全新Marc实例教程及常见问题解析

中国水利水电出版社

【作者】孙丹丹陈火红编著

【I S B N 】978-7-5170-4854-1

【责任编辑】杨元泓张玉玲

【适用读者群】科技

【出版时间】2016-11-20

【开本】16开

【装帧信息】平装（光膜）

【版次】第2版第1次印刷

【页数】416

【千字数】643

【印张】26

【定价】￥72

【丛书】万水MSC技术丛书

【备注信息】

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本书主要介绍MSC公司的Marc/Mentat 在线性、非线性有限元分析领域的应用和操作方法。特别是针对Marc/Mentat 2015以及近年来新增的一些功能进行详细介绍，使初学者能够很快的熟悉和掌握使用Marc/Mentat进行非线性问题建模和求解的方法，与此同时针对一些典型案例结合Marc的最新功能和操作界面进行介绍，方便用户更快、更好地了解Marc的新功能并应用于实际设计工作中。

本书大部分案例来自于实际工程项目，不仅包含了具体操作步骤的讲解，还配以图片说明，方便用户即学即用。全书共分9章，包括Marc的主要功能以及近年来Marc/Mentat新增的功能亮点；线性和非线性有限元求解的基本理论背景知识；Marc Mentat常用菜单，重点介绍Marc Mentat 2015的CAD模型导入、特征识别和修改以及实体结构自动分网; 针对Marc处理材料非线性、几何非线性、接触非线性以及断裂力学、网格重划分等关键技术进行了重点介绍。通过本书的学习，读者可以掌握通过有限元法解决实际工程问题的思路和方法，结合实际工程应用实例，将理论和工程分析结合的更为紧密。本书附赠光盘带有全部例题的模型文件和操作动画。

本书主要介绍MSC公司的Marc/Mentat 在线性、非线性有限元分析领域的应用和操作方法，特别针对Marc/Mentat 2015及近年来新增的一些功能进行详细介绍。

本书针对一些典型案例结合Marc的最新功能和操作界面进行介绍，方便用户更快、更好地了解Marc新功能并应用于实际设计工作中。

本书大部分案例来自于实际工程项目，不仅包含了具体操作步骤的讲解，还配以图片说明方便用户即学即用。本书可以作为航空航天、汽车、军工、电子、土木工程、造船、水利、石油、制造和建筑等行业工程技术人员应用MSC Marc软件进行仿真分析的教程和指导用书。

所附光盘包含书中所有实例的模型文件、结果文件以及带讲解的操作过程的动画文件，便于读者学习。

再版前言

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年代初。经过四十多年的发展，Marc已经广泛的应用于航空、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。

从2011年开始，MSC公司每年都会推出1～2个Marc的新版本。近年来，Marc不仅在功能上有重大的改进。在界面风格上也持续不断的完善。Marc Mentat 2015在保持友好的全新界面风格的同时，还具备了功能强大的模型浏览器功能，使初学者能够很快地熟悉和灵活使用新界面的诸多便利功能。为满足用户的使用需求，新的界面风格还增加了中文操作界面，中文和英文界面之间的切换只需简单修改一个语言参数即可。在与各商用CAD软件的接口设置上，Marc Mentat 2015进一步增强了CAD实体的导入和特征识别功能，极大地方便了用户进行各种复杂几何类型的模型导入、特征编辑等。另外在网格划分功能上引入了新的实体网格自动划分方法，使得用户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，MSC公司投入了大量的人力搜集和整理近年来Marc的一些新功能以及在各行业的应用，最终再版了这本新的、有特色的、能够系统介绍Marc Mentat使用方法的简明实用的文献资料。

本书介绍了Marc Mentat软件在各个领域的基本理论和使用方法。全书共分9章：根据有限元分析的基本流程，介绍了Marc的基本概念和分析流程，以及从网格划分、材料定义、边界条件以及分析参数设置，到结果后处理，以通俗易懂的语言和简明的实例介绍了使用Marc进行有限元线性、非线性分析的基本流程和使用方法。

 第1章Marc Mentat简介，介绍Marc的发展历史、主要功能、安装方法、帮助文档等，使读者对软件有一个初步的认识，另外针对近年来Marc Mentat新增功能亮点进行简单的介绍；

 第2章为Marc Mentat图形用户界面和操作，介绍了Marc Mentat的全新界面风格、模型浏览器的使用以及中文界面的启动，对Marc Mentat的一些主要菜单和常用命令进行了全面的介绍；

 第3章为Marc Mentat几何建模与网格生成，详细介绍了CAD模型的导入功能、CAD导入过程中以及导入到Mentat后的特征识别和特征删除与修改、实体网格自动划分等，结合球轴承实际结构进行实体模型导入、特征识别、特征修改、实体自动分网等操作方法和流程的详细说明；

 第4章为Marc Mentat材料非线性分析，介绍各类常用的金属和非金属材料非线性问题的分析方法和过程，使读者对Marc中常用的材料模型的定义和使用有比较深入的了解，并就近年来新增的材料模型进行了重点介绍；

 第5章为接触分析，介绍接触问题分析方法和过程，针对复杂模型的接触设定工作量大、易出错等问题重点介绍了新增的接触关系设置方法，帮助用户更高效地完成接触体、接触表等的定义，针对工程实际经常遇到的套管和管内梁接触分析以及常见的金属结构拉延分析进行了实例讲解；

 第6章为Marc Mentat结果输出，介绍Marc的结果输出类型、含义等，使读者掌握如何定义所需的结果变量、理解各类结果的含义，最后介绍近年来Marc在后处理方面的一些新的功能亮点；

 第7章为Marc Mentat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，使读者在需要时能够体会Marc中颇具特色的网格自适应和网格重划分的功能，通过实例详细介绍了新增的局部网格尺寸控制的几种方法；

 第8章为断裂力学问题的Marc解决方案，介绍断裂力学问题在Marc中的模拟方法，通过实例介绍复合材料失效分析、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，结合实例介绍了初始裂纹创建、裂纹扩展以及高周疲劳裂纹扩展的建模和分析方法；

 第9章为Marc-Adams联合仿真，介绍了包含非线性问题的系统级结构分析模型采用Marc-Adams联合仿真的基本原理、工作流程和方法，并结合实例详细说明了Marc-Adams进行联合仿真时的模型设置方法、注意事项以及结果查看等内容。

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。本书配有光盘，对书中的所有的例子都配有整个操作过程的动画。读者可以边操作边看动画。

由于编者水平有限，书中缺点和谬误难免，敬请读者批评指正，也欢迎用户和读者通过电子邮件方式与编者共同探讨一些具体的软件使用问题。编者的电子邮箱分别为：dandan.sun@mscsoftware.com、huohong.chen@mscsoftware.com。

编者

再版前言
第1章 Marc/Mentat简介 1
1.1 MSC公司与Marc 1
1.2 Marc程序结构框架 3
1.2.1 Mentat与Marc的关系 3
1.2.2 Marc一般分析流程 4
1.3 Marc新增功能的亮点 6
1.3.1 Mentat 2015及其近年来的新功能 7
1.3.2 Marc 2015及其近年来的新功能 17
1.4 Marc 2015的帮助文档 34
1.5 Marc 2015安装 36
第2章 Marc Mentat 2015图形用户界面和
操作 42
2.1 概述 42
2.2 启动图形用户界面（Mentat GUI） 42
2.3 Mentat 2015图形交互界面的布局和组成 44
2.3.1 新界面风格与经典界面的异同 44
2.3.2 中文界面介绍 45
2.3.3 Mentat 2015常用功能图标介绍 46
2.3.4 Mentat 2015主菜单介绍 47
2.3.5 模型浏览器介绍 47
2.4 File下拉菜单 52
2.5 Select下拉菜单 54
2.5.1 Selection Control——选取控制 54
2.5.2 Set Control——集合控制 58
2.6 View下拉菜单 59
2.7 Tools下拉菜单 60
2.7.1 Procedures 60
2.7.2 Python 61
2.7.3 .Net Modules 61
2.7.4 Parameters 62
2.7.5 Aliases 62
2.7.6 Annotations 62
2.7.7 Generalized XY Plot 62
2.7.8 Animation 63
2.7.9 Rendering 63
2.7.10 Edit File 64
2.7.11 List Directory 64
2.7.12 System Command 64
2.7.13 System Shell 64
2.7.14 Distance 64
2.7.15 Angle 64
2.7.16 Calculations 64
2.7.17 Calculate 65
2.7.18 Sample Element 65
2.7.19 Program Settings 65
2.7.20 Menu Font 65
2.7.21 Window/ Popup Settings 65
2.8 Window下拉菜单 65
2.9 Help下拉菜单 67
2.10 辅助功能图标 68
2.11 Mentat的常用快捷方式 69
第3章 Marc Mentat几何建模与网格生成 70
3.1 概述 70
3.1.1 与有限元分析相关的常用词 70
3.1.2 与几何实体相关的常用词 70
3.2 几何模型导入 71
3.2.1 MentatCAD接口功能的历史回顾 71
3.2.2 Mentat最新CAD接口功能
——General CAD as Solids 72
3.2.3 CAD模型的特征识别和特征编辑 78
3.3 Mentat中几何建模和生成网格 81
3.3.1 格栅的使用 82
3.3.2 Geometry（几何要素的生成和编辑） 83
3.3.3 Mesh（生成网格） 86
3.3.4 模型长度单位设置 88
3.4 Pre-Automesh：自动分网预处理 90
3.4.1 Check/Repair Geometry：几何
检查/修复 90
3.4.2 Curve Divisions（设置种子点） 93
3.4.3 Solid Mesh Seed：实体网格种子点 95
3.5 Automesh：自动分网 96
3.5.1 Curves：曲线分网 96
3.5.2 Planar：平面实体分网 97
3.5.3 Surface曲面网格划分 99
3.5.4 Volumes：全新实体网格划分 100
3.5.5 二维加强筋（Rebar）单元 107
3.5.6 Tools 107
3.6 转换法生成网格 109
3.7 Operations：几何和网格处理 110
3.7.1 Attach：关联/附着 110
3.7.2 Change Class：单元几何拓扑种类
更改 111
3.7.3 Check：单元检查 112
3.7.4 Convert：转换 112
3.7.5 Defeature：特征删除 112
3.7.6 Duplicate：复制 112
3.7.7 Expand：扩展 112
3.7.8 Intersect：相交 113
3.7.9 Move：移动 113
3.7.10 Relax：松弛 114
3.7.11 Revolve：旋转 114
3.7.12 Solids：实体的操作 115
3.7.13 Stretch 115
3.7.14 Subdivide：网格加密 115
3.7.15 Sweep：清理 116
3.7.16 Symmetry：对称 116
3.8 网格自动划分例题 116
3.8.1 一维网格自动划分例题 117
3.8.2 二维网格自动划分例题 121
3.8.3 几何实体自动分网 123
第4章材料非线性分析 131
4.1 综述 131
4.2 弹塑性分析 132
4.2.1 概述 132
4.2.2 利用Marc/Mentat进行弹塑性分析 132
4.2.3 例题：带孔壁架的弹塑性分析 133
4.2.4 Marc新增各向异性塑性材料模型
介绍 134
4.3 橡胶材料特性的分析 137
4.3.1 概述 137
4.3.2 Marc中的超弹性材料本构模型 138
4.3.3 用Marc程序进行弹性体材料分析 141
4.3.4 例题：弹性橡胶拱的力与位移响应
分析 141
4.3.5 Marc中新增超弹性材料模型 142
4.3.6 包含Payne效应的分析例题 156
4.3.7 材料试验曲线拟合概述 168
4.3.8 采用Marc 进行试验曲线拟合 169
4.3.9 例题：橡胶材料的试验曲线拟合 172
第5章接触分析 180
5.1 综述 180
5.1.1 接触问题的数学描述方法和数值
计算方法 180
5.1.2 Marc软件进行接触探测及分析的
方法 181
5.1.3 Marc软件接触算法基本流程 184
5.2 接触体的定义和运动描述 186
5.2.1 变形体的定义
——Meshed（Deformable） 186
5.2.2 刚体的定义——Geometric/Geometric（With Nodes） 190
5.2.3 允许传热分析的刚体的定义——Meshed（Rigid） 191
5.2.4 刚体运动控制——Body Control 191
5.2.5 接触体定义技巧 194
5.3 模拟摩擦 195
5.3.1 滑动库仑摩擦模型 195
5.3.2 剪切摩擦 197
5.3.3 粘－滑摩擦模型 197
5.3.4 双线性摩擦模型 198
5.3.5 各向异性摩擦定义 199
5.3.6 其他摩擦模型 200
5.4 接触关系——Contact Interactions 200
5.4.1 粘接接触参数设置 203
5.4.2 接触参数设置 205
5.5 接触表——Contact Tables 209
5.5.1 接触表的定义 210
5.5.2 Detection Method——接触检查顺序 214
5.5.3 接触表参数设置 215
5.5.4 接触区域——Contact Area 221
5.6 套管接触或管内梁接触 222
5.7 板料成形拉延筋拉延阻力的有限元预测 227
第6章 Marc/Mentat结果输出 240
6.1 概述 240
6.2 Job Results计算结果 240
6.2.1 Job Results菜单 240
6.2.2 后处理文件（.t16/.t19）的打开 253
6.3 Model Plot 254
6.3.1 Deformed Shape——变形形状 254
6.3.2 Scalar Plot——标量显示 256
6.3.3 其他的显示 256
6.4 Path Plot——路径上的结果显示 257
6.5 History Plot——变量历程图 257
6.6 有限元结果类型 258
6.6.1 应力（Stress，代码11-16/311） 258
6.6.2 柯西应力（Cauchy Stress，代码41-46/341） 259
6.6.3 特定坐标系应力（Stress in Preferred System，代码111-116/391） 259
6.6.4 整体应力（Global Stress，代
码411） 259
6.6.5 缺省应力（Default Stress） 259
6.6.6 Tresca等效应力（Tresca Intensity） 259
6.6.7 法向应力（Normal Stress） 259
6.6.8 剪应力（Shear Stress） 259
6.6.9 平均法向强度（Mean Normal
Intensity） 260
6.6.10 等效应力/等效von Mises应力
（代码17） 260
6.6.11 等效应力/屈服应力（Equivalent Stress/Yield Stress，代码59） 260
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） 260
6.6.13 等效塑性应变 260
6.6.14 主应力输出 261
6.7 Out文件结果输出 262
6.7.1 单元应力、应变 262
6.7.2 反作用力 263
6.7.3 连续单元节点力输出 264
6.7.4 特征值的文件输出结果 264
6.7.5 接触分析输出 265
6.7.6 迭代求解器迭代输出 266
6.8 后处理的抓图和动画功能 267
6.8.1 图片的存储 267
6.8.2 创建动画文件 269
6.8.3 切片平面 270
6.8.4 总体变量 272
第7章网格自适应（Local Adaptivity）与
重划分（Global Remesh） 274
7.1 综述 274
7.2 局部网格自适应 275
7.2.1 局部网格自适应误差准则 275
7.2.2 局部网格自适应的相关技术处理 280
7.2.3 网格自适应实例 281
7.3 全局网格重划分（Global Remeshing） 288
7.3.1 全局网格重分定义相关菜单和操作 291
7.3.2 全局网格重分准则定义 293
7.3.3 网格重划分网格密度控制和设置 295
7.3.4 二维网格重划分例题 303
7.3.5 三维网格重划分实例 314
第8章断裂力学问题的Marc解决方案 325
8.1 综述 325
8.2 Marc进行失效分析 325
8.2.1 最大应力失效准则（MAXIMUM STRESS） 326
8.2.2 最大应变准则（MAXIMUM
STRAIN） 327
8.2.3 HOFFMAN、HILL、蔡－吴
（TSAI-WU） 328
8.2.4 PUCK失效准则 329
8.2.5 HASHIN、HASHIN TAPE、
HASHIN FABRIC 329
8.2.6 应变不变量失效准则（STRAIN INVRAIANT） 329
8.2.7 渐进失效分析（Progressive Failure Analysis） 331
8.3 断裂力学理论及有限元实现 331
8.3.1 裂纹类型 331
8.3.2 裂纹的位置 332
8.3.3 断裂力学的有限元分析方法 333
8.3.4 利用Marc进行断裂力学分析 335
8.4 Marc中的虚拟裂纹闭合技术（VCCT） 336
8.4.1 虚拟裂纹闭合技术介绍 336
8.4.2 初始裂纹创建（Crack Initiator） 343
8.5 Marc进行脱层分析及粘接区域建模 344
8.5.1 Marc进行脱层分析 344
8.5.2 Marc中的粘接区域建模 347
8.6 J积分分析例题 350
8.7 裂纹扩展分析例题 354
8.7.1 带筋结构的裂纹扩展分析例题 354
8.7.2 初始裂纹创建 364
8.7.3 高周疲劳下的裂纹扩展 371
8.8 粘接结构分析例题（interface） 380
第9章 Marc-Adams联合仿真 391
9.1 Adams-Marc联合仿真综述 391
9.2 Adams-Marc联合仿真方法和步骤 394
9.2.1 Adams模型的考虑 397
9.2.2 联合仿真的图形界面 398
9.2.3 开始联合仿真 400
9.3 Adams-Marc联合仿真实例 402
参考文献 408

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