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