的结构强度。活塞顶部受到向下的均布载荷为10MPa,材料弹性模量E2.11011pa,泊松比0.3。

10MPa

图1-5

1.新建一个数据库文件,【File】 1)选择菜单【File】→New,文件名→输入文件名piston, 单击 。Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural,单击 。 2.导入CAD几何模型

选择菜单【File】→Import,Object→Model, Source→Parasolid xmt, 选择piston.x_t,单击 ,单击 。

3.划分有限元网格,

划分网格:Action→Create,Object→Mesh,Type→Solid, Elem Shape→Tet,Mesher→Tetmesh,Topology→Tet10,Input List→Solid 1,选中Automatic Calculation,单击 。

4.施加边界条件, 1)施加固定约束:Action→Create,Object→Displacement,Type→Nodal,New Set Name→dis,单击 ,Translations→<0 0 0 >,Rotations→<0 0 0>,单击 ,单击 ,选中Geometry,Select Geometry Entities→Solid 1.3 1.8,单击 ,单击 ,单击 。

2)施加均布载荷:Action→Create,Object→Pressure,Type→Element Uniform,New Set Name→Pre,Target Element Type t→3D,单击 , Pressure→1.0e7,单击 ,单击 ,选中Geometry,Select Solid Faces→Solid 1.32,单击 ,单击 ,单击 。

5.定义材料属性,

定义材料:Action→Create,Object→Isotropic,Method→Manual Input,Material Name→steel,单击 ,Constitutive Model→Linear Elastic,

Elastic Modulus→2.1e11,Poisson Ratio→0.3,单击 ,单击 。

6.定义单元属性,

1)定义单元属性:Action→Create,Object→3D,Type→Solid,Property Set Name→pro,Option(s) →Homogeneous、Standard Formulation,单击 , Material Name→Steel(在Material Property Sets中选择),单击 ,Select Members→Solid 1,单击 ,单击 。

7.进行分析,

1)进行分析:Action→Analyze,Object→Entire Model,Method→Analysis Deck,Job Name→piston,单击 ,Solution Type→LINEAR STATIC,单击

,apply。打开NASTRAN,选择piston.bdf,单击 。此时,Patran

会将模型提交Nastran运算,会弹出一个DOS形式的窗口,显示Nastran的运行情况,运算完成之后,计算机的扬声器会有提示音,同时,状态显示窗口关闭。 2)读入分析结果:Action→Access Results,Object→Attach XDB,Method→Result Entities,Select Result File,文件名→piston.xdb,单击 ,单击 。这一步骤,是将Nastran的分析结果读入到Patran中来,这样才可以进行后处理。

8.后处理,

1)显示应力云纹图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default,A1: Static Subcase,Select Fringe Result→Stress Tensor,Quantity→von Mises,单击 。此时,活塞模型的von Mises弯曲应力云纹图就显示出来,如图1-6所示。

图1-6

2)显示位移变形图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default,A1: Static Subcase,Select Deformation Result→Displacements Translational,Quantity→Magnitude,单击 。此时,活塞模型的位移变

形图就显示出来,如图1-7所示。

图1-7

第二章 悬臂梁的有限元建模与变形分析

一.一维单元

1.新建一数据库文件,【File】 1)【File】→New,文件名→beam-1D, 。Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural, 。

2.创建几何模型,

1)创建几何点:Action→Create,Object →Point,Method →XYZ,Point 1→[0 0 0],去掉Auto Execute, ,Point 2→[10 0 0] , 。(注:Auto Execute和 不要同时选中,本文后面均未选中Auto Execute)

2)创建曲线:Action→Create,Object→Curve,Method→Point,Option→2 Point,Curve 1,Starting Point List→point 1,Ending Point List→point 2, 。

3.划分有限元网格, 1)建立网格种子:Action→Create,Object→Mesh Seed,Type→Uniform,Number of Element,Number→40,Curve List→Curve 1, 。

2)划分网格:Action→Create,Object→Mesh,Type→Curve,Topology→Bar2,Curve List→Curve 1, 。

4.施加边界条件, 1)施加固定约束:Action→Create,Object→Displacement,Type→Nodal,New Set Name→dis1, ,Translations→<0 0 0 >,Rotations→<0 0 0>, , ,选中FEM,Select Nodes→Node 1, , , 。 2)施加均布载荷:Action→Create,Object→CID Distributed Load,Type→Element Uniform,New Set Name→CID 1,Target Element Type t→1D,Input Data ,Distr Force→<0 -1.0e5 0>, , ,选中FEM,Select 1D Elements→Elm 1:40, , 。

5.定义材料属性,

定义材料:Action→Create,Object→Isotropic,Method→Manual Input,Material Name→steel, ,Constitutive Model→Linear Elastic,Elastic Modulus→2.1e11,Poisson Ratio→0.3, , 。

6.定义单元属性,

定义单元属性:Action→Create,Object→1D,Type→Beam,Property Set Name→pro1,Option(s) →General Section、Standard Formulation, ,单击Create Section,Action→Create,Object →Standard Shape,Method →NASTRAN Standard,Section Name→rect,单击【>】,选择,W→0.05,H→1, ,Material Name→Steel(在Material Property Sets中选择),Bar Orientation→<0,1,0>, ,Select Members→Curve 1,

, 。

7.进行分析,

1)进行分析:Action→Analyze,Object→Entire Model,Method→Analysis Deck,Job Name→beam-1D,单击 ,Solution Type→LINEAR STATIC , , 。打开NASTRAN,选择beam-1D.bdf, 。此时,Patran会将模型提交Nastran运算,会弹出一个DOS形式的窗口,显示Nastran的运行情况,运算完成之后,计算机的扬声器会有提示音,同时,状态显示窗口关闭。 2)读入分析结果:Action→Access Results,Object→Attach XDB,Method→Result Entities, ,文件名→beam-1D.xdb, , 。这一步骤,是将Nastran的分析结果读入到Patran中来,这样才可以进行后处理。

8.后处理,

1)显示应力云纹图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default Static Subcase,Select Fringe Result→Bar Stresses,Bending,Quantity→von Mises

, 。此时,有限元模型的von Mises弯曲应力云纹图就显示出来,如图2-1所示。

图2-1

2)显示位移云纹图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default Static Subcase,Select Deformation Result→Displacements Translational,Quantity→Magnitude, 。此时,有限元模型的位移变形图就显示出来,

如图2-2所示。

图2-2

二.2维单元

1.新建一数据库文件,【File】 1)【File】→New,文件名→beam-2D, 。Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural, 。

2.创建几何模型,

1)创建几何点:Action→Create,Object →Point,Method →XYZ,Point 1→[0 0 0],apply,Point 2→[10 0 0] ,Point 3→[0 1 0],apply,Point 4→[10 1 0] , 。 2)创建曲线:Action→Create,Object→Curve,Method→Point,Option→2 Point,Curve 1,Starting Point List→point 1,Ending Point List→point 2, ,Curve 2,Starting Point List→point 3,Ending Point List→point 4, 。 3)创建曲面:Action→Create,Object→Surface,Method→Curve,Option→2 Curve, Surface 1,Starting Curve List→Curve 1,Ending Curve List→Curve 2, 。

3.划分有限元网格, 1)建立网格种子:Action→Create,Object→Mesh Seed,Type→Uniform,Number of Element,Number→40,Auto Execute,Curve List→Curve 1, ,Number of Element,Number→2,Auto Execute,Curve List→Surface1.3, 。 2)划分网格:Action→Create,Object→Mesh,Type→Surface, Elem Shape→Quad,Mesher→Isomesh,Topology→Quad8,Surface List→Surface 1, 。

4.施加边界条件, 1)施加固定约束:Action→Create,Object→Displacement,Type→Nodal,New Set Name→dis2, ,Translations→<0 0 0 >,Rotations→<0 0 0>, , ,Geometry,Select Geometry Entities→Surface 1.1, , , 。 2)施加均布载荷:Action→Create,Object→CID Distributed Load,Type→Element Uniform,New Set Name→CID 2,Target Element Type→2D, ,Surf Distr Force→<0 -1.0e5 0>, , ,Geometry,Select Surfaces or Edges→Surface 1.2, , , 。

5.定义材料属性,

定义材料:Action→Create,Object→Isotropic,Method→Manual Input,Material Name→steel, ,Constitutive Model→Linear Elastic,Elastic Modulus→2.1e11,Poisson Ratio→0.3, , 。

6.定义单元属性,

1)定义单元属性:Action→Create,Object→2D,Type→shell,Property Set Name→pro,Option(s) →Homogeneous、Standard Formulation, ,Material Name→Steel(在Material Property Sets中选择),Thickness→0.05, ,Select Members→Surface 1, , 。

7.进行分析,

1)进行分析:Action→Analyze,Object→Entire Model,Method→Analysis Deck,Job Name→beam-2D,单击 ,Solution Type→LINEAR STATIC , , 。打开NASTRAN,选择beam-2D.bdf, 。此时,Patran会将模型提交Nastran运算,会弹出一个DOS形式的窗口,显示Nastran的运行情况,运算完成之后,计算机的扬声器会有提示音,同时,状态显示窗口关闭。 2)读入分析结果:Action→Access Results,Object→Attach XDB,Method→Result Entities, ,文件名→beam-2D.xdb, , 。这一步骤,是将Nastran的分析结果读入到Patran中来,这样才可以进行后处理。

8.后处理,

1)显示应力云纹图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default Static Subcase,Select Fringe Result→Stress Tensor,Quantity→von Mises, 。此时,2D模型的von Mises弯曲应力云纹图就显示出来,如图2-3所示。

图2-3

2)显示位移变形图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default Static Subcase,Select Deformation Result→Displacements Translational,Quantity→Magnitude, 。此时,2D模型的位移变形图就显示出来,如图2-4所示。

图2-4

三.3D单元

1.新建一数据库文件,【File】 1)【File】→New,文件名→beam-3D, 。Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural, 。

2.创建几何模型,

1)创建几何点:Action→Create,Object →Point,Method →XYZ,Point 1→[0 0 0]

, ,Point 2→[10 0 0], ,Point 3→[0 1 0], ,Point 4→[10 1 0], 。

2)创建曲线:Action→Create,Object→Curve,Method→Point,Option→2 Point,Curve 1,Starting Point List→point 1,Ending Point List→point 2, ,Curve 2,Starting Point List→point 3,Ending Point List→point 4, 。 3)创建曲面:Action→Create,Object→Surface,Method→Curve,Option→2 Curve, Surface 1,Starting Curve List→Curve 1,Ending Curve List→Curve 2, 。 4)创建实体:Action→Create,Object→Solid,Method→Extrude,Solid Type ,Translation Vector→<0 0 0.05>,Surface List→Surface 1, 。

3.划分有限元网格, 1)建立网格种子:Action→Create,Object→Mesh Seed,Type→Uniform,Number of Element,Number→40,Curve List→Solid 1.4.3, ,Number of Element,Number→5,Curve List→Solid 1.1.2, ,Number of Element,Number→1, Curve List→Solid 1.1.3, 。

2)划分网格:Action→Create,Object→Mesh,Type→Solid, Elem Shape→Hex,Mesher→Isomesh,Topology→Hex8,Solid List→Solid 1, 。

4.施加边界条件, 1)施加固定约束:Action→Create,Object→Displacement,Type→Nodal,New Set Name→dis3, ,Translations→<0 0 0 >,Rotations→<0 0 0>, , , FEM,Select→Node 1:452:41, , , 。 2)施加均布载荷:Action→Create,Object→CID Distributed Load,Type→Element Uniform,New Set Name→CID 3,Target Element Type→3, ,Distr Force→<0 -1.0e5 0>, , ,Geometry,Select Solid Face→Solid 1.4, , , 。

5.定义材料属性,

定义材料:Action→Create,Object→Isotropic,Method→Manual Input,Material Name→steel, ,Constitutive Model→Linear Elastic,Elastic Modulus→2.1e11,Poisson Ratio→0.3, , 。

6.定义单元属性,

定义单元属性:Action→Create,Object→3D,Type→Solid,Property Set Name→pro,Option(s) →Homogeneous、Standard Formulation, ,Material Name→steel(在Material Property Sets中选择), ,Select

Members→Solid 1, , 。

7.进行分析,

1)进行分析:Action→Analyze,Object→Entire Model,Type→Analysis Deck,Job Name→beam-3D,单击 ,Solution Type→LINEAR STATIC, , 。打开NASTRAN,选择beam-3D.bdf, 。此时,Patran会将模型提交Nastran运算,会弹出一个DOS形式的窗口,显示Nastran的运行情况,运算完成之后,计算机的扬声器会有提示音,同时,状态显示窗口关闭。 2)读入分析结果:Action→Access Results,Object→Attach XDB,Method→Result Entities, ,文件名→beam-3D.xdb, , 。这一步骤,是将Nastran的分析结果读入到Patran中来,这样才可以进行后处理。

8.后处理,

1)显示应力云纹图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default Static Subcase,Select Fringe Result→Stress Tensor,Quantity→von Mises, 。此时,3D模型的von Mises弯曲应力云纹图就显示出来,如图2-5所示。

图2-5

2)显示位移变形图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default Static Subcase,Select Deformation Result→Displacements Translational,Quantity→Magnitude, 。此时,3D模型的位移变形图就显示出来,如图2-6所示。

图 2-6

第三章 受热载荷作用的薄板的有限元建模与温度场求解

计算分析模型如图3-1所示:

左边界温度:500C,右边界温度:100C,上下两端和上下表面自由且绝热尺寸:高6米,宽2米,厚0.3米热传导率:23.6密度:7800

图3-1 受热载荷作用的薄板的计算分析模型

1.新建一数据库文件,【File】

1)【File】→New,文件名→sheet,OK。Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Thermal, 。

2.创建几何模型,

1)创建几何点:Action→Create,Object →Point,Method →XYZ,Point 1→[0 0 0], ,Point 2→[2 0 0], ,Point 3→[0 6 0], ,Point 4→[2 6 0] , 。

2)创建曲线:Action→Create,Object→Curve,Method→Point,Option→2 Point,Curve 1,Starting Point List→point 1,Ending Point List→point 2, ,Curve 2,Starting Point List→point 3,Ending Point List→point 4, 。 3)创建曲面:Action→Create,Object→Surface,Method→Curve,Option→2 Curve, Surface 1,Starting Curve List→Curve 1,Ending Curve List→Curve 2, 。

3.划分有限元网格, 1)建立网格种子:Action→Create,Object→Mesh Seed,Type→Uniform,Number of Element,Number→2,Curve List→Curve 1, ,Number of Element,Number→20,Curve List→Surface 1.3, 。 2)划分网格:Action→Create,Object→Mesh,Type→Surface,Elem Shape→Quad,Mesher→Isomesh,Topology→Quad8,Surface List→Surface 1, 。

4.定义温度边界条件,

1)定义材料板的边界条件:Action→Create,Object→Temp,Type→Nodal,New Set Name→temp-1, ,Boundary temperature→500, , ,Geometry Filter→Geometry,Select Geometry Entity→

Surface 1.1, , , ,New Set Name→temp-2 , ,Boundary temperature→100 , , , Geometry Filter→Geometry,Select Geometry Entity→Surface 1.3, , , 。

5.定义材料属性,

定义材料: Action→Create,Object→Isotropic,Method→Manual Input,Material Name→steel, ,Constitutive Model→Solid Properties,Thermal Conductivity→23.6,Density→7800, , 。

6.定义单元属性,

1)定义单元属性:Action→Create,Object→2D,Type→shell,Property Set Name→pro,Option(s) →Homogeneous、Standard Formulation, , Material Name→steel(在Material Property Sets中选择),Thickness→0.3, ,Select Members→Surface 1, , 。

7.进行分析,

1)进行分析:Action→Analyze,Object→Entire Model,Method→Analysis Deck,Job Name→sheet,单击Solution Type,Solution Type→STEANDY STATIE ANALYSIS, , 。打开NASTRAN,选择sheet.bdf, 。此时,Patran会将模型提交Nastran运算,会弹出一个DOS形式的窗口,显示Nastran的运行情况,运算完成之后,计算机的扬声器会有提示音,同时,状态显示窗口关闭。 2)读入分析结果:Action→Access Results,Object→Attach XDB,Method→Result Entities, ,文件名→sheet.xdb, , 。这一步骤,是将Nastran的分析结果读入到Patran中来,这样才可以进行后处理。

8.后处理,

显示应力云纹图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default …,Select Fringe Result→Temperatures, 。此时,薄板温度分布云纹图就显示出来,如图3-2所示。

图 3-2 薄板温度分布云纹图

第四章 带孔平板的受力分析(平面)

问题描述:

如图4-1所示,带有中心孔的平板一端固定,一端受均匀拉伸载荷100N/mm,已知几何尺寸和材料特性如下:

板的长宽:320×200mm;板的厚度:10mm;圆孔直径:50mm; 拉伸载荷100N/mm.

0.3。 E1.0105,泊松比 材料:弹性模量

图4-1

1.新建一数据库文件,【File】

1)【File】→New,文件名→flat-hole, 。Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural, 。

2.创建几何模型, 几何模型如图4-2:

图4-2

1)创建曲线:

曲线1:Action→Create,Object →Curve,Method →2D ArcAngles,Curve 1,Radius→0.025,Start Angle→0,End Angle→45,Center Point List→[0 0 0], ;曲线2:Curve 2,Start Angle→45,End Angle→90,Center Point List→[0 0 0], ;

曲线3:Action→Create,Object →Curve,Method →Point,Option→2 Point,Curve 3,Starting Point List→point 3,Ending Point List→[0 0.055 0], ; 曲线4:Curve 4,Starting Point List→point 4,Ending Point List→[0 0.1 0], ;

曲线5:Curve 5,Starting Point List→point 5,Ending Point List→[0.055 0.1 0] , ;

曲线6:Curve 6,Starting Point List→point 6,Ending Point List→[0.16 0.1 0] , ;

曲线7:Curve 7,Starting Point List→point 7,Ending Point List→[0.16 0.055 0] , ;

曲线8:Curve 8,Starting Point List→point 8,Ending Point List→[0.16 0 0],

曲线9:Curve 9,Starting Point List→point 9,Ending Point List→[0.055 0 0] , ;

曲线10:Curve 10,Starting Point List→point 10,Ending Point List→point 1 , ;

曲线11:Curve 11,Starting Point List→point 4,Ending Point List→[0.055 0.055 0] , ;

曲线12:Curve 12,Starting Point List→point 11,Ending Point List→point 6 , ;

曲线13:Curve 13,Starting Point List→point 11,Ending Point List→point 8 , ;

曲线14:Curve 14,Starting Point List→point 11,Ending Point List→point 10 , ;

曲线15:Curve 15,Starting Point List→point 11,Ending Point List→point 2 , 。

2)创建曲面:Action→Create,Object→Surface,Method→Trimmed,Option→Surface, Surface 1,去除Delete Outer Loop,Outer Loop List→Curve 11 3 2 15 , ,Surface 2,Outer Loop List→Curve 15 14 10 1, ,Action→Create,Object→Surface,Method→Curve,Surface 3,Option→2 Curve,Starting Curve List→Curve 13,Ending Curve List→Curve 9, ,Surface 4,Option→2 Curve,Starting Curve List→Curve 13,Ending Curve List→Curve 6, ,Surface 5,Option→2 Curve,Starting Curve List→Curve 12,Ending Curve List→Curve 4, 。

3.划分有限元网格,

1)划分网格:Action→Create,Object→Mesh,Type→Surface, Elem Shape→Quad,Mesher→Isomesh,Topology→Quad4,Surface List→Surface 1:5, 。 2)检验模型:Action→Verify,Object→Elements,Test→Boundaries, 。

3)删除多余节点:Action→Equivalence,Object→All,Method→Tolerance Cube , 。

4.施加边界条件, 1)施加固定约束:Action→Create,Object→Displacement,Type→Nodal,New Set Name→lx, ,Translations→<0, , >,Rotations→< ,0,0>, , ,FEM,Select Surfaces Nodes→Node 1:5 140:142, , , ,New Set Name→ly , ,Translations→< ,0 , >,Rotations→<0, ,0>, , ,FEM,Select Surfaces Nodes→Node 46:50 84:90, , , ,New Set Name→l, ,Translations→< , , 0>,Rotations→<, , >, , ,FEM,Select Surfaces Nodes→Node 50, , , 。 2)施加均布载荷:Action→Create,Object→CID Distributed Load,Type→Element Uniform,New Set Name→CID,Target Element Type→2D, ,Distr Force→<100 0 0>, , ,Geometry,Select Surfaces or Edges→Surface 3:4.3, , , 。

5.定义材料属性,

定义材料:Action→Create,Object→Isotropic,Method→Manual Input,Material Name→steel, ,Constitutive Model→Linear Elastic,Elastic Modulus→1.0e5,Poisson Ratio→0.3, , 。

6.定义单元属性,

1)定义单元属性:Action→Create,Object→2D,Type→shell,Property Set Name→steel,Option(s) →Homogeneous、Standard Formulation, , Material Name→Steel(在Material Property Sets中选择),Thickness→0.01,OK,Select Members→Elm 1:93, , 。

7.进行分析,

1)进行分析:Action→Analyze,Object→Entire Model,Method→Analysis Deck,Job Name→flat-hole,单击 ,Solution Type→LINEAR STATIC , , 。打开NASTRAN,选择flat-hole.bdf, 。此时,Patran会将模型提交Nastran运算,会弹出一个DOS形式的窗口,显示Nastran的运行情况,运算完成之后,计算机的扬声器会有提示音,同时,状态显示窗口关闭。 2)读入分析结果:Action→Access Results,Object→Attach XDB,Method→Result Entities, ,文件名→flat-hole.xdb, , 。这一步骤,是将Nastran的分析结果读入到Patran中来,这样才可以进行后处理。

8.后处理,

1)显示应力云纹图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default Static Subcase,Select Fringe Result→Stress Tensor,Quantity→von Mises

, 。此时,带孔平板模型的von Mises弯曲应力云纹图就显示出来,如图4-3所示。

图4-3

2)显示位移变形图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default Static Subcase,Select Deformation Result→Displacements Translational,Quantity→Magnitude, 。此时,带孔平板模型的位移变形图就显示出来,如图4-4所示。

图4-4

第五章 厚壁圆筒的受内压作用时的应力分析

分析一个轴向受到约束的承受内压作用的厚壁圆筒,材料是弹性-理想塑性,并服从Von.Mises屈服条件。将高度的厚壁圆筒作为分析对象,本例中采用三维模型进行模拟,取其中1/12(30°)建立有限元模型。模型的几何尺寸和材料参数如图5-1。

几何尺寸:内径a10mm,外径b20mm高h5mm材料参数:弹性模量E8.667e4MPa泊松比0.3屈服极限s17.32MPa载荷:内压力为12.5MPa

图5-1

1.新建一数据库文件,【File】

1)【File】→New,文件名→tube, 。Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural, 。

2.创建几何模型, 1)创建曲线:

曲线1:Action→Create,Object →Curve,Method →2D ArcAngles,Curve 1,Radius→10,Start Angle→0,End Angle→30,Center Point List→[0 0 0], ; 曲线2:Curve 2,Radius→20,Start Angle→0,End Angle→30,Center Point List→[0 0 0], ;

2)创建曲面: Action→Create,Object→Surface,Method→Curve, Surface 1,Option→2 Curve,Starting Curve List→Curve 1,Ending Curve List→Curve 2 , 。 3)创建实体:Action→Create,Object→Solid,Method→Extrude,Solid Type ,Translation Vector→<0 0 5>,Surface List→Surface 1, 。

4)创建圆柱坐标系:Action→Create,Object→Coord,Method→3Point,Type→Cylindrical,Origin→[0 0 0],Point On Axis→[0 0 1],Point On Plane 1-3→[1 0 0] , 。

3.划分有限元网格,

1)建立网格种子:Action→Create,Object→Mesh Seed,Type→Uniform,Number of Element,Number→20,Curve List→Solid 1.3.3, ,Number of Element,Number→8,Curve List→Solid 1.2.2, ,Number of Element,Number→6,Curve List→Solid 1.2.1, 。

2)划分网格:Action→Create,Object→Mesh,Type→Solid, Elem Shape→Hex,Mesher→Isomesh,Topology→Hex 8,Node Coordinate Frames,Analysis Coordinate Frames→Coord 1, ,Input List→Solid 1, 。

3)检验模型:Action→Verify,Object→Elements,Test→Boundaries, 。 4)删除多余节点:Action→Equivalence,Object→All,Method→Tolerance Cube , 。

4.施加边界条件, 1)施加固定约束:Action→Create,Object→Displacement,Type→Nodal,New Set Name→lz, ,Translations→<, , 0>,Analysis Coordinate Frame→Coord 1, , ,Geometry,Select Geometry Entities→Solid 1.5 1.6, , , ,New Set Name→lt, ,Translations→<,0,>,Analysis Coordinate Frame→Coord 1, , ,Geometry,Select Geometry Entities→Solid 1.3 1.4, , , 。 2)施加内压力:Action→Create,Object→Pressure,Type→Element Uniform,New Set Name→p,Target Element Type t→3D, , Pressure→12.5, , ,Geometry,Select Solid Faces→Solid 1.1, , , 。

5.定义材料属性,

定义材料:Action→Create,Object→Isotropic,Method→Manual Input,Material Name→m1, ,Constitutive Model→Linear Elastic,Elastic Modulus→8.667e4,Poisson Ratio→0.3, ,

, ,Constitutive Model→Elastoplastic,Nonlinear Date Input→Hardening Slope,Hardening Slope =0,Yield Point=17.32, , 。

6.定义单元属性,

定义单元属性:Action→Create,Object→3D,Type→Solid,Property Set Name→pro,Option(s) →Homogeneous、Standard Formulation, ,Material Name→ml(在Material Property Sets中选择),OK,Select Members→Solid 1, , 。

7.进行分析,

1)进行分析:Action→Analyze,Object→Entire Model,Method→Analysis Deck,Job Name→tube,单击 ,Solution Type→NONLINEAR STATIC,OK,单击Subcases,Available Subcases选择Default,Subcase Options , ,From type→ ,Intermediate Output Option:

→ , , , 。打开NASTRAN,选择tube.bdf , 。此时,Patran会将模型提交Nastran运算,会弹出一个DOS形式的窗口,显示Nastran的运行情况,运算完成之后,计算机的扬声器会有提示音,同时,状态显示窗口关闭。 2)读入分析结果:Action→Access Results,Object→Attach XDB,Method→Result Entities, ,文件名→flat- tube.xdb, , 。这一步骤,是将Nastran的分析结果读入到Patran中来,这样才可以进行后处理。

8.后处理,

1)显示60%载荷的载荷步的位移云纹图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default,A1:Non-linear:60%of Load,Select Fringe Result→Stress Tensor,Quantity→von Mises,Select Deformation Result→Displacements Translational,Quantity→Magnitude, 。如图5-2所示。

图5-2

2)显示100%载荷的载荷步的位移云纹图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default,A1:Non-linear:100%of Load,Select Fringe Result→Stress Tensor,Quantity→von Mises,Select Deformation Result→Displacements Translational,Quantity→Magnitude, 。如图5-3所示。

图5-3

第六章 受压力载荷作用时板的受力分析

模型描述:

本节以一平板为例,分析板在均匀载荷作用下的变形情况。如图6-1所示,该平板左,右两端固支,板长1.2m,宽0.6m,板厚为0.01m,在其上表面作用一个值为2000/m2的均匀载荷。所有材料的杨氏模量E为7.0×1010N/m2,泊松比μ为0.33。

0.61.2

图6-1 长方形平板的几何模型

1.新建一个数据库文件,【File】 1)【File】→New,文件名→flat, 。Tolerance→Default,Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural, 。

2.创建几何模型, 1)创建几何点:Action→Create, Object, Method→XYZ, Point 1→[0 0 0], ,此时可单击Show labels按钮来显示几何点,Point 2→[1.2 0 0], 。

Show Label

2)创建曲线:Action→Create, Object→Curve, Method→Point, Option→2 Point, Curve 1, Starting Point List→point 1, Ending Point List→point 2, 。

3)创建曲面:Action→Create, Object→Surface, Method→Extrude, Translation Vector→<0 0.6 0>, Curve List→Curve 1, 。

3.划分有限元网格,

1)建立网格种子:Action→Create, Object→Mesh Seed, Type→Uniform, Number of Element, Number→12,Curve List→Curve 1, ,Number→6,Curve List

→Surface 1.3, 。

2)划分网格:Action→Create, Object→Mesh, Type→Surface, Elem Sharp→Quad, Mesher→IsoMesh, Topology→Quad4, Surface List→Surface 1, 。

3)检验模型:Action→Verify, Object→Elements, Test→Boundaries, 。 4)删除多余节点:Action→Equivalence, Object→All, Method→Tolerance Cube , 。

4.设立边界条件及施加载荷,

1)设定边界条件:Action→Create, Object→Displacement, Type→Node, New Set Name→d1, ,Translations→<0 0 0>, Rotations→<0 0 0>, 。单击 , Geometry Filter→FEM, Select Nodes→Node 1:79:13, ,Select Nodes→Node 13:91:13, , , 。 2)施加均布载荷:Action→Create, Object→Pressure, Type→Element Uniform, New Set Name→p1, Target Element Type→2D, , Top Surf Pressure→2000, , 单击 , Geometry Filer→FEM, Select 2D Element or Edges→Elm1:72, , , 。

5.定义材料属性,

定义材料:Action→Create, Object→Isotropic, Method→Manual Input, Material Name→m1, ,Constitutive Model→Linear Elastic, Elastic Modulus→7.0e10, Poisson Ration→0.33, , 。

6定义单元属性,

定义单元属性:Action→Create, Object→2D, Type→Shell, Property Set Name→p1, Option→Homogeneous, Standard Formulation, 单击 , Material Name→m:m1(在Material Property Sets列表框中选择),Thickness→0.01, OK, Select Members→Surface 1, , 。

7.进行分析,

进行分析:Action→Analyze, Object→Entire Model,Method→Analysis Deck,Job Name→flat,单击 ,Solution Type→LINEAR STATIC, , 。打开NASTRAN,选择flat.bdf, 。此时,Patran会将模型提交Nastran运算,会弹出一个DOS形式的窗口,显示Nastran的运行情况,运算完成之后,计算机的扬声器会有提示音,同时,状态显示窗口关闭。 2)读入分析结果:Action→Access Results,Object→Attach XDB,Method→Result Entities, ,文件名→flat.xdb, , 。这一步骤,是将Nastran的分析结果读入到Patran中来,这样才可以进行后处理。

8.后处理,

1) 显示位移变形图:Action→Create, Object→Quick Plot, Select Result Cases→SC1:Default, A1: Static Subcases, Quantity→Magnitude, Select Deformation Result→Displacements Translational, 。此时,平板模型的位移变形图就显示出来,如图6-2所示。

3)显示应力图:Action→Create, Object→Quick Plot, Select Result Cases→SC1:Default, A1:Static Subcase, Select Fringe Result→Stress Tensor, Bending, Quantity→von Mises, 。此时,平板模型的应力云纹图就显示出来,如图6-3所示。

图6-2

图6-3

第七章 板的模态分析

模型描述

(1) 用Lanczons法计算一个长方形平板的前10阶固有频率和振型。 (2) 长方形的有限元网格及几何尺寸如图7-1所示。 (3) 创建输入文件的必要参数如表7-1所示。

5

图7-1 长方形板的有限元网格及几何尺寸

表7-1 创建输入文件的必要参数

长度(a) 宽度(b) 厚度 容量 质量对重量的转换因子 弹性模量 泊松比 5 in 2 in 0.100 in 0.282 lb/in3 2.59e-3 s2/in 30.0e6 lb/in2 0.3 2

1.创建一个新的数据库文件,【File】 1)【File】→New,文件名→flat-mode, 。Tolerance→Default,Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural, 。

2.创建几何模型,

Create→Surface→XYZ,Vector Coordinates List→<5 2 0>,Origin Coordinates List→[0 0 0], 。

3.创建有限元模型,

Create→Mesh→Surface,Elem Sharp→Quad,Mesher→IsoMesh,Surface List→ Surface 1,关闭Automatic Calculation选项,Value→0.5, 。

4.创建模型的边界条件,

Create→Displacement→Nodal, New Set Name→constraint, ,Translations→<0 0 0>,Rotations→<0, 0, >, , ,Geometry Filter→FEM,Select Node→Node1:45:11, , , 。

5创建材料,

Create→Isotropic→Manual Input, Material Name→mat_1, ,Elastic Modulus→3E7,Poisson Ratio→0.3, Density→0.282, , 。

6创建单元属性,

Create→2D→Shell, Property Set Name→prop_1, ,单击材料名输入框后边的图标,在弹出的材料列表窗口中选择mat_1,Thickness→0.1 , ,Select Members中选择Surface 1, , 。

7提交到Nastran中进行分析, 1)设置分析类型及参数:Analysis→Entire Model→Analysis Deck, ,Solution Type→NORMAL MODES, ,Wt-Mass Conversion,0.00259, , 。 2)设置分析工况的参数,并提交分析(接上一步): ,Available Subcases→Default, ,Extraction Method→Lanczons,Number of Desired Roots →10,Normalization Method→Mass, , ,打开Nastran,打开flat-mode.bdf文件, 。

Access Results→Attach XDB→Result Entities, ,选择文件flat-mode.xdb, , 。

9 查看结果,

Create→Quick Plot,Select Result Cases→Default, Al:Mode 1:Freq.=133.17,Select Fringe Result→Eigenvector, Translational, 。此时,平板结构的一阶模态云纹变形图如图7-2所示。如果要看其他阶的模态,只要选择相应的结果即可,各阶模态相应结果如图7-3所示。

图 7-2 1阶模态结果

图7-3 2-10阶模态结果

第八章 板的瞬态响应分析

模型描述:

(1) 用直接方法分析在板的模态分析实例中建立的长方形平板模型的瞬

态响应,可得出激励是随时间变化的结论。

(2) 板的整个表面受1psi压力载荷的激励作用,变化频率为250HZ。 (3) 在板顶端的角上作用有50lb集中载荷,此载荷只在0.008s时间段内

变化。

(4) 结构阻尼g=0.06,将此阻尼转化为在250Hz下的等价黏性阻尼。 (5) 在0.04s时间段进行分析。

(6) 平板的有限元模型及压力载荷和边界约束如图8-1所示。

在整个表面加1psi的压力 50.00

图8-1

1.新建一数据库文件,【File】 1)【File】→New,文件名→flat-instan, 。Tolerance→Default,Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural, 。 2.从板的模态分析实例中导入模型flat-mode.db 【File】→Import,Source→MSC.Pantran DB, 选择flat-instan.db, Apply, 当Pantran数据文件输入的信息摘要出现时,单击 。

3.创建场, 1)为压力载荷创建一个非空间场:Create→Non Spatial→Tabular Input, Field Name→pressure, Active Independent Variables→Time(t), 单击

, ,Map Function to Table, PCL Expression f(`t) →sind(250*360*`t), Start Time→0, End Time→0.008, Number of Points→20, , , 。

2)为集中力载荷创建一个非空间场:Field Name→force, Active Independent Variables→Time(t), 单击 ,单击 , PCL Expression f(`t) →-sind(250*360*`t), Start Time→0, End Time→0.008, Number of Points→20, , , 。

4.创建一个随时间变化的载荷工况,

Action→Create, Load Cases Name→direct_transient, Type→Time Dependent, 单击Assign/Prioritize Loads/BCs, Select Individual Loads/BCs→Displ_constraint , , 。

5.创建载荷,

1)创建一个随时间变化的集中力载荷:Create→Force→Nodal, New Set Name→50lb, , Force→<0 0 50>, Time/Freq. Dependent Fields→force, , , Geometry Filter→FEM, Select Nodes→Node 11, , , 。 2)创建一个随时间变化的压力载荷:Create→Pressure→Element Uniform, New Set Name→pressure, Target Element Type→2D, , Top Surf Pressure→-1, Time/Freq. Dependent Fields→Pressure, , , Geometry Filter→FEM, Select 2D Elements or Edges→Elm 1:40, , , 。

6.提交到Nastran中进行分析, 1)设置分析类型及其参数

Analyze→Entire Model→Analysis Deck, ,Solution Type→NORMAL MODES,Formulation→Direct, ,Wt-Mass Conversion→0.00259,Struct. Damping Coeff中输入0.06,W3, Damping Factor→1570, , 。

2)设置分析工况的参数(接上一步 )

, Available Subcases→direct_transient,

, 单击DEFINE TIME STEPS按钮,Delta-T→0.0004(单击Delta-T下面的表格,光标将移动到上边的输入框,输入0.0004,然后回车), , , , 。

3)单击Subcase Select, Subcases For Solution Sequence:109→direct_transient, direct_transient将移到Subcases Selected:中,Subcases Selected:→Default, Default将移到Subcases For Solution Sequence:109中, , , ,打开Nastran,打开flat-instan.bdf文件, 。 4)将模型与结果文件相连

Access Results/Attach XDB/Result Entities, 单击 , 选择flat-instan.xdb, , 。

7.查看结果

创建节点位移随时间变化的XY曲线图:Create→Graph→Y vs X, 单击direct_transient, 0 of 101 Subcases, Filter Method→Global Variable, 单击Filter

, , , Select Y Result→Displacements, Translational,

Quantity→Z Component, 单击Target Entities, Target Entity→Nodes, Select Nodes→Node 55, 。此时,平板模型的瞬态响应就显示出来,如图8-2所示。

图8-2 XY曲线图

第九章 板的频率响应分析

模型描述

(1) 本例用直接方法,分析在“板的模态分析”实例中建立的长方形平板

的频率响应,施加在模型上的激励是随频率变化的。 (2) 在板顶端的角上作用一单位载荷。

(3) 频率步长为20Hz,频率范围从20Hz至1000Hz。 (4) 结构阻尼g=0.06。

(5) 平板的有限元模型及压力载荷和边界约束如图9-1所示。

1.00

图9-1 平板的有限元模型及压力载荷和边界约束

1.创建一个新的数据库文件【File】 1)【File】→New,文件名→flat-freq, 。Tolerance→Default,Analysis Code→MSC.Nastran,Analysis Type→Structural, 。 2.从“板的模态分析”实例中导入模型flat-mode.db

【File】→Import,Source→MSC.Pantran DB, 选择flat-mode.db, , 当Pantran数据文件输入的信息摘要出现时,单击 。

3.为集中力载荷创建一个非空间场,

Create→Non Spatial→Tabular Input, Field Name→frequency_depend_load, Action Independent Variables→Frequency(f), 单击 ,输入表中所示的参数, , 。

4.创建一个随时间/频率变化的载荷工况,

Action→Create, Load Cases Name→direct_freq_response, Type→Time Dependent, 单击Assign/Prioritize Loads/BCs, Select Individual Load/BCs→Displ_constraint , , 。

5.创建一个随频率变化的集中力载荷,

Create→Force→Nodal, New Set Name→unit_load, 单击Input Data, Force→<0 0 1>, 将光标放在Time/Freq. Dependence下面的输入框中,在Time/Freq. Dependent Fields→frequency_depend_load, , ,Geometry Filter→FEM, Select Nodes→Node 11, , , 。

6.提交到Nastran中进行分析, 1)设置分析类型及其参数

Analyze→Entire Model→Analysis Deck, ,Solution Type→FREQUENCY RESPONSE,Formulation→Direct, ,Wt-Mass Conversion→0.00259,Struct. Damping Coeff中输入0.06, , , 。

2)设置分析工况的参数(接上一步 )

单击Subcases, Available Subcases→direct_freq_response, 单击Subcase Parameters, 单击DEFINE FREQUENCIES按钮,Start Freq. →20, End Freq. →1000, No.Incr. →49(输入方法:单击要输入的位置,光标移动到上面的数据框,输入数据后,

回车即可), , , , 。 3)选择分析工况(接上一步)

Subcases For Solution Sequence: 108→direct_freq_response, direct_freq_response将移到Subcases Selected:中,Subcases Selected:→Default,Default将移到Subcases For Solution Sequence:108中, , , ,打开Nastran,打开flat-freq.bdf文件。 4)模型与结果文件相连

Access Results/Attach XDB/Result Entities, , 选择flat-freq.xdb, , 。 7.查看结果(Results)

1)为创建XY曲线图选择结果

Create→Graph→Y vs X, Select Result Case(s) →direct_freq_response, 0 of 50 subcases, Filter Method→Global Variable, Filter, , 。 2)为创建XY曲线图选择节点(接上一步)

Select Y Result→Displacements, Translational, Quantity→Z Component, 单击Target Entities, Target Entity→Nodes, Select Nodes→Node 11。 3)为创建XY曲线图设置坐标轴(接上一步)

单击Display Attribute, Y Axis Scale→Log, 单击Plot Option,Complex No.as→Magnitude, 。此时,平板模型的瞬态响应就显示出来,如图9-2所示。

图9-2 XY曲线图

第十章 提取车架中性面的模态分析

问题描述

图10-1所示为stp格式的实体。这个练习是通过在实体中面处创建中性面,然后这些中性面用2D的四边形网格划分,基于这个2D网格,可以建立一个完整的分析模型,进行分析。

1400mm 4500mm 图10-1

几何尺寸和材料参数如下:

弹性模量E=2.1e5MPa,泊松比μ=0.3,密度D=7.8e6 T/mm3,车架高100mm,纵梁厚度为3mm,横梁厚度为2mm。 1.新建一数据库文件,【File】 1)【File】→New,文件名→car-farme,Tolerance→Based on Model,Analysis Code→MSC.Nastran, Analysis Type→Structural, 。 2.导入CAD几何模型

【File】→Import,选择car-frame.stp, , 。点击 改变视图。

3.中性面创建组,Group/Create Action→Create,Method→Select Entity,New Group Name→car-farme,选中Make Current, , 。

4.从实体中创建中性面, Action→Create,Object→Surface,Method→Midsurface,Max.Thickness→4,Surface List→Solid 1,选中Automatic Calculation, 。 5.仅显示含有中性面的组,Group/Post

Select Groups to Post→car-farme, , 。

6.划分有限元网格,

1)划分网格:Action→Create,Object→Mesh,Type→Surface, Elem Shape→Quad,Mesher→Paver,Topology→Quad4,Surface List→Surface 1:16, Automatic

Calculation,Value→1.51856, 。

2)检验模型:Action→Verify,Object→Elements,Test→Boundaries, 。 3)删除多余节点:Action→Equivalence,Object→All,Method→Tolerance Cube , 。

7.定义材料属性,

定义材料:Action→Create,Object→Isotropic,Method→Manual Input,Material Name→mat, ,Constitutive Model→Linear Elastic,Elastic Modulus→2.1e5,Poisson Ratio→0.3,Density→7.8e9, , 。

8.定义单元属性,

1)定义单元属性:Action→Create,Object→2D,Type→Shell,Property Set Name→pro1,Option(s) →Homogeneous、Standard Formulation, ,Material Name→mat(在Material Property Sets中选择),Thickness→0.11811 , ,Select Members→Surface 1:3 5:7 9:11 13:15, , ,Property Set Name→pro2,Option(s) →Homogeneous、Standard Formulation

, ,Material Name→mat(在Material Property Sets中选择),Thickness→0.07874, ,Select Members→Surface 4:16:4, , 。

9.进行分析,

1)进行分析:Action→Analyze,Object→Entire Model,Type→Analysis Deck,Job Name→car-farme, ,Solution Type→NORMAL MODES , , 。打开NASTRAN,选择car-farme.bdf, 。此时,Patran会将模型提交Nastran运算,会弹出一个DOS形式的窗口,显示Nastran的运行情况,运算完成之后,计算机的扬声器会有提示音,同时,状态显示窗口关闭。 2)读入分析结果:Action→Access Results,Object→Attach XDB,Method→Result Entities, ,文件名→car-farme.xdb, , 。这一步骤,是将Nastran的分析结果读入到Patran中来,这样才可以进行后处理。

10.后处理,

1)显示模态云纹图(以第一阶模态为例):Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default,A1:Mode 1:Freq.=1.2053e-10,Select Fringe Result→Eigenvectors, Translational,Quantity→Magnitude, 。此时,车架的一阶模态云纹图就显示出来,如图10-2所示。

图10-2

2)显示位移变形图:Action→Create,Object→Quick Plot,Select Result Cases→Default,A1: Default,A1:Mode 1:Freq.= 1.2053e-10,Select Deformation Result→Eigenvectors, Translational, 。此时,车架的一阶模态变形图就显示出来,如图10-3所示。

图 10-3

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