Marc有限元实例分析教程PDF电子书下载

第1章 程序概况 1

1.1 MSC 公司与 MSC.Marc 2

1.2 MSC.Marc 的产品 3

1.3 Marc 程序结构的特点 4

1.4 Marc 安装后的有关目录 8

1.5 软件文档 9

1.6 Marc 的文件系统 10

1.7 软件接口功能 10

第2章 基本求解过程 11

2.1 线弹性分析有限单元法的基本步骤 14

2.2 非线性的分类及有限单元法的基本流程 16

2.3 非线性方程组的求解方法 18

2.4 非线性迭代的收敛判据 19

2.5 单元的使用方法及数值积分 21

2.6 Marc 软件的运行 23

2.7 运行 Marc 所需的 Job 文件的数据构成 26

2.8 求解器 30

2.9 内存分配和空间需求 30

第3章 几何建模与网格生成 33

3.1 Mentat 概况及使用方法 34

3.2 单元的类别及质量评定 37

3.3 单元的直接定义 39

3.4 几何建模 42

3.4.1 控制点的生成 42

3.4.2 线的生成 42

3.4.3 面的生成 44

3.4.4 实体的生成 45

3.5 用映射法生成网格与操作示范 45

3.6 自动生成网格 49

3.6.1 Mentat 几何定义 51

3.6.2 Mentat 几何修复 51

3.6.3 设置种子点 56

3.6.4 ADVANCING FRONT 四边形、三角形单元生成器 57

3.6.5 DELAUNAY 三角形单元生成器 58

3.6.6 Overlay 覆盖网格生成技术 59

3.6.7 四面体单元生成器 59

3.6.8 六面体单元生成器 60

3.7 Mentat 的其他网格处理功能 68

3.8 例题 76

第4章 Mentat 常用菜单命令 87

4.1 边界条件的定义(BOUNDRAY CONDITIONS) 88

4.2 初始条件的定义(INITIAL CONDITIONS) 93

4.3 材料特性的定义(MATERIAL PROPERTIES) 94

4.4 选择功能(SELECT) 99

4.5 表格功能的使用(TABLE) 100

4.6 几何特性的定义(GEOMETRIC PROPERTIES) 105

4.7 接触条件的定义(CONTACT) 107

4.8.1 分析种类的选择 111

4.8 载荷工况的定义(LOADCASES) 111

4.8.2 LOADCASES 的定义 113

4.9 定义作业参数并提交运行(JOBS) 117

4.10 后处理(RESULTS) 125

4.11 静态菜单命令 127

第5章 线弹性静力分析 131

5.1 二维线弹性静力分析 132

5.2 三维线弹性静力分析 144

第6章 材料非线性 157

6.1 综述 158

6.2 弹塑性分析 158

6.2.1 概述 158

6.2.2 屈服准则 159

6.2.3 流动准则 159

6.2.4 关联流动和各向同性硬化 160

6.2.5 其他屈服准则和硬化定律 161

6.2.7 利用 Marc/Mentat 进行弹塑性分析 165

6.2.6 塑性求解过程和列式 165

6.3.1 概述 166

6.3.2 蠕变现象 166

6.3 蠕变分析 166

6.3.3 本构方程 167

6.3.4 求解过程 168

6.3.5 利用 Marc 求解蠕变问题 168

6.4 橡胶材料特性的分析 171

6.4.1 概述 171

6.4.2 弹性体的宏观行为 172

6.4.3 Mooney 材料 174

6.4.4 Rivilin 表达式 175

6.4.5 Ogden 模型 176

6.4.6 在应力函数中采用 Lagrange 乘子 176

6.5.1 概述 177

6.5.2 弹性材料行为 177

6.5 各向异性行为与复合材料结构 177

6.4.7 用 Marc 程序进行弹性体材料分析 177

6.5.3 在 Marc 中指定材料模型 179

6.5.4 失效准则 182

6.6 材料试验曲线拟合 183

6.6.1 概述 183

6.6.2 材料试验 184

6.6.3 读入数据 185

6.6.4 采用基于不变量应变能函数拟合数据 186

6.7 例题 190

6.7.1 厚壁筒的弹塑性分析 191

6.7.2 椭圆形管道的蠕变分析 200

6.7.3 带孔复合材料板应力分析 208

第7章 几何非线性与屈曲分析 215

7.1 综述 220

7.2.1 几何非线性的应变度量 221

7.2 几何非线性问题的有限单元法 221

7.2.2 几何非线性的应力度量 223

7.2.3 非线性有限元的 Lagrange 格式 224

7.3 屈曲分析 226

7.3.1 屈曲分析分类 226

7.3.2 线性屈曲分析 229

7.3.3 非线性屈曲分析 231

7.4 失稳路径的弧长法 233

7.4.1 增量加载方式 233

7.4.2 弧长法 235

7.5 材料非线性与屈曲/失稳分析 238

7.5.1 材料非线性与几何非线性 239

7.5.2 包含材料非线性的屈曲分析 240

7.6 屈曲分析实例——部分球壳受外压的屈曲分析 241

7.6.1 线性屈曲分析 242

7.6.2 失稳路径分析 247

7.6.3 Buckle increment 分析 250

第8章 接触分析 255

8.1 综述 256

8.1.1 接触问题的描述方法 256

8.1.2 Marc 软件提供的接触算法 257

8.1.3 接触算法的基本流程 257

8.2 接触体的定义和运动描述 258

8.2.1 可变形接触体的定义 259

8.2.2 刚性接触体的定义 260

8.2.3 允许传热分析的刚性接触体的定义 261

8.2.4 刚体运动描述 261

8.2.5 描述刚体运动的初始条件 263

8.3 接触探测 263

8.3.1 接触容限 264

8.3.2 偏斜系数 265

8.3.3 接触检查顺序 266

8.4.1 刚体与变形体之间的接触约束 267

8.4 施加接触约束以及修改接触约束 267

8.4.2 变形体与变形体的接触约束 268

8.4.3 接触约束的满足与接触体定义顺序的关系 268

8.5 模拟摩擦 269

8.5.1 滑动库仑摩擦模型 270

8.5.2 剪切摩擦 272

8.5.3 粘-滑摩擦模型 272

8.5.4 其他摩擦模型 273

8.5.5 关于摩擦的其他说明 273

8.6 模拟分离 274

8.7 其他接触功能 275

8.7.1 粘合 275

8.8 厚壁橡胶圆筒受压分析 276

8.7.4 对称平面 276

8.7.3 过盈检查/过盈闭合量设置 276

8.7.2 释放 276

8.9 厚壁圆筒过盈配合分析 283

第9章 动力学分析 289

9.1 综述 290

9.2 特征值问题 290

9.2.1 数学列式 290

9.2.2 求解特征值的数值技术 291

9.2.3 刚体模态 293

9.3 简谐分析 294

9.3.1 复数算式 294

9.3.2 采用 Marc/Mentat 进行简谐分析 294

9.4 阻尼模型 295

9.4.1 减振器及粘性阻尼 295

9.4.2 模态阻尼 296

9.4.3 瑞利阻尼 296

9.5 谱响应分析 297

9.4.4 数值阻尼 297

9.5.1 从基于谱密度的大地运动 298

9.5.2 刚体基运动引起的结构激励 300

9.5.3 利用 Marc 程序进行谱响应分析 302

9.6 线性动力瞬态分析 303

9.6.1 线性动力学分析基础 304

9.6.2 直接积分方法 304

9.6.3 模态叠加法 306

9.6.4 精度和稳定性 306

9.6.5 时间步长的选择 307

9.6.6 采用 Mentat 进行线性瞬态分析的前处理 308

9.7 非线性瞬态分析 308

9.7.1 非线性方程的直接积分 309

9.7.2 塑性的影响 310

9.7.3 几何非线性 310

9.7.4 非线性加载和边界条件 310

9.7.5 精度和稳定性 311

9.7.6 利用 Marc 和 Mentat 进行非线性瞬态分析 312

9.8 固支方板的特征频率分析 312

9.9 两个变形体之间的动力接触分析 318

第10章 断裂力学问题的有限元分析 329

10.1 综述 330

10.2 断裂力学理论简介 330

10.3 有限元分析方法 332

10.4 奇异单元法 333

10.5 利用 Marc/Mentat 程序进行断裂力学分析 333

10.6 承受轴向拉伸双边开槽试样 J 积分计算 335

第11章 温度场分析和热应力分析 341

11.1 综述 342

11.2 热传导分析的有限元法 342

11.2.1 热传导问题的数学描述 342

11.2.2 热传导问题的有限元法 343

11.2.3 非线性热传导分析的收敛判定 345

11.3.1 Marc 提供的热传导单元 350

11.3 用 Marc/Mentat 实施传热分析 350

11.3.2 常规传热分析的数据定义流程 351

11.3.3 散热片分析 353

11.3.4 用 Marc/Mentat 完成表面间热辐射分析 360

11.4 热应力分析 365

11.4.1 热应力分析的有限元描述 365

11.4.2 热应变 366

11.4.3 用 Marc/Mentat 完成热应力分析 366

11.4.4 散热片热弹性分析 368

第12章 电磁场分析 375

12.1 综述 376

12.2 静电场分析 376

12.2.1 静电场分析方程 376

12.2.2 静电场分析单元 377

12.2.3 2-D 静电场分析实例 377

12.3.1 静磁分析的方程 382

12.3 静磁场分析 382

12.3.2 静磁场分析单元 384

12.3.3 2-D 静磁场分析实例 385

12.4 电磁场分析 390

12.4.1 瞬态电磁分析列式 391

12.4.2 简谐电磁分析列式 392

12.4.3 电磁场分析单元 392

第13章 网格自适应与重划分 393

13.1 综述 394

13.2 误差准则 395

13.3 单元网格细化对策 399

13.4 线性自适应分析算例 402

13.5 网格重划分 407

13.6 重划分分析算例 409

第14章 用户子程序 417

14.1 综述 418

14.2.3 粘塑性和广义塑性子程序 419

14.2.2 用户定义的各向异性材料特性和本构关系 419

14.2.1 用户定义的加载、边界条件和状态变量 419

14.2 用户子程序分类及常用用户子程序 419

14.2.4 粘弹性子程序 420

14.2.5 修改几何形状的子程序 420

14.2.6 定义输出量的子程序 420

14.2.7 定义滑动轴承分析的子程序 420

14.2.8 其他子程序 420

14.3 利用公共块进行数据传递 421

14.4 利用内部子程序进行矩阵运算 422

14.5 用户子程序例题——受移动载荷作用的方板分析 423

第15章 滑动轴承分析 431

15.1 综述 432

15.2 单元类型 432

15.3 计算结果 432

15.4 技术背景 433

15.5 滑动轴承润滑分析 dat 文件中参数的含义 434

15.6.1 模型描述 435

15.6 例题——有限宽度下滑动轴承分析 435

15.6.2 边界条件定义 436

15.6.3 材料特性 436

15.6.4 承载能力 436

15.6.5 阻尼和刚度特性 436

15.6.6 在新的旋转位置处的承载能力 437

15.6.7 Mentat 菜单命令流 438

15.6.8 编辑输入文件并提交运算 441

15.6.9 后处理 441

附录 445

附录 A 用 TYING 实现节点自由度间的线性约束 446

附录 B Singularity Ratio(奇异比) 447

附录 C 重起动功能 448

附录 D 输入数据文件示例 452

附录 E 输出结果文件示例 456

参考文献 474