再版前言

近年來(lái)，有限元仿真分析在工程領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，在某些行業(yè)已成為產(chǎn)品研發(fā)不可或缺的手段和方法。各大理工科院校和研究機(jī)構(gòu)也都開(kāi)展了對(duì)有限元分析方法的深入研究。MSC Nastran軟件是當(dāng)今最為著名的有限元求解程序，擁有最為廣泛的用戶(hù)群，其輸入/輸出格式及計(jì)算結(jié)果已成為當(dāng)前CAE界的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2012年《MSC Nastran動(dòng)力學(xué)分析指南》一書(shū)出版后，在市場(chǎng)上熱銷(xiāo)，受到讀者的大力歡迎。應(yīng)廣大讀者的要求，現(xiàn)對(duì)該書(shū)進(jìn)行再版。

本書(shū)在第一版的基礎(chǔ)上，對(duì)原版中少量的錯(cuò)誤進(jìn)行了修正，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，刪除了隱式非線性SOL 600一章。同時(shí)對(duì)原版的內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，增加了近幾年MSC Nastran在動(dòng)力學(xué)方面新的技術(shù)和案例。具體增加的章節(jié)有頻響函數(shù)裝配、殘余向量、瞬態(tài)分析中的直接法、MSC Nastran大模型高性能計(jì)算、非線性瞬態(tài)響應(yīng)分析的時(shí)間積分方法等。補(bǔ)充了優(yōu)化案例、顯式非線性的歐拉法案例、流固耦合案例等。

MSC Nastran功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛，并且有很多的前后處理器可供用戶(hù)選擇。本書(shū)從動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論著手，詳細(xì)講解了MSC Nastran在動(dòng)力學(xué)分析方面的基本使用方法和流程，并結(jié)合實(shí)際，給出了許多典型例題及說(shuō)明。本書(shū)可以幫助初學(xué)者系統(tǒng)地掌握MSC Nastran的使用方法和基本技巧，使其學(xué)以致用。由于書(shū)中理論部分有些是以MSC Nastran卡片介紹為主，所以建議初學(xué)者在學(xué)習(xí)本書(shū)之前，先了解一些MSC Nastran的基礎(chǔ)應(yīng)用知識(shí)，遇到難以理解的部分可以參考《MSC Nastran快速參考手冊(cè)》。

本書(shū)編者從事有限元分析應(yīng)用多年，有豐富的MSC Nastran應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，得到了MSC Software中國(guó)區(qū)各位同事的大力支持和幫助，在此深表謝意。本書(shū)由李保國(guó)、黃曉銘、裴延軍、李偉編著，參加編寫(xiě)和整理工作的還有卞文杰、田利思、陳火紅、姜正旭、郭茵等。

由于編者水平有限，書(shū)中錯(cuò)誤之處在所難免，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

編 者

2018年3月

再版前言
第一版前言

第1章 動(dòng)力學(xué)分析方法及MSC Nastran基本使用介紹 1
1.1 有限元分析方法介紹 1
1.1.1 有限單元法的基本思路 2
1.1.2 有限元法的計(jì)算步驟 3
1.1.3 有限元法的進(jìn)展與應(yīng)用 5
1.2 動(dòng)力學(xué)分析概述 6
1.2.1 動(dòng)力分析過(guò)程瀏覽 6
1.2.2 單自由度系統(tǒng) 7
1.2.3 單自由度系統(tǒng)無(wú)阻尼自由振動(dòng) 8
1.2.4 單自由度系統(tǒng)有阻尼自由振動(dòng) 9
1.2.5 單自由度系統(tǒng)無(wú)阻尼簡(jiǎn)諧振動(dòng) 10
1.2.6 單自由度系統(tǒng)有阻尼簡(jiǎn)諧振動(dòng) 11
1.2.7 多自由度系統(tǒng) 12
1.2.8 有限元?jiǎng)恿�學(xué)建模需要考慮的問(wèn)題 13
1.3 MSC Nastran的由來(lái) 13
1.3.1 MSC Nastran程序的起源 13
1.3.2 MSC Nastran的由來(lái) 14
1.4 MSC Nastran動(dòng)力分析功能介紹 14
1.4.1 動(dòng)力分析功能及特性 14
1.4.2 MSC Nastran支持的硬件平臺(tái) 17
1.5 MSC Nastran基本應(yīng)用流程 17
1.5.1 前處理 17
1.5.2 求解 21
1.5.3 后處理 22
1.6 動(dòng)力學(xué)模型輸入 22
1.6.1 MSC Nastran輸入文件結(jié)構(gòu) 22
1.6.2 MSC Nastran數(shù)據(jù)卡片格式 23
1.6.3 有限元分析手段 23
1.6.4 MSC Nastran常用單元形式 23
1.6.5 耦合質(zhì)量與集中質(zhì)量 24
1.6.6 MSC Nastran基本集合的運(yùn)算 28
1.6.7 MSC Nastran基本集合的定義 29
1.6.8 模型檢查的提示 31
第2章 模態(tài)分析 32
2.1 模態(tài)分析目的 32
2.2 模態(tài)分析理論 32
2.3 自然模態(tài)與固有頻率性質(zhì) 33
2.4 模態(tài)能量 34
2.5 特征值解法 34
2.5.1 跟蹤法 35
2.5.2 變換法 35
2.5.3 蘭索士法 35
2.5.4 特征值方法的比較 35
2.5.5 蘭索士法卡片 36
2.5.6 模態(tài)分析求解控制 36
2.5.7 例子 37
2.6 動(dòng)力分析的縮減 39
2.6.1 概述 39
2.6.2 MSC Nastran中使用的降階方法 39
2.7 剛體模態(tài) 44
2.7.1 剛體模態(tài)的概念 44
2.7.2 剛體模態(tài)的計(jì)算 45
2.7.3 支撐自由度的選擇 46
2.7.4 支撐自由度的檢驗(yàn) 46
2.7.5 MSC Nastran對(duì)剛體模態(tài)和剛體向量的計(jì)算 46
2.8 模態(tài)分析實(shí)例 47
第3章 頻率響應(yīng)分析 56
3.1 動(dòng)力學(xué)分析中的矩陣組集 56
3.1.1 阻尼矩陣 56
3.1.2 直接法 58
3.1.3 模態(tài)法 59
3.2 頻率響應(yīng)分析 60
3.2.1 概述 60
3.2.2 直接法頻率響應(yīng) 61
3.2.3 模態(tài)法頻率響應(yīng) 61
3.2.4 激勵(lì)的確定 61
3.2.5 模態(tài)法頻率響應(yīng)與直接法頻率響應(yīng)的比較 69
3.2.6 SORT1和SORT2輸出的對(duì)比 70
3.2.7 頻率響應(yīng)求解控制 70
3.2.8 頻變彈簧和阻尼器 71
3.3 頻率響應(yīng)分析實(shí)例 74
3.4 頻率函數(shù)裝配 84
3.4.1 頻響函數(shù)的概念 84
3.4.2 頻響函數(shù)裝配的概念 85
3.4.3 頻響函數(shù)裝配在MSC Nastran中的實(shí)現(xiàn) 86
3.4.4 頻響函數(shù)裝配實(shí)例 89
第4章 瞬態(tài)響應(yīng)分析 95
4.1 直接法瞬態(tài)響應(yīng)分析 95
4.1.1 過(guò)程 95
4.1.2 直接瞬態(tài)響應(yīng)分析中的阻尼 96
4.2 模態(tài)法瞬態(tài)響應(yīng)分析 96
4.2.1 過(guò)程 96
4.2.2 模態(tài)法瞬態(tài)響應(yīng)分析中的阻尼 96
4.2.3 MSC Nastran中模態(tài)法瞬態(tài)響應(yīng)分析阻尼的輸入 97
4.2.4 模態(tài)法瞬態(tài)響應(yīng)分析數(shù)據(jù)的提取 98
4.2.5 模態(tài)截?cái)?98
4.2.6 殘余向量 98
4.3 瞬態(tài)激勵(lì) 100
4.3.1 時(shí)變載荷 100
4.3.2 載荷的組合 101
4.3.3 DAREA卡 101
4.3.4 LSEQ卡片 102
4.3.5 初始條件 103
4.3.6 TSTEP卡 104
4.4 直接法瞬態(tài)響應(yīng)與模態(tài)法瞬態(tài)響應(yīng)的比較 105
4.5 瞬態(tài)響應(yīng)分析實(shí)例 105
第5章 響應(yīng)譜與隨機(jī)響應(yīng)分析 113
5.1 強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng) 113
5.1.1 概述 113
5.1.2 瞬態(tài)分析中的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng) 113
5.1.3 瞬態(tài)分析中的大質(zhì)量法 113
5.1.4 瞬態(tài)分析中的大剛度法 114
5.1.5 瞬態(tài)分析中的拉格朗日乘子法 114
5.1.6 強(qiáng)迫位移實(shí)例 114
5.1.7 瞬態(tài)分析中的直接法 118
5.2 響應(yīng)譜 119
5.2.1 概述 119
5.2.2 響應(yīng)譜求解控制 120
5.2.3 響應(yīng)譜應(yīng)用 121
5.2.4 求解控制 122
5.2.5 響應(yīng)譜實(shí)例 124
5.3 隨機(jī)響應(yīng)分析 143
5.3.1 概述 143
5.3.2 自相關(guān)與自譜 143
5.3.3 各態(tài)歷經(jīng)性隨機(jī)激勵(lì)下線性系統(tǒng)響應(yīng)計(jì)算 144
5.3.4 MSC Nastran中隨機(jī)分析的實(shí)現(xiàn) 146
5.4 隨機(jī)響應(yīng)分析實(shí)例 147
第6章 復(fù)特征值分析 156
6.1 概述 156
6.2 理論 156
6.3 MSC Nastran中的實(shí)現(xiàn) 156
6.4 求解控制 157
6.4.1 執(zhí)行控制 157
6.4.2 工況控制 157
6.4.3 數(shù)據(jù)模型 157
6.5 復(fù)特征值分析實(shí)例 157
第7章 使用超單元的正則模態(tài)分析 165
7.1 超單元的概念與定義 165
7.1.1 超單元的概念 165
7.1.2 在MSC Nastran中定義部件超單元 165
7.2 例題：鋼的沖壓 166
7.2.1 模型及參數(shù) 166
7.2.2 例題的模型定義 166
7.3 超單元應(yīng)用說(shuō)明 176
7.3.1 求解過(guò)程 176
7.3.2 靜凝聚理論 176
7.3.3 使用超單元分析的優(yōu)點(diǎn) 177
7.3.4 超單元分析的缺點(diǎn) 177
7.3.5 流程區(qū)別 178
7.4 動(dòng)力分析中可用的超單元縮減方法 182
7.4.1 縮減程度對(duì)比 182
7.4.2 古演或靜態(tài)縮減 182
7.4.3 各種縮減方法的優(yōu)點(diǎn) 183
7.4.4 使用靜態(tài)縮減的正則模態(tài)計(jì)算 183
7.4.5 使用超單元?jiǎng)討B(tài)縮減的正則模態(tài)
計(jì)算 183
7.5 MSC Nastran的超單元輸入卡片 184
7.5.1 超單元的內(nèi)部廣義自由度卡：SENQSET 184
7.5.2 標(biāo)量點(diǎn)定義卡：SPOINT 184
7.5.3 廣義自由度定義卡：QSET 185
7.5.4 QSET卡的替代格式：QSET1 186
7.5.5 固定分析自由度的定義卡：BSET 186
7.5.6 BSET卡的替代格式：BSET1 187
7.5.7 自由的邊界自由度定義卡：CSET 188
7.5.8 CSET卡的替代格式：CSET1 188
7.6 默認(rèn)的部件模態(tài)綜合方法——固定邊界法 189
7.7 手工求解示例 190
7.8 超單元分析實(shí)例 195
第8章 動(dòng)力學(xué)建模選項(xiàng) 204
8.1 概述 204
8.1.1 動(dòng)力分析的策略 204
8.1.2 規(guī)劃分析 204
8.2 質(zhì)量建模 205
8.2.1 質(zhì)量的基本定義 205
8.2.2 質(zhì)量數(shù)據(jù)輸入選項(xiàng) 205
8.2.3 耦合的質(zhì)量矩陣項(xiàng) 206
8.2.4 移動(dòng)坐標(biāo)系的質(zhì)量效應(yīng) 207
8.3 阻尼效應(yīng)建模 209
8.3.1 粘性阻尼 210
8.3.2 結(jié)構(gòu)阻尼 210
8.3.3 模態(tài)阻尼 211
8.3.4 非線性阻尼 213
8.4 附加點(diǎn)和傳遞函數(shù) 213
8.4.1 EPOINT集 214
8.4.2 模態(tài)變換 214
8.4.3 直接矩陣輸入 215
8.4.4 傳遞函數(shù) 215
8.4.5 Pickups和變換器 216
8.4.6 高階傳遞函數(shù) 216
8.4.7 實(shí)例 217
8.5 非線性載荷函數(shù) 220
8.5.1 標(biāo)準(zhǔn)瞬態(tài)求解理論 221
8.5.2 非線性彈簧實(shí)例 221
8.5.3 依賴(lài)于速度的非線性力 222
8.5.4 非線性瞬態(tài)求解的順序 223
8.5.5 采用NOLIN1輸入時(shí)的建議 223
8.5.6 應(yīng)用實(shí)例——旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的耦合 224
8.6 動(dòng)力分析模型調(diào)試 226
8.6.1 建模要點(diǎn) 226
8.6.2 測(cè)試動(dòng)力模型 227
8.7 MSC Nastran大模型高性能計(jì)算 241
8.7.1 常用計(jì)算參數(shù)設(shè)置 242
8.7.2 自動(dòng)部件模態(tài)綜合法 242
8.7.3 分布式內(nèi)存并行計(jì)算設(shè)置 243
第9章 非線性正則模態(tài) 244
9.1 帶微分剛度的正則模態(tài) 244
9.2 有預(yù)載荷結(jié)構(gòu)的正則模態(tài)示例 245
9.2.1 使用SOL 106計(jì)算 245
9.2.2 使用SOL 103計(jì)算 251
第10章 動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì) 256
10.1 基本知識(shí) 256
10.1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念 256
10.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的作用 256
10.1.3 MSC Nastran中“優(yōu)化設(shè)計(jì)”的基本特性 256
10.1.4 MSC Nastran結(jié)構(gòu)優(yōu)化的優(yōu)勢(shì) 256
10.1.5 MSC Nastran支持的優(yōu)化功能 256
10.1.6 MSC Nastran支持的優(yōu)化類(lèi)型 257
10.1.7 基本優(yōu)化問(wèn)題的描述 257
10.1.8 MSC Nastran中設(shè)計(jì)優(yōu)化的輸入控制段 257
10.1.9 優(yōu)化問(wèn)題中常用的模型數(shù)據(jù)段輸入卡 258
10.2 實(shí)例 258
10.2.1 使用自然模態(tài)分析的優(yōu)化設(shè)計(jì) 258
10.2.2 使用頻率響應(yīng)的優(yōu)化實(shí)例 267
10.2.3 基于結(jié)構(gòu)平均柔度和一階頻率的拓?fù)鋬?yōu)化 271
第11章 試驗(yàn)－分析的相關(guān)性 275
11.1 試驗(yàn)－分析相關(guān)性的介紹 275
11.2 完整的試驗(yàn)－分析過(guò)程 275
11.2.1 試驗(yàn)前的規(guī)劃 275
11.2.2 試驗(yàn)后的評(píng)估 276
11.3 模型的改進(jìn) 281
11.3.1 強(qiáng)制的人為干預(yù)法 281
11.3.2 靈敏度矩陣法 281
11.3.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化法 282
11.3.4 應(yīng)用舉例 282
第12章 動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)分析方法 285
12.1 概述 285
12.2 理論背景 285
12.3 DDAM分析 287
12.3.1 分析流程概述 287
12.3.2 使用MSC Patran前處理器進(jìn)行DDAM分析 287
12.3.3 應(yīng)用實(shí)例 289
第13章 噪聲分析 294
13.1 MSC Nastran噪聲分析的理論背景 294
13.2 使用MSC Nastran進(jìn)行噪聲分析 294
13.2.1 噪聲學(xué)基礎(chǔ)介紹 294
13.2.2 MSC Nastran流固耦合分析 295
13.2.3 MSC Nastran外噪聲分析 297
13.3 應(yīng)用實(shí)例 298
13.3.1 MSC Nastran內(nèi)噪聲分析案例 298
13.3.2 MSC Nastran外噪聲分析案例 318
第14章 高級(jí)非線性分析SOL 400 354
14.1 概述 354
14.2 非線性理論 354
14.2.1 非線性分析 354
14.2.2 非線性方程組的迭代方法 355
14.2.3 非線性瞬態(tài)響應(yīng)分析的時(shí)間積分方法 360
14.3 非線性瞬態(tài)響應(yīng)分析的控制卡片 362
14.4 瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)分析實(shí)例 364
第15章 顯式非線性分析SOL 700 374
15.1 概述 374
15.2 顯式積分求解算法的原理 375
15.3 侵徹分析實(shí)例 375
15.4 碰撞分析實(shí)例 391
15.5 金屬射流分析實(shí)例 401
15.6 容器中的爆炸分析實(shí)例 448

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