全新Marc实例教程与常见问题解析

 新版Marc除求解功能得到很多重要增强外，其特有的前后处理软件Mentat除保留经典的界面风格外，引入了全新的界面风格，使初学者能够很快的掌握和熟悉界面、菜单的使用方法。

 在与各商用CAD软件的接口方面，新版Mentat增加了多种较为常用的原生CAD接口，极大地方便了用户进行各种几何类型的模型导入、避免信息在转换过程中的丢失。

 配有DVD光盘，对书中的所有实例都配有完整操作过程的动画，读者可以边操作边看动画。

本书可作为理工科相关专业的高年级本科生、研究生、教师和广大科研技术人员学习Marc软件的教材和使用Marc软件的参考书。

Marc作为世界上第一个商用非线性有限元分析软件诞生于20世纪70年代。经过40年的发展，Marc已经广泛地应用于航空、航天、汽车、造船、机械制造、能源、电子、土木工程、铁路运输、水利等各个行业，成为世界上很多知名企业必备的分析工具。

MSC公司几乎每年都会推出一个Marc的新版本。随着新版本的不断推出，Marc软件在功能上也得到了不断地增强和扩充。特别令用户们惊喜的是Marc 2011除求解功能得到很多重要增强外，其特有的前后处理软件 Mentat除保留经典的界面风格外，引入了全新的界面风格，使初学者能够很快地掌握和熟悉界面、菜单的使用方法。在与各商用CAD软件的接口方面， Mentat 2011增加了多种较为常用的原生CAD接口，极大地方便用户进行各种几何类型的模型导入，避免信息在转换过程中的丢失。另外在网格划分功能上引入了新的网格划分方法，使得用户可以在更短的时间内建立网格质量更高的模型。为使广大新老用户更好地了解Marc的新功能、掌握和使用Marc，我们几位作者投入大量精力和时间搜集并整理了近年来Marc的一些新功能、在各行业的应用以及用户在使用过程中经常提出的一些问题，力求能给广大用户提供一本内容较新的、有特色的、能够系统介绍Marc使用方法的简明实用的参考用书。

本书介绍了Marc软件在各个领域的基本理论和使用方法。全书共分10章，主要内容有：

 第1章Marc Mentat简介，介绍Marc的发展历史、主要功能、安装和并行以及子程序配置方法、帮助文档等，并针对近年来Marc新增功能的亮点进行简单介绍。

 第2章Marc Mentat常用菜单，介绍前后处理程序Mentat的常用菜单，并针对最新版本在界面风格上的改变与之前版本进行了对比，使新老用户对Mentat的使用方法能够更为深入的了解。

 第3章Marc Mentat几何建模和网格生成，介绍Mentat几何建模和网格生成的基本方法、Marc新版本中增加的CAD接口等，学会如何在Mentat中读入和创建几何模型、划分各类网格。

 第4章材料非线性分析，介绍各类常用的材料非线性问题的分析方法和过程，深入了解对Marc中常用材料模型的定义和使用。

 第5章接触分析，介绍接触问题分析的方法和过程，使读者学会定义接触体、接触表和摩擦类型等的方法。

 第6章Marc和 Mentat结果输出，介绍Marc的结果输出类型、含义等，以及近年来Marc在后处理方面的一些新的功能亮点。

 第7章网格自适应与重划分，介绍网格自适应和重划分的使用方法，让读者深刻体会Marc中颇具特色的网格自适应和网格重划分功能。

 第8章通过实例介绍断裂力学J 积分分析、复合材料失效分析、脱层分析、界面单元的建模方法和参数设置，以及裂纹扩展的仿真计算流程。

 第9章温度场分析，介绍Marc 进行结构热传导和热应力分析的方法与过程，并针对近年来国内用户对热烧蚀分析的需求，对Marc进行热烧蚀分析的建模和仿真流程进行了说明。

 第10章Marc常见问题解答，根据Marc用户经常提出的一些问题进行了汇总和整理，帮助读者快速解决一些使用中经常遇到的问题。

读者可根据自己的需要对本书的内容进行有选择的阅读。要充分掌握软件，还需要进行大量的上机操作。

本书可作为理工科相关专业高年级本科生、研究生、教师和广大科研技术人员学习Marc软件的教材和使用Marc软件的参考书。

在本书的编写过程中得到了MSC公司及其很多员工的大力支持，另外韩俊杰、苗杰、刘浩、张红伟、杜军、黄串、姜元庆、田利思、陈志伟、李道中、李保国、王彬、张健参与调试和编写了书中的一些算例，编者在此深表谢意。

由于编者水平有限，书中缺点、谬误在所难免，敬请广大读者批评指正。

编 者

2012年4月

第1章 Marc Mentat简介 1
1.1 MSC公司与Marc 1
1.1.1 Marc公司与Marc 1
1.1.2 Marc的产品 2
1.1.3 MSC公司资料共享平台 3
1.2 Marc程序结构框架 4
1.2.1 Mentat与Marc的关系 4
1.2.2 Marc一般分析流程 5
1.3 Marc 2011新增功能亮点 6
1.3.1 Mentat 2011新功能介绍 7
1.3.2 Marc 2011 以及近年来的新功能 12
1.4 Marc 2011的帮助文档 15
1.5 Marc 2011安装 16
1.5.1 Marc 2011在Windows操作系统下
的安装步骤 16
1.5.2 Marc 在Windows环境下的并行环境
配置以及递交计算的流程 22
1.5.3 Marc 在Linux操作系统下的安装
方法和并行配置 25
第2章 Marc Mentat 2011图形用户界面和操作 29
2.1 概述 29
2.2 启动图形用户界面（Mentat GUI） 29
2.3 Mentat 2011图形交互界面的布局和组成 31
2.3.1 新界面风格与经典界面的异同 31
2.3.2 Mentat 2011常用功能图标介绍 32
2.3.3 Mentat 2011主菜单介绍 33
2.4 File下拉菜单 34
2.5 Select下拉菜单 36
2.5.1 Selection Control－选择控制 37
2.5.2 Set Control（集的控制） 40
2.6 View下拉菜单 41
2.7 Tools 下拉菜单 41
2.7.1 Procedures 42
2.7.2 Python 42
2.7.3 .Net Modules 43
2.7.4 Parameters 43
2.7.5 Aliases 44
2.7.6 Generalized XY Plot 44
2.7.7 Animation 45
2.7.8 Rendering 45
2.7.9 Distance 45
2.7.10 Calculations 45
2.7.11 Menu Font 45
2.7.12 Window Settings 45
2.8 Window下拉菜单 45
2.9 Help下拉菜单 47
2.10 辅助功能图标 48
2.11 Mentat的常用快捷方式 49
第3章 Marc Mentat几何建模与网格生成 50
3.1 概述 50
3.1.1 与有限元分析相关的常用词 50
3.1.2 与几何实体相关的常用词 50
3.2 几何模型输入 51
3.2.1 Mentat最新CAD接口功能 51
3.2.2 General CAD Import with Repair
（几何输入的中间通用接口） 51
3.3 在Mentat中几何建模和生成网格 56
3.3.1 格栅的使用 56
3.3.2 Geometry（几何要素的生成和编辑） 58
3.3.3 Mesh（生成网格） 60
3.4 Pre-Automesh（自动分网预处理） 63
3.4.1 Check/Repair Geometry（几何
检查/修复） 63
3.4.2 Curve Divisions（设置种子点） 67
3.4.3 Apply Curve Divisions（曲线种子
点应用） 69
3.4.4 Tools（工具） 69
3.5 Automesh（自动分网） 69
3.5.1 Curves（曲线分网） 69
3.5.2 Planar（平面分网） 69
3.5.3 Surface（曲面网格划分） 72
3.5.4 Volumes（实体网格划分） 73
3.5.5 2D Rebars（二维Rebar单元） 75
3.5.6 Tools 76
3.6 转换法生成网格 77
3.7 Operations（几何和网格处理） 78
3.7.1 Attach（关联/附着） 78
3.7.2 Change Class（单元几何拓扑
类型更改） 79
3.7.3 Check Elements（单元检查） 80
3.7.4 Convert（转换） 80
3.7.5 Duplicate（复制） 80
3.7.6 Expand（扩展） 80
3.7.7 Intersect（相交） 80
3.7.8 Move（移动） 81
3.7.9 Relax（松弛） 81
3.7.10 Revolve（旋转） 81
3.7.11 Solid（实体的操作） 81
3.7.12 Stretch 81
3.7.13 Subdivide（网格加密） 81
3.7.14 Sweep（清理） 83
3.7.15 Symmetry（对称） 83
3.8 网格自动划分例题 83
3.8.1 一维网格自动划分例题 84
3.8.2 二维网格自动划分例题 88
3.8.3 三维网格自动划分例题 90
第4章 材料非线性分析 95
4.1 综述 95
4.2 弹塑性分析 95
4.2.1 概述 95
4.2.2 利用Marc/Mentat进行弹塑性分析 96
4.2.3 例题：带孔壁架的弹塑性分析 97
4.3 蠕变和粘塑性分析 109
4.3.1 概述 109
4.3.2 利用Marc求解蠕变问题 110
4.3.3 例题：焊料的非线性粘塑性
蠕变分析 112
4.4 橡胶材料特性的分析 124
4.4.1 概述 124
4.4.2 Marc中的超弹性材料本构模型 125
4.4.3 用Marc程序进行弹性体材料分析 127
4.4.4 例题：弹性橡胶拱的力与位移
响应分析 128
4.4.5 材料试验曲线拟合 133
4.4.6 采用Marc 进行试验曲线拟合 135
4.4.7 例题：橡胶材料的试验曲线拟合 138
第5章 接触分析 147
5.1 综述 147
5.1.1 接触问题的数学描述方法和数值
计算方法 147
5.1.2 Marc 软件进行接触探测及分析
的方法 148
5.1.3 Marc软件接触算法基本流程 150
5.2 接触体的定义和运动描述 152
5.2.1 Deformable－可变形接触体的定义 152
5.2.2 Rigid Body－刚性接触体的定义 154
5.2.3 允许传热分析的刚性接触体的定义 155
5.2.4 Body Control－刚体运动控制 156
5.2.5 接触体定义技巧 157
5.3 接触约束 157
5.4 模拟摩擦 158
5.4.1 滑动库仑摩擦模型 158
5.4.2 剪切摩擦 160
5.4.3 粘－滑摩擦模型 161
5.4.4 双线性摩擦模型 162
5.4.5 各向异性摩擦定义 162
5.4.6 其他摩擦模型 163
5.5 Contact Tables－接触表 164
5.5.1 接触表的定义 164
5.5.2 Detection Method－接触检查顺序 165
5.5.3 接触表中的参数设置 165
5.5.4 Contact Area－接触区域 170
5.6 接触分析例题：板料成形拉延筋拉延
阻力的有限元预测 170
第6章 Marc/Mentat结果输出 182
6.1 综述 182
6.2 Job Results 计算结果 182
6.2.1 Job Results菜单 182
6.2.2 后处理文件（.t16）的打开 194
6.3 Model Plot 195
6.3.1 Deformed Shape（变形体的显示） 195
6.3.2 Scalar Plot（标量显示） 196
6.3.3 其他的显示 197
6.4 Path Plot（路径上的结果显示） 197
6.5 History Plot（变量历程图） 197
6.6 有限元结果类型 198
6.6.1 应力（Stress，代码11-16/311） 198
6.6.2 柯西应力（Cauchy Stress，代码
41-46/341） 199
6.6.3 特定坐标系应力（Stress in Preferred
System，代码111-116/391） 199
6.6.4 整体应力（Global Stress，代码411）
199
6.6.5 默认应力（Default Stress） 199
6.6.6 Tresca等效应力（Tresca Intensity） 199
6.6.7 法向应力（Normal Stress） 199
6.6.8 剪应力（Shear Stress） 199
6.6.9 平均法向强度（Mean Normal
Intensity） 200
6.6.10 等效Mises应力/等效von Mises
应力（代码17） 200
6.6.11 等效应力/屈服应力（Equivalent Stress/Yield Stress，代码59） 200
6.6.12 等效应力/与温度相关的屈服应力
（Equivalent Stress/Yield Stress@Cur.
Temp，代码59） 200
6.6.13 有效塑性应变 200
6.6.14 主应力输出 201
6.7 .out文件结果输出 202
6.7.1 单元应力、应变 202
6.7.2 反作用力 203
6.7.3 连续单元节点力输出 204
6.7.4 特征值的文件输出结果 205
6.7.5 接触分析输出 205
6.7.6 迭代求解器迭代输出 207
6.8 后处理的抓图和动画功能 207
6.8.1 图片的存储 207
6.8.2 创建动画文件 208
第7章 网格自适应（Local Adaptivity）与
重划分（Global Remesh） 210
7.1 综述 210
7.2 局部网格自适应 211
7.2.1 局部网格自适应误差准则 211
7.2.2 局部网格自适应相关技术处理 215
7.2.3 网格自适应实例 218
7.3 全局网格重划分（Global Remeshing） 225
7.3.1 全局网格重划分定义相关菜单
和操作 226
7.3.2 全局网格重划分准则定义 227
7.3.3 网格重划分网格密度控制和设置 228
7.3.4 二维网格重划分例题 229
7.3.5 三维网格重划分实例 236
第8章 断裂力学其他失效分析 246
8.1 综述 246
8.2 Marc进行失效分析 246
8.2.1 最大应力失效准则（Maximum
Stress） 247
8.2.2 最大应变准则（Maximum Strain） 248
8.2.3 Hoffman、Hill、蔡－吴（Tsai-Wu） 248
8.2.4 Puck失效准则 249
8.2.5 Hashin、Hashin Tape、Hashin Fabric 249
8.2.6 Marc 2011新增的应变不变量失效
准则（Strain Invariant） 250
8.2.7 渐进失效分析（Progressive Failure
Analysis） 251
8.3 断裂力学理论及有限元实现 251
8.3.1 裂纹类型 252
8.3.2 裂纹的位置 253
8.3.3 断裂力学的有限元分析方法 253
8.3.4 利用Marc程序进行断裂力学分析 256
8.4 Mentat中的虚拟裂纹闭合技术
（VCCT） 257
8.5 Marc进行脱层分析及粘接区域建模 263
8.5.1 Marc进行脱层分析 263
8.5.2 Marc Mentat中的粘接区域建模 265
8.6 复合材料失效分析例题（Failure） 269
8.6.1 模型创建 269
8.6.2 材料参数定义 270
8.6.3 边界条件定义 274
8.6.4 工况和分析任务参数定义 276
8.6.5 结果后处理 279
8.7 J积分分析例题 280
8.7.1 模型创建 280
8.7.2 定义材料属性 281
8.7.3 定义边界条件 282
8.7.4 定义分析任务 283
8.7.5 结果后处理 284
8.8 裂纹扩展分析例题 285
8.8.1 模型创建 286
8.8.2 定义几何属性 287
8.8.3 定义材料参数 287
8.8.4 定义接触 288
8.8.5 定义裂纹扩展参数 289
8.8.6 定义边界条件 290
8.8.7 网格重划分参数设置 291
8.8.8 定义分析工况 293
8.8.9 定义分析任务 294
8.8.10 结果后处理 295
8.9 三维结构脱层分析例题（Delamination） 299
8.9.1 模型创建 299
8.9.2 定义材料属性 302
8.9.3 定义接触 303
8.9.4 定义脱层参数 303
8.9.5 定义边界条件 304
8.9.6 定义分析工况 306
8.9.7 定义分析任务 306
8.9.8 结果后处理 307
8.10 粘接结构分析例题（Interface） 309
8.10.1 模型创建 309
8.10.2 定义几何属性 312
8.10.3 定义材料属性 314
8.10.4 定义接触 314
8.10.5 定义边界条件 315
8.10.6 定义分析工况 317
8.10.7 定义分析任务 319
8.10.8 结果后处理 320
第9章 热及其相关耦合场 323
9.1 综述 323
9.2 用Marc Mentat实施传热分析 324
9.2.1 热传导问题的有限元法 324
9.2.2 非线性热传导分析的收敛判定 325
9.2.3 Marc Mentat进行传热分析的流程 328
9.2.4 传热分析例题：低温冰型快速成形
工艺传热问题有限元分析 335
9.3 热应力分析 349
9.3.1 热应力分析的有限元描述 350
9.3.2 热应变 350
9.3.3 用Marc/Mentat完成热应力分析 351
9.3.4 铝管热弹性分析 352
9.4 热机耦合分析 360
9.4.1 热机耦合分析的有限元描述 360
9.4.2 焊接分析例题 362
9.5 烧蚀分析 381
9.5.1 热烧蚀分析的有限元描述 382
9.5.2 用Marc Mentat完成热烧蚀分析 386
9.5.3 热烧蚀分析实例 391
第10章 常见问题解答 405
10.1 Marc 的安装与配置 405
10.1.1 Marc安装与并行环境配置 405
10.1.2 更改工作路径 407
10.1.3 Marc常用DOS命令 408
10.1.4 用户子程序运行环境配置 409
10.1.5 Marc中的单位制（统一的单
位制） 411
10.2 关于Mentat操作界面的常见问题 413
10.2.1 模型文件保存与数据恢复 413
10.2.2 Select功能的使用 414
10.2.3 模型信息的统计与测量 416
10.2.4 MSC Marc Mentat启动问题 417
10.3 Property 功能模块中的常见问题 418
10.4 Modeling tools功能模块中的常见问题 419
10.4.1 局部坐标系的定义 419
10.4.2 螺栓预紧模型的定义流程 423
10.4.3 连接单元的定义方法（cweld、
cfast） 427
10.5 接触参数设置常见问题 435
10.5.1 接触体的方向 435
10.5.2 接触摩擦系数设置 437
10.6 任务递交中的常见问题 438
10.6.1 监控分析作业运行状态 438
10.6.2 查看分析诊断信息 439
10.6.3 退出号 446
10.7 结果后处理中的常见问题 447
10.7.1 局部坐标系的变换 447
10.7.2 结果文件的保存 451
10.8 其他问题 452
参考文献 455

1. ANSYS Workbench在压力容器分析中的应用与技术评论 [栾春远 编著]
2. 基于ANSYS的复合材料有限元分析和应用（第二版） [李占营 张承承 李成良 编著]
3. ANSYS AQWA软件入门与提高 [主编 高巍]
4. ANSYS APDL参数化有限元分析技术及其应用实例（第二版） [李占营 阚川 等编著]
5. 基于ANSYS的复合材料有限元分析和应用 [李占营 阚川 张承承 编著]
6. 全新Marc实例教程及常见问题解析 [孙丹丹 陈火红 编著]
7. 基于HyperMesh的结构有限元建模技术 [付亚兰 谢素明 编著]
8. MSC产品实用技术技巧 [MSC软件公司 编著]
9. ANSYS APDL参数化有限元分析技术及其应用实例 [张涛 等编著]
10. ANSYS Workbench基础教程与实例详解（第二版） [浦广益]
11. ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用 [张洪伟 高相胜 张庆余 编著]
12. ANSYS信号完整性分析与仿真实例 [房丽丽 编著]
13. 压力容器全模型ANSYS分析与强度计算新规范 [栾春远 编著]
14. MSC Nastran动力分析指南 [田利思 李相辉 马越峰 赵明宇]
15. ANSYS 13.0 Workbench数值模拟技术 [许京荆]
16. ANSYS二次开发及应用实例详解 [师访]
17. ANSYS流固耦合分析与工程实例 [宋学官 蔡林 张华 编著]
18. ANSYS ICEM CFD网格划分技术实例详解 [纪兵兵 陈金瓶]
19. ANSYS 10.0工程电磁分析技术与实例详解 [阎照文]
20. ANSYS土木工程应用实例（第三版） [何本国 主 编]