Patran 2010与Nastran 2010有限元分析从入门到精通PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 MSC公司及其产品介绍 1

1.2 Patran介绍 2

1.2.1 图形用户界面 2

1.2.2 CAD几何模型的直接访问 3

1.2.3 几何造型功能 4

1.2.4 分析集成 4

1.2.5 有限元建模 5

1.2.6 结果交互式可视化后处理 6

1.2.7 高级用户化工具 6

1.3 Nastran软件功能介绍 7

1.3.1 静力分析 7

1.3.2 屈曲分析 7

1.3.3 动力学分析 7

1.3.4 热分析 8

1.3.5 空气动力弹性及颤振分析 8

1.3.6 流固耦合分析 9

1.3.7 多级超单元分析 9

1.3.8 高级对称分析 10

1.3.9 设计灵敏度及优化分析 10

1.3.10 转子动力学特性分析 11

1.3.11 概率有限元分析 11

1.3.12 与ADAMS进行刚／柔性多体动力学分析 12

1.3.13 Nastran的并行求解方法 12

1.3.14 多种求解方法 12

1.3.15 用户化开发工具DAMP语言 12

第2章 Patran建模和Nastran分析过程 13

2.1 有限元分析简介 13

2.2 Patran建模和Nastran分析流程 14

2.2.1 Patran 2010的用户界面介绍 14

2.2.2 Patran建模和Nastran分析的一般流程 19

2.2.3 Patran和Nastran的主要相关文件 20

2.2.4 单位制介绍 21

2.3 实例入门——支撑结构受力变形分析 22

2.3.1 前处理 22

2.3.2 提交分析 25

2.3.3 后处理 26

第3章 创建几何模型 28

3.1 直接创建几何模型 28

3.1.1 创建点 28

3.1.2 创建曲线 33

3.1.3 创建曲面 42

3.1.4 创建三维实体 49

3.1.5 创建坐标系 52

3.1.6 创建平面 54

3.1.7 创建矢量 56

3.2 转化创建几何模型 56

3.3 Patran的输入输出接口 60

3.3.1 Patran输入接口 60

3.3.2 Patran输出接口 62

3.4 编辑几何模型 63

3.4.1 编辑点 63

3.4.2 编辑曲线 64

3.4.3 编辑曲面 65

3.4.4 编辑实体 69

3.5 其他几何操作 70

3.5.1 删除功能 71

3.5.2 信息显示 71

3.5.3 检查几何模型 71

3.5.4 关联 72

3.5.5 反关联 72

3.5.6 重新标号 72

3.6 应用实例 72

3.6.1 圆顶凸台建模实例 73

3.6.2 叉架建模实例 75

3.7 托架线性静力分析全程实例——建模 82

3.7.1 创建数据库模型 83

3.7.2 创建二维平面图 83

3.7.3 创建三维实体 85

3.7.4 创建切割实体模型 86

3.7.5 创建底部圆孔 87

3.7.6 打印痕 88

第4章 划分有限元网格 90

4.1 单元库简介 90

4.2 直接创建有限元网格（Create） 92

4.2.1 网格生成器的分类 92

4.2.2 几何协调性和有限元协调性 94

4.2.3 自动生成网格（mesh） 94

4.2.4 手动生成网格 94

4.2.5 创建多点约束（MPC） 95

4.3 转化创建有限元网格 95

4.3.1 移动、旋转和镜像创建节点／单元 96

4.3.2 拉伸、滑动创建单元 97

4.4 修改有限元网格模型 97

4.4.1 修改网格（mesh） 97

4.4.2 修改单元 98

4.4.3 修改梁／杆、三角形、四边形、四面体单元 99

4.4.4 修改节点 99

4.4.5 修改网格种子 100

4.5 检查有限元网格 100

4.5.1 有限元网格检查（Verify） 100

4.5.2 检查三角形单元的质量 101

4.5.3 检查四边形单元的质量 101

4.5.4 检查四面体单元的质量 102

4.5.5 检查五面体单元的质量 102

4.5.6 检查六面体单元的质量 102

4.5.7 检查节点 103

4.5.8 检查中间节点 103

4.5.9 检查超级单元 103

4.6 基于有限元网格模型的其他操作 103

4.6.1 重新标号 103

4.6.2 联结（Associate） 104

4.6.3 解除联结（Disassociate） 104

4.6.4 优化（Optimize） 104

4.6.5 显示信息 105

4.6.6 删除有限元元素（Delete） 105

4.7 创建有限元网格实例 105

4.7.1 卷簧网格划分实例 105

4.7.2 支架网格划分实例 108

4.7.3 连杆网格划分实例 110

4.8 托架线性静力分析全程实例——网格划分 112

第5章 材料属性 113

5.1 概述 113

5.2 创建材料模型 115

5.2.1 材料模型的分类 115

5.2.2 创建材料模型的方法 117

5.3 显示材料模型 117

5.4 工程实例 118

5.4.1 各向同性材料模型实例 118

5.4.2 九层复合材料模型实例 119

5.4.3 温度相关材料模型实例 121

5.5 托架线性静力分析全程实例——定义材料本构关系 122

第6章 单元属性 123

6.1 概述 123

6.2 创建单元属性 124

6.2.1 0D单元属性 124

6.2.2 1D单元属性 125

6.2.3 2D单元属性 130

6.2.4 3D单元属性 132

6.3 梁的显示 133

6.4 显示检查单元属性 134

6.5 托架线性静力分析全程实例——定义单元属性 134

第7章 工况及边界条件 136

7.1 概述 136

7.2 载荷／边界条件的创建、显示、修改、删除 137

7.2.1 创建载荷／边界条件的步骤 139

7.2.2 显示、检查边界条件 140

7.2.3 修改、删除边界条件 140

7.3 应用实例 140

7.3.1 创建平板位移边界条件实例 141

7.3.2 创建径向载荷实例 142

7.3.3 施加变化的载荷实例 143

7.4 托架线性静力分析全程实例——定义边界条件 144

7.4.1 定义位移边界条件 144

7.4.2 定义载荷边界条件 145

第8章 分析控制 147

8.1 概述 147

8.2 设定分析环境并提交计算 148

8.2.1 转换参数设置 148

8.2.2 分析类型的设置 149

8.2.3 Subcases的定义 150

8.2.4 Subcase Select 151

8.3 读取分析结果 151

8.3.1 读取分析结果 151

8.3.2 将计算结果与Patran相关联 152

8.4 优化分析 152

8.4.1 问题描述 153

8.4.2 创建设计变量 153

8.4.3 创建目标函数 154

8.4.4 创建约束条件 154

8.4.5 分析设置 155

8.4.6 分析求解 156

8.5 托架线性静力分析全程实例——提交分析作业 156

第9章 结果后处理 157

9.1 概述 157

9.2 后处理的一般步骤 158

9.3 分析结果快速显示 158

9.4 显示变形图 161

9.5 显示云图 162

9.6 图形符号显示 163

9.7 创建X-Y坐标曲线 163

9.8 生成报告 165

9.9 其他操作 167

9.10 托架线性静力分析全程实例——结果后处理 168

第10章 Patran和Nastran基本使用实例 171

10.1 活塞受压分析实例 171

10.1.1 问题描述 171

10.1.2 创建数据库模型并导入模型 171

10.1.3 网格划分 173

10.1.4 定义材料本构关系 174

10.1.5 定义单元属性 174

10.1.6 定义位移边界条件 176

10.1.7 定义压力载荷边界条件 177

10.1.8 提交分析作业 177

10.1.9 查看结果 178

10.2 组和列表定义实例 180

10.2.1 创建数据库模型 180

10.2.2 创建几何模型 181

10.2.3 网格划分 182

10.2.4 定义材料本构关系 184

10.2.5 定义表 185

10.2.6 定义单元属性 186

10.2.7 定义温度边界条件 187

10.2.8 定义厚度场集合 188

10.2.9 定义温度场集合 190

10.2.10 定义组 190

10.3 基于二维壳单元的梁分析实例 191

10.3.1 创建数据库模型 192

10.3.2 创建几何模型 192

10.3.3 网格划分 193

10.3.4 定义载荷 194

10.3.5 定义位移边界条件 195

10.3.6 定义材料本构关系 196

10.3.7 定义单元属性 196

10.3.8 提交分析作业 197

10.3.9 查看结果 198

10.4 基于一维梁单元的梁分析实例 199

10.4.1 创建数据库模型 200

10.4.2 创建网格模型 200

10.4.3 定义位移边界条件 201

10.4.4 定义载荷边界条件 202

10.4.5 定义材料 203

10.4.6 定义单元属性 204

10.4.7 提交分析作业 206

10.4.8 查看结果 206

第11章 静力学分析 209

11.1 弹性力学的基本方程和变分原理 209

11.1.1 弹性力学基本方程的矩阵形式 209

11.1.2 弹性力学基本方程的张量形式 212

11.2 平板受力分析 213

11.2.1 创建一个数据文件 213

11.2.2 创建几何模型 213

11.2.3 划分有限元网格 214

11.2.4 设置边界条件及施加载荷 214

11.2.5 定义材料属性 215

11.2.6 定义单元属性 216

11.2.7 进行分析 216

11.2.8 查看分析结果 217

11.3 铰接桁架的受力分析 217

11.3.1 创建一个数据文件 218

11.3.2 划分有限元网格 218

11.3.3 设置边界条件及施加载荷 220

11.3.4 定义材料属性 223

11.3.5 定义单元属性 224

11.3.6 分析模型 224

11.3.7 查看分析结果 225

11.4 厚壁圆筒静力分析 225

11.4.1 建立一个数据文件 226

11.4.2 创建厚壁圆筒的一个纵截面 226

11.4.3 旋转截面生成三维实体 226

11.4.4 删除临时创建的截面 227

11.4.5 划分网格 227

11.4.6 定义材料属性 228

11.4.7 定义单元属性 228

11.4.8 施加边界条件，对各截面的法向位移进行约束 229

11.4.9 施加压强 230

11.4.10 分析模型 231

11.4.11 查看分析结果 231

11.5 箱体的静力分析实例 231

11.5.1 创建数据库模型 232

11.5.2 创建新组 232

11.5.3 抽取中面 232

11.5.4 几何清理 232

11.5.5 删除多余的面 234

11.5.6 自由网格划分 234

11.5.7 定义载荷边界条件 235

11.5.8 定义位移边界条件 236

11.5.9 定义材料本构关系 238

11.5.10 定义单元属性 238

11.5.11 提交分析作业 239

11.5.12 结果后处理 239

11.6 面与加强筋模型 241

11.6.1 创建数据库模型 241

11.6.2 创建几何模型 241

11.6.3 网格划分 245

11.6.4 定义载荷边界条件 247

11.6.5 定义位移边界条件 249

11.6.6 定义材料本构关系 250

11.6.7 定义单元属性 251

11.6.8 提交分析作业 254

11.6.9 结果后处理 254

11.7 装配体网格划分和模型分析 256

11.7.1 创建数据库模型 256

11.7.2 创建几何模型 256

11.7.3 自由网格划分 258

11.7.4 定义位移边界条件 260

11.7.5 定义载荷边界条件 262

11.7.6 定义材料本构关系 262

11.7.7 定义单元属性 263

11.7.8 提交分析作业 264

11.7.9 结果后处理 264

11.8 手柄静力分析实例 264

11.8.1 创建数据库模型 265

11.8.2 创建新组 265

11.8.3 创建新几何实体 266

11.8.4 分割几何实体 266

11.8.5 创建新几何实体 270

11.8.6 创建局部坐标系与网格划分 272

11.8.7 定义压力边界条件 274

11.8.8 定义位移边界条件 275

11.8.9 定义材料本构关系 276

11.8.10 定义单元属性 277

11.8.11 提交分析作业 277

11.8.12 结果后处理 278

第12章 屈曲分析 281

12.1 屈曲分析的步骤 281

12.2 薄壁圆筒屈曲分析 281

12.2.1 创建一个数据文件 282

12.2.2 创建几何模型 282

12.2.3 划分有限元网格 282

12.2.4 设置边界条件及载荷 283

12.2.5 定义材料属性 283

12.2.6 定义单元属性 284

12.2.7 进行分析 284

12.2.8 查看分析结果 284

12.3 板屈曲分析实例 286

12.3.1 创建数据库模型 287

12.3.2 创建几何与网格模型 287

12.3.3 定义材料本构关系 288

12.3.4 定义单元属性 288

12.3.5 定义位移边界条件 289

12.3.6 定义载荷边界条件 290

12.3.7 提交分析作业 291

12.3.8 结果后处理 292

第13章 模态分析 294

13.1 模态分析及其步骤 294

13.2 翼板的模态分析 294

13.2.1 建立模型的文件名 295

13.2.2 建立模型 295

13.2.3 划分有限元网格 295

13.2.4 设置边界条件 296

13.2.5 定义材料属性 296

13.2.6 定义单元属性 296

13.2.7 进行分析 296

13.2.8 查看分析结果 297

13.3 有预应力竖板的模态分析 297

13.3.1 创建一个数据文件 298

13.3.2 创建几何模型 298

13.3.3 划分有限元网格 299

13.3.4 设置边界条件及载荷 299

13.3.5 定义材料属性 301

13.3.6 定义单元属性 301

13.3.7 进行分析 302

13.3.8 查看分析结果 303

13.4 塔模态分析实例 304

13.4.1 创建数据库模型 304

13.4.2 分析求解设置 305

13.4.3 结果后处理 306

13.5 柔性地基的塔模态分析实例 308

13.5.1 创建数据库模型 308

13.5.2 建立柔性地基 308

13.5.3 定义单元属性 310

13.5.4 分析求解设置 310

13.5.5 结果后处理 312

13.6 含预应力的平板模态分析 313

13.6.1 创建数据库模型 313

13.6.2 创建几何与网格模型 314

13.6.3 边界条件定义 314

13.6.4 定义材料本构关系 317

13.6.5 定义单元属性 317

13.6.6 分析求解设置 318

13.6.7 结果后处理 320

第14章 瞬态响应分析 322

14.1 瞬态响应分析及其步骤 322

14.2 车灯瞬态响应分析 322

14.2.1 新建一个数据文件 322

14.2.2 读入数据文件 323

14.2.3 定义工况 324

14.2.4 创建载荷场 324

14.2.5 设置边界条件和施加载荷 325

14.2.6 定义材料属性 326

14.2.7 分析求解 326

14.2.8 结果后处理 328

14.3 汽车车身的瞬态响应分析 328

14.3.1 创建数据库模型 329

14.3.2 创建瞬态分析表 329

14.3.3 创建动态工况 330

14.3.4 边界条件定义 331

14.3.5 分析求解设置 333

14.3.6 结果后处理 336

第15章 频率响应分析 339

15.1 频率响应分析及其步骤 339

15.2 悬臂梁频率响应分析 339

15.2.1 创建一个数据文件 340

15.2.2 创建几何模型 340

15.2.3 划分有限元网格 341

15.2.4 创建工况 341

15.2.5 定义场 341

15.2.6 设置边界条件及载荷 341

15.2.7 定义材料属性 342

15.2.8 进行分析 342

15.2.9 查看分析结果 344

15.2.10 使用模态分析法求解 344

15.3 汽车车身的频率响应分析 345

15.3.1 创建数据库模型 346

15.3.2 建立MPC单元 346

15.3.3 建立动态工况 348

15.3.4 建立频响表 348

15.3.5 定义载荷边界条件 349

15.3.6 分析求解设置 349

15.3.7 结果后处理 352

第16章 随机响应分析 355

16.1 随机响应分析及其步骤 355

16.2 平板随机响应分析 356

16.2.1 创建一个数据文件 356

16.2.2 导入数据模型 356

16.2.3 创建有限元模型 356

16.2.4 设置随频率变化的单位载荷 358

16.2.5 创建载荷工况 358

16.2.6 定义材料属性 358

16.2.7 定义单元属性 359

16.2.8 创建载荷及修改边界条件 359

16.2.9 进行分析 361

16.2.10 随机响应分析 363

16.2.11 创建节点的PSD响应的XY曲线图 364

16.3 卫星的随机振动分析 366

16.3.1 创建数据库模型 367

16.3.2 创建频响分析表 367

16.3.3 创建动态工况 368

16.3.4 定义强迫加速度 368

16.3.5 设置频响分析 370

16.3.6 定义随机响应表 373

16.3.7 随机响应分析 373

第17章 非线性分析 377

17.1 非线性分析概述 377

17.2 弹塑性分析实例 378

17.2.1 创建一个数据文件 378

17.2.2 创建几何模型 378

17.2.3 划分有限元网格 380

17.2.4 设置边界条件及施加载荷 380

17.2.5 定义材料属性 382

17.2.6 定义单元属性 383

17.2.7 进行分析 383

17.2.8 查看分析结果 383

17.3 圆管变形分析 384

17.3.1 创建一个数据文件 385

17.3.2 创建几何模型 385

17.3.3 创建pipe的有限元模型 386

17.3.4 定义材料属性 388

17.3.5 定义单元属性 389

17.3.6 设置边界条件及施加载荷 389

17.3.7 进行分析 390

17.3.8 查看分析结果 392

17.4 金属样件拉伸的材料非线性实例 393

17.4.1 创建数据库模型 393

17.4.2 创建几何与网格模型 393

17.4.3 定义材料本构关系 394

17.4.4 定义单元属性 396

17.4.5 定义位移边界条件 398

17.4.6 提交分析作业 399

17.4.7 结果后处理 400

17.5 橡胶压缩实例 402

17.5.1 创建橡胶密封圈模型 402

17.5.2 定义材料本构关系 405

17.5.3 定义单元属性 406

17.5.4 定义位移边界条件 406

17.5.5 定义接触体 407

17.5.6 设置分析参数并提交分析 409

17.5.7 结果后处理 410

17.6 三维接触分析 412

17.6.1 创建数据库模型 412

17.6.2 创建几何与网格模型 413

17.6.3 定义材料本构关系 414

17.6.4 定义单元属性 415

17.6.5 定义位移边界条件 416

17.6.6 定义接触体 417

17.6.7 定义载荷工况 419

17.6.8 设置分析参数并提交分析 419

17.6.9 结果后处理 422

第18章 结构拓扑优化 423

18.1 拓扑优化概述 423

18.2 MBB梁拓扑优化实例 425

18.2.1 创建分析模型 425

18.2.2 创建拓扑优化模型 425

18.2.3 拓扑优化的后处理 428

18.3 含制造约束的短悬臂梁拓扑优化实例 430

18.3.1 创建分析模型 430

18.3.2 创建拓扑优化模型 431

18.3.3 拓扑优化的后处理 432

18.3.4 定义拉伸方向的制造约束 432

18.3.5 定义平面对称的制造约束 434

18.4 连杆的拓扑优化实例 434

18.4.1 创建分析模型 435

18.4.2 创建拓扑优化模型 435

第19章 热传导分析 438

19.1 热分析基础 438

19.1.1 热分析简介 438

19.1.2 热分析的类型 439

19.2 空间热辐射分析实例 439

19.2.1 创建一个数据文件 440

19.2.2 创建几何模型 440

19.2.3 划分有限元网格 441

19.2.4 设置边界条件及施加载荷 441

19.2.5 定义材料属性 443

19.2.6 进行分析 443

19.2.7 查看分析结果 443

19.3 自由对流热分析实例 445

19.3.1 创建一个数据文件 445

19.3.2 创建几何模型 445

19.3.3 划分有限元网格 446

19.3.4 定义材料属性 447

19.3.5 创建边界条件及载荷 448

19.3.6 进行热分析 448

19.3.7 查看分析结果 448

19.4 双金属片热应力分析实例 449

19.4.1 创建一个数据文件 449

19.4.2 创建几何模型 450

19.4.3 划分有限元网格 451

19.4.4 定义热材料属性 451

19.4.5 定义温度边界条件 452

19.4.6 进行热分析 453

19.4.7 查看分析结果 453

19.4.8 定义空间场 453

19.4.9 更改分析类型 454

19.4.10 定义结构分析的材料属性 454

19.4.11 定义结构分析的单元属性 455

19.4.12 创建结构分析工况 455

19.4.13 设置结构分析边界条件及载荷 455

19.4.14 进行结构分析 455

19.4.15 查看分析结果 456

19.5 方向热载荷作用下的热应力分析实例 457

19.5.1 创建一个数据文件 457

19.5.2 创建几何模型 457

19.5.3 划分有限元网格 459

19.5.4 定义材料属性 459

19.5.5 定义单元属性 459

19.5.6 创建边界条件及载荷 460

19.5.7 进行热分析 461

19.5.8 查看分析结果 461

19.5.9 创建空间场 462

19.5.10 更改分析类型 462

19.5.11 定义结构分析的材料属性 462

19.5.12 定义结构分析单元属性 463

19.5.13 创建结构分析工况 463

19.5.14 设置结构分析边界条件及载荷 463

19.5.15 进行结构分析 463

19.5.16 查看分析结果 464

19.6 稳态热传导分析实例 465

19.6.1 创建数据库模型 465

19.6.2 定义材料表 465

19.6.3 定义材料本构关系 466

19.6.4 定义单元属性 466

19.6.5 建立温度边界条件 468

19.6.6 提交分析作业 470

19.6.7 查看结果 470

19.7 瞬态热传导分析实例 471

19.7.1 创建数据库模型 472

19.7.2 创建几何模型 472

19.7.3 网格划分 472

19.7.4 定义材料本构关系 474

19.7.5 定义单元属性 474

19.7.6 创建瞬态分析表 475

19.7.7 创建瞬态工况 476

19.7.8 建立温度边界条件 477

19.7.9 提交分析作业 479

19.7.10 查看结果 480

参考文献 482