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第1章 Marc程序概况 1

1.1 MSC公司与Marc 1

1.1.1 被MSC收购之前的Marc公司 1

1.1.2 被MSC收购之后的Marc公司 2

1.2 Marc的产品 2

1.2.1 Mentat 2

1.2.2 Marc 3

1.3 Marc程序结构的特点 3

1.3.1 单元库 4

1.3.2 功能库 5

1.3.3 分析库 6

1.3.4 材料库 7

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 Marc基本求解过程 11

2.1 线弹性有限元法的基本步骤 11

2.2 非线性的分类及有限元法的基本流程 13

2.3 非线性方程组的求解方法 14

2.4 非线性迭代的收敛判据 16

2.5 单元的使用方法及数值积分 17

2.6 Marc软件的运行 19

2.7 Job文件的数据构成 21

2.8 求解器 24

2.9 内存分配和空间需求 25

第3章 Mentat常用菜单 28

3.1 概述 28

3.1.1 Mentat与Marc程序的关系 28

3.1.2 Mentat程序的屏幕布局 28

3.1.3 Mentat与用户的通信 29

3.2 主菜单 31

3.3 静态菜单 31

3.3.1 UTILS菜单 32

3.3.2 FILES菜单 33

3.3.3 PLOT菜单 34

3.3.4 VIEW菜单 36

3.3.5 HELP菜单 37

3.4 前处理 38

3.4.1 MESH GENERATION（网格生成） 38

3.4.2 列表键菜单 39

3.4.3 GEOMETRY PROPERTIES（几何性质定义） 40

3.4.4 MATERIAL PROPERTIES（材料性质定义） 41

3.4.5 CONTACT（接触定义） 44

3.4.6 INITIAL CONDITIONS（初始条件定义） 47

3.4.7 BOUNDARY CONDITIONS（边界条件定义） 48

3.4.8 SELECT（选择集的定义） 50

3.4.9 TABLES（表格的定义） 52

3.5 分析 54

3.5.1 载荷工况的定义 54

3.5.2 作业参数的定义并提交运行 58

3.6 后处理 63

第4章 Mentat几何建模与网格生成 66

4.1 概述 66

4.2 单元的类别及质量评定 66

4.2.1 单元的类别 66

4.2.2 单元质量的评定 67

4.2.3 Mentat的网格生成工具 67

4.3 单元的直接定义 68

4.4 几何建模 70

4.4.1 控制点的生成 70

4.4.2 线的生成 70

4.4.3 面的生成 71

4.4.4 实体的生成 72

4.5 用映射法生成网格与操作示范 73

4.6 自动生成网格 73

4.6.1 Mentat几何定义 74

4.6.2 Mentat几何修复 74

4.6.3 设置种子点 78

4.6.4 ADVANCING FRONT四边形、三角形单元生成器 79

4.6.5 DELAUNAY三角形单元生成器 80

4.6.6 Overlay覆盖网格生成技术 81

4.6.7 Patran曲面网格划分器 81

4.6.8 四面体单元生成器 81

4.6.9 六面体单元生成器 83

4.7 Mentat的其他网格处理功能 84

4.8 例题 92

4.8.1 圆面网格划分 92

4.8.2 哑铃型截面网格划分 95

4.8.3 自动划分生成三维体网格 98

第5章 Marc/Mentat结果输出 106

5.1 概述 106

5.2 单位一致性 106

5.3 有限元应力计算 107

5.3.1 Mentat中的外插法／平均法 107

5.3.2 应力轴系统 108

5.3.3 高斯点结果 108

5.3.4 连续和广义应力 108

5.3.5 应力结果类型 111

5.4 材料轴定义 114

5.5 复合材料失效指标 116

5.6 I-DEAS/Hypermesh/ADAMS结果输出 116

5.7 完全或更新拉格朗日求解结果 117

5.8 塑性应变 118

5.9 输出到.OUT文件 118

5.9.1 单元应力、应变 118

5.9.2 反作用力 121

5.9.3 连续单元节点力输出 121

5.9.4 特征值的文件输出结果 121

5.9.5 接触分析输出 122

5.9.6 迭代求解器迭代输出 123

5.9.7 用户子程序 123

5.9.8 其他 123

5.10 结果的其他说明 124

5.11 后处理的一些特殊功能 125

5.11.1 创建动画AVI文件 125

5.11.2 流线图及粒子流动图 125

5.11.3 应变能 126

第6章 单元类型的选择 127

6.1 概述 127

6.2 实体单元 128

6.3 梁单元 133

6.3.1 单元分类 133

6.3.2 Marc截面方向和截面定义 133

6.3.3 梁单元的截面偏置 136

6.3.4 Mentat几何特性定义 137

6.4 壳单元 138

6.5 特殊单元 139

第7章 线弹性静力分析 142

7.1 二维平面结构线弹性静力分析实例 142

7.2 梁结构线弹性静力分析实例 146

7.3 板壳结构线弹性静力分析实例 150

7.4 三维实体结构线弹性静力分析实例 155

第8章 材料本构关系 164

8.1 综述 164

8.2 弹性与弹塑性 164

8.2.1 概述 164

8.2.2 弹性材料行为 164

8.2.3 弹塑性材料行为 166

8.2.4 塑性求解过程和列式 171

8.2.5 利用Marc/Mentat进行弹塑性分析 171

8.3 蠕变分析 172

8.3.1 概述 172

8.3.2 蠕变现象 172

8.3.3 本构方程 172

8.3.4 求解过程 173

8.3.5 利用Marc求解蠕变问题 174

8.4 橡胶材料特性的分析 176

8.4.1 概述 176

8.4.2 弹性体的宏观行为 176

8.4.3 Mooney材料 177

8.4.4 Rivilin表达式 178

8.4.5 Ogden模型 179

8.4.6 在应力函数中采用Lagrange乘子 180

8.4.7 用Marc程序进行弹性体材料分析 180

8.5 各向异性行为与复合材料结构 180

8.5.1 Marc中的各向异性材料模型 180

8.5.2 失效准则 183

8.6 材料试验曲线拟合 184

8.6.1 概述 184

8.6.2 材料试验 184

8.6.3 读入数据 185

8.6.4 采用基于不变量应变能函数拟合数据 186

8.7 采用Rebar单元模拟加强筋 189

8.8 例题 190

8.8.1 厚壁筒的弹塑性分析 190

8.8.2 材料试验曲线拟合 195

8.8.3 复合材料皮带的渐进失效分析 199

8.8.4 钢筋混凝土梁的受力分析 206

第9章 几何非线性与屈曲分析 213

9.1 综述 213

9.2 几何非线性问题的有限单元法 214

9.2.1 几何非线性的应变度量 214

9.2.2 几何非线性的应力度量 215

9.2.3 非线性有限元的Lagrange格式 217

9.3 屈曲分析 219

9.3.1 屈曲分析分类 219

9.3.2 线性屈曲分析 220

9.3.3 非线性屈曲分析 222

9.4 失稳路径的弧长法 223

9.4.1 增量加载方式 223

9.4.2 弧长法 224

9.5 材料非线性与屈曲／失稳分析 227

9.5.1 材料非线性与几何非线性 228

9.5.2 包含材料非线性的屈曲分析 229

9.6 例题 230

9.6.1 轴对称圆筒的线性屈曲分析 230

9.6.2 压杆的扰动分析 234

9.6.3 部分球壳受外压的失稳路径分析 238

第10章 接触分析 243

10.1 综述 243

10.1.1 接触问题的描述方法 243

10.1.2 Marc软件提供的接触算法 244

10.1.3 接触算法的基本流程 244

10.2 接触体的定义和运动描述 245

10.2.1 可变形接触体的定义 245

10.2.2 刚性接触体的定义 247

10.2.3 允许传热分析的刚性接触体的定义 248

10.2.4 刚体运动描述 248

10.2.5 描述刚体运动的初始条件 250

10.3 接触探测 250

10.3.1 接触容限 250

10.3.2 偏斜系数 251

10.3.3 接触检查顺序 252

10.4 施加接触约束以及修改接触约束 253

10.4.1 刚体与变形体之间的接触约束 253

10.4.2 变形体与变形体的接触约束 253

10.4.3 接触约束的满足与接触体定义顺序的关系 254

10.5 模拟摩擦 254

10.5.1 滑动库仑摩擦模型 255

10.5.2 剪切摩擦 256

10.5.3 粘-滑摩擦模型 257

10.5.4 双线性摩擦模型 257

10.5.5 其他摩擦模型 258

10.5.6 关于摩擦的其他说明 258

10.6 模拟分离 258

10.7 其他接触功能 259

10.7.1 粘合 259

10.7.2 释放 260

10.7.3 过盈检查／过盈闭合量设置 260

10.7.4 对称平面 261

10.8 循环对称 261

10.9 例题 262

10.9.1 橡胶管受压分析 262

10.9.2 厚壁圆筒套装过盈分析 268

10.9.3 滑轮与皮带的接触分析 276

第11章 动力学分析 285

11.1 综述 285

11.2 特征值问题 285

11.2.1 数学列式 286

11.2.2 求解特征值的数值技术 286

11.2.3 刚体模态 288

11.3 简谐分析 289

11.3.1 复数算式 289

11.3.2 采用Marc/Mentat进行简谐分析 289

11.4 阻尼模型 290

11.4.1 减振器及粘性阻尼 290

11.4.2 模态阻尼 291

11.4.3 瑞利阻尼 291

11.4.4 数值阻尼 292

11.5 谱响应分析 292

11.5.1 基于谱密度的大地运动 292

11.5.2 刚体基运动引起的结构激励 294

11.5.3 利用Marc程序进行谱响应分析 297

11.6 线性动力瞬态分析 297

11.6.1 线性动力学分析基础 298

11.6.2 直接积分方法 298

11.6.3 模态叠加法 300

11.6.4 精度和稳定性 301

11.6.5 时间步长的选择 301

11.6.6 采用Mentat进行线性瞬态分析的前处理 302

11.7 非线性瞬态分析 302

11.7.1 非线性方程的直接积分 303

11.7.2 塑性的影响 304

11.7.3 几何非线性 304

11.7.4 非线性加载和边界条件 304

11.7.5 精度和稳定性 305

11.7.6 利用Marc和Mentat进行非线性瞬态分析 305

11.8 悬臂梁特征频率分析 306

11.9 方板简谐分析 310

11.10 三维框架谱响应分析 315

第12章 温度场分析和热应力分析 322

12.1 综述 322

12.2 热传导分析的有限元法 322

12.2.1 热传导问题的数学描述 322

12.2.2 热传导问题的有限元法 324

12.2.3 非线性热传导分析的收敛判定 326

12.3 用Marc/Mentat实施传热分析 330

12.3.1 Marc热传导分析的几大特色 330

12.3.2 常规热传导分析流程 330

12.4 热应力分析 333

12.4.1 热应力分析的有限元描述 333

12.4.2 热应变 334

12.4.3 用Marc/Mentat完成热应力分析 334

12.5 热机耦合分析 336

12.6 例题 339

12.6.1 具有内部涂层的厚壁容器热弹塑性分析实例 339

12.6.2 空腔容器热辐射分析 353

12.6.3 受钢块挤压的铝环的热机耦合问题 359

第13章 电磁场分析 368

13.1 综述 368

13.2 静电场分析 368

13.2.1 静电场分析方程 368

13.2.2 静电场分析单元 369

13.2.3 2-D静电场分析实例 370

13.3 静磁场分析 373

13.3.1 静磁分析的方程 373

13.3.2 静磁场分析单元 375

13.3.3 2-D静磁场分析实例 375

13.4 电磁场分析 379

13.4.1 瞬态电磁分析列式 379

13.4.2 简谐电磁分析列式 380

13.4.3 电磁场分析单元 381

13.4.4 电磁场耦合分析实例 381

13.5 热-电耦合及焦耳生热-结构耦合分析 390

13.5.1 热-电耦合的有限元描述 390

13.5.2 用Marc进行的热-电耦合分析流程 391

13.5.3 焦耳生热分析实例 393

13.6 热-电-磁耦合分析 400

13.6.1 热-电-磁耦合分析原理 400

13.6.2 用Marc进行热-电-磁耦合分析的流程 400

13.6.3 热-电-磁耦合分析实例 401

第14章 网格自适应与重划分 412

14.1 综述 412

14.2 误差准则 412

14.3 单元网格细化对策 416

14.4 网格重划分 418

14.5 网格重划分分析实例 420

14.6 Pre-State功能实例 428

第15章 连接 445

15.1 概述 445

15.2 节点连接 445

15.3 伺服连接 447

15.4 弹簧／阻尼 447

15.5 RBE2/RBE3 448

15.6 例题 449

15.6.1 杆-弹簧系统分析 449

15.6.2 “吊桥”装置分析 453

参考文献 463