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MSC Nastran非线性分析指南

中国水利水电出版社
    【作 者】陈火红 王进 田利思 编著 【I S B N 】978-7-5170-7559-2 【责任编辑】杨元泓 【适用读者群】本科 【出版时间】2019-05-07 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版第1次印刷 【页 数】452 【千字数】695 【印 张】28.25 【定 价】98 【丛 书】万水MSC技术丛书 【备注信息】
图书详情

    本书介绍了国际著名的有限元分析软件MSC Nastran的隐式非线性分析技术及使用方法,包括软件总体介绍,非线性分析类型及求解策略,非线性分析的设置、监控以及错误修改,矩阵方程的求解方法,分析结果的输出及后处理,工程应用中常见的材料模型,常用的单元类型,几何非线性与屈曲分析技术,接触分析技术及使用方法,热分析和热机耦合分析有关功能,非线性动力学分析功能及使用方法,裂纹扩展分析技术、惯性释放、刹车啸叫、重启动、二次开发等高级功能和常见问题解答等。

    本书内容比较丰富,读者可以根据需要进行选择性阅读。要充分掌握软件的相关功能,需要多实践。本书实例较多,实用性强,实例相关的文件可到网站(www.waterpub.com.cn或www.wsbookshow.com)下载。

    本书适合作为广大工程技术人员和理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师学习MSC Nastran软件的学习用书和使用参考书。

    第一本全面介绍MSC Nastran软件隐式非线性功能和使用方法的中文教程本书编者为长期从事有限元分析软件开发、应用的专家,具有丰富的软件使用和教学经验

    本书从非线性有限元基本理论入手,结合实例详细介绍了软件在各主要行业中的应用

    本书可以作为航空、航天、汽车、造船、能源、机械制造等行业工程技术人员应用MSC Nastran软件进行非线性分析的教程和指导用书

    作为一款国际上著名的分析软件—MSC Nastran软件,于20世纪80年代开始在我国的航空、航天、汽车、造船、通用机械等工程领域和科研领域得到广泛的应用,为各领域的产品设计、科学研究做出了很大贡献。MSC Software公司不断完善和扩充MSC Nastran,特别是在2006年开始集成和开发了很多高级非线性分析功能,使它的分析功能和应用领域得到了很大的加强和扩展。航空航天、汽车、船舶等行业的技术人员已经开始大规模地使用MSC Nastran的高级非线性分析功能,这种功能不需要将原有的线性分析模型转换成非线性专用软件进行非线性分析,极大地提高了工作效率、减少了数据转换出错的可能性。

    从2003年开始,国内陆续出版了一些MSC Nastran应用的教材,给广大用户学习和使用该软件提供了较大的帮助。由于这些教材大部分偏重于线性静力学、动力学分析,对于非线性分析涉及不多,不能满足用户学习使用非线性求解功能的需要,本书作者依据多年的软件使用以及对用户培训和技术支持的经验,编写了本书。目的就是希望将MSC Nastran目前已有的隐式非线性技术和使用方法做一个比较系统的介绍,便于不同的使用者掌握相关的技术并应用到科研和工程项目之中。

    本书共分12章。第1章主要对MSC Nastran软件进行总体介绍,包括软件概述、非线性模块功能、相关文档和文件、软件输入文件和实例。第2章主要介绍非线性分析类型及求解策略,包括线性和非线性的区别、非线性分析类型、控制方程、载荷增量和迭代方法、收敛控制及相应的算例。第3章介绍非线性分析的设置、求解、监控以及错误修改,包括作业参数设置、求解参数设置、分析监控、分析产生的常见信息、矩阵方程的求解方法等。第4章介绍分析结果的输出及后处理,包括输出请求参数、结果文件类型及选择、后处理软件及非线性分析结果的后处理等。第5章介绍工程应用中常见的材料模型,包括弹性材料、复合材料、非线性弹性材料、弹塑性材料、粘弹性材料、超弹性材料、垫片材料模型、记忆合金材料、失效和损伤模型、材料参数拟合及有关算例。第6章介绍常用的单元类型,包括插值函数、主要变形单元类型介绍、常用刚性单元介绍、单元类型选择及建模指南以及不同单元类型结果分析比较案例。第7章介绍几何非线性与屈曲分析技术,包括几何非线性相关的分析(大位移与大转动分析、大应变分析、跟随力、扰动分析),软件屈曲与后屈曲分析技术及应用算例。第8章介绍软件接触分析技术及使用方法,包括接触探测方法、变形接触体的定义、刚性接触体的定义、接触关系的定义、接触分离准则及软件处理方法、摩擦类型以及有关接触分析的算例。第9章主要涉及软件热分析和热机耦合分析的有关功能,包括热分析、顺序热应力分析、耦合分析及相关工程算例。第10章主要介绍非线性动力学分析功能及使用方法,包括非线性瞬态动力学分析有关技术和方程、动力学载荷和边界条件施加以及算例分析。第11章介绍一些高级分析技术及案例,包括裂纹扩展分析技术、惯性释放、刹车啸叫、重启动、二次开发功能介绍、裂纹扩展和刹车啸叫算例。第12章主要对常见问题进行解答,包括高级分析序列SOL 400使用中的常见问题及解答、SOL 600的功能特点等。

    由于MSC Nastran非线性分析的功能涉及很广,本书篇幅有限,不能面面俱到,只能对部分重点内容做一些介绍,其他功能可以参考软件英文文档以及其他教材。

    本书主要内容由陈火红编写,王进和田利思负责编写了书中的多个算例。其中王进编写了5.4.4、5.5.4、5.5.5、7.4、8.8.2、8.9、8.10、8.11章节,田利思编写了6.5、6.6、9.2.5、9.3.2、9.4.2、10.5、11.1.4、11.2.2、11.5.2章节。

    本书在编写过程中得到了MSC公司大中华区的众多同事的支持、协助,作者借此机会对李伟、王翾、李保国、郭茵、仰莼雯、陈志伟、孙丹丹、裴延军、卞文杰、雒海涛、张跃、刘庆、郝逸凡、姜正旭、宋金松、王彬等同事所给予的指导与协助表示衷心的感谢。另外,也衷心地感谢曾经教导过我们的老师与领导、曾经一起切磋过技术的同事与朋友。

    由于作者水平有限,书中疏漏之处在所难免,敬请广大读者指正。

    编 者

    2018年10月

    第1章 软件总体介绍 1
    1.1 概述 1
    1.2 MSC Nastran相关的文档 2
    1.3 MSC Nastran隐式非线性求解器SOL 400 3
    1.4 SOL 400的分析功能 4
    1.5 MSC Nastran 文件架构介绍 6
    1.5.1 MSC Nastran输入文件概要介绍 6
    1.5.2 MSC Nastran 输入转换 7
    1.5.3 各部分数据介绍 8
    1.6 SOL 400实例 8
    1.6.1 建模、分析前的考虑 8
    1.6.2 分析所用模型及输入数据 10
    1.6.3 分析结果及后处理 11
    第2章 分析类型及求解策略 15
    2.1 概述 15
    2.2 线性静力分析 15
    2.3 非线性分析 16
    2.3.1 非线性来源 16
    2.3.2 非线性分析步与分析类型 19
    2.3.3 分析类型的指定 20
    2.3.4 线性摄动分析 21
    2.3.5 常用的非线性分析类型简介 21
    2.4 载荷增量和迭代求解 23
    2.4.1 非线性分析控制方程 23
    2.4.2 非线性求解过程 23
    2.4.3 求解策略 24
    2.4.4 载荷增量步大小的影响 27
    2.4.5 NLSTEP模型数据卡 28
    2.4.6 CTRLDEF参数设置 31
    2.5 收敛控制 33
    2.5.1 残差准则 34
    2.5.2 位移准则 34
    2.5.3 应变能测试准则 34
    2.5.4 测试准则的组合和切换 35
    2.5.5 再次迭代准则 35
    第3章 分析设置与求解调试 37
    3.1 概述 37
    3.2 运行SOL 400作业的方式 37
    3.2.1 运行方式介绍 37
    3.2.2 利用Patran执行MSC Nastran分析 38
    3.3 设置多分析步的分析 40
    3.3.1 子工况、分析步与分析作业 40
    3.3.2 在Patran中定义分析参数 42
    3.4 采用非线性分析状态文件(.sts)监控 47
    3.5 SOL 400分析信息 48
    3.6 方程矩阵求解方法介绍 52
    3.6.1 求解程序 52
    3.6.2 矩阵条件 52
    3.6.3 直接求解器 54
    3.6.4 线性方程并行求解 54
    3.6.5 内存使用 55
    3.6.6 迭代求解器 55
    第4章 结果输出及后处理 58
    4.1 概述 58
    4.2 工况输出要求 59
    4.3 MSC Nastran结果量 62
    4.3.1 Patran指定结果输出菜单 63
    4.3.2 高级输出要求 63
    4.4 分析结果文件 68
    4.5 Patran 中SOL 400分析结果的后处理 70
    4.5.1 直接访问(DRA)结果文件 70
    4.5.2 显示结果的各类方法 71
    4.5.3 接触分析结果的后处理 71
    第5章 材料模型 73
    5.1 概述 73
    5.2 线弹性材料 75
    5.3 非线性材料模型 77
    5.3.1 常用的弹塑性材料模型 77
    5.3.2 应变率相关的屈服准则 83
    5.3.3 时间相关的循环塑性模型 84
    5.3.4 温度相关的材料塑性行为 85
    5.3.5 蠕变模型 87
    5.3.6 垫片材料模型 87
    5.4 形状记忆合金 90
    5.4.1 热机形状记忆合金 (MATSMA) 90
    5.4.2 机械记忆合金模型 94
    5.4.3 记忆合金的材料数据卡片 96
    5.4.4 记忆合金分析实例 97
    5.5 复合材料的失效 113
    5.5.1 失效指数分析 113
    5.5.2 渐进失效分析 114
    5.5.3 细观力学材料模型 115
    5.5.4 复合材料渐进失效分析实例 118
    5.5.5 SOL 400与Digimat联合仿真算例 126
    5.6 超弹性材料参数拟合及分析 135
    5.6.1 本构模型 135
    5.6.2 材料参数拟合 137
    第6章 单元类型 142
    6.1 概述 142
    6.2 单元技术相关概念 143
    6.2.1 插值函数 143
    6.2.2 单元积分 143
    6.2.3 体积不可压缩 143
    6.2.4 非线性行为 144
    6.3 结构单元类型 144
    6.3.1 非线性分析常用单元类型介绍 145
    6.3.2 选择正确的单元 152
    6.3.3 单元密度 155
    6.4 连接单元、刚性单元 160
    6.4.1 多点约束类型 161
    6.4.2 刚性单元 162
    6.4.3 自动螺栓预紧 164
    6.4.4 约束冲突 165
    6.5 单元偏置分析算例 165
    6.6 连接单元分析算例 174
    第7章 几何非线性与屈曲分析 184
    7.1 概述 184
    7.2 几何非线性分析方法 185
    7.3 弧长法与后屈曲分析 187
    7.4 后屈曲分析实例 189
    第8章 接触分析 200
    8.1 概述 200
    8.2 接触探测方法 201
    8.3 变形体的定义 202
    8.3.1 变形接触体的构成 202
    8.3.2 MSC Nastran接触数据格式 204
    8.3.3 构成变形接触体的各类单元 205
    8.3.4 在Patran中定义变形体 211
    8.4 刚性体的定义 212
    8.4.1 刚性接触体的构成 212
    8.4.2 在Patran中定义刚体 215
    8.4.3 刚体运动描述 216
    8.4.4 描述刚体运动的初始条件 218
    8.5 接触关系的定义 219
    8.5.1 接触关系参数 219
    8.5.2 变形体和变形体接触约束 220
    8.5.3 接触关系的控制 224
    8.5.4 在Patran中定义接触控制参数 228
    8.6 分离准则及软件处理方法 234
    8.6.1 分离准则 234
    8.6.2 在Patran中定义分离 236
    8.7 模拟摩擦 236
    8.7.1 滑动库仑摩擦模型 236
    8.7.2 剪切摩擦 237
    8.7.3 双线性摩擦模型 238
    8.7.4 其他摩擦模型 239
    8.7.5 关于摩擦的其他说明 239
    8.8 干涉配合分析 240
    8.8.1 分析方法介绍 240
    8.8.2 过盈配合分析实例 242
    8.9 螺栓预紧分析实例 256
    8.10 初始间隙分析实例 271
    8.11 起落架结构分析实例 283
    第9章 热分析和热机耦合分析 294
    9.1 概述 294
    9.2 热分析 295
    9.2.1 分析功能 295
    9.2.2 热分析常用材料属性 295
    9.2.3 热载荷和边界条件 296
    9.2.4 非线性热分析 299
    9.2.5 热分析实例 301
    9.3 顺序耦合分析 311
    9.3.1 顺序耦合分析方法 312
    9.3.2 顺序耦合分析算例 313
    9.4 热机耦合分析 326
    9.4.1 热机耦合分析涉及内容和方法 326
    9.4.2 热机耦合分析算例 329
    第10章 非线性动力学分析 346
    10.1 概述 346
    10.2 非线性动力学分析 346
    10.2.1 非线性瞬态响应分析界面接口 347
    10.2.2 时间步定义 348
    10.2.3 动力学积分方法 348
    10.2.4 参数NDAMP和NDAMPM的取值 350
    10.3 动力学载荷和边界条件施加 351
    10.3.1 随时间变化的载荷 351
    10.3.2 载荷的组合 353
    10.3.3 DAREA卡 353
    10.3.4 LSEQ卡片 354
    10.4 预载下的叶片模态分析和频响
    分析实例 355
    10.5 非线性瞬态动力学分析实例 369
    第11章 高级分析专题 381
    11.1 裂纹扩展分析 381
    11.1.1 虚拟裂纹闭合技术(VCCT) 381
    11.1.2 粘接区模拟技术 383
    11.1.3 采用VCCT法和粘接区技术模拟
    裂纹扩展分析实例 384
    11.1.4 采用粘接脱开模拟裂纹扩展算例 396
    11.2 惯性释放分析 402
    11.2.1 惯性释放功能的使用 402
    11.2.2 惯性释放算例 403
    11.3 刹车啸叫分析 405
    11.3.1 刹车啸叫分析介绍 405
    11.3.2 刹车啸叫分析算例 406
    11.4 车门下沉分析 414
    11.4.1 车门下沉分析内容 414
    11.4.2 车门下沉分析算例 415
    11.5 重启动分析 421
    11.5.1 重启动功能使用方法 421
    11.5.2 重启动算例 423
    11.6 用户定义的服务及子程序 426
    11.6.1 常用的用户子程序及分类 426
    11.6.2 用户定义状态变量 427
    11.6.3 用于获取MSC Nastran 数据的多用途函数 428
    11.7 多质量配置功能 430
    第12章 常见问题解答与SOL 600功能介绍 433
    12.1 SOL 400常见问题解答 433
    12.2 SOL 600的功能与特点 438
    12.2.1 SOL 600模块的常用分析功能 438
    12.2.2 SOL 600模块的求解流程 440
    12.2.3 SOL 600模块的应用案例 440
    参考文献 444
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