MSC Nastran 2017是一款非常好用且功能強大的專業(yè)有限元分析軟件，也是世界上使用最為廣泛的有限元分析軟件之一。這個是nastran 2016的升級版本，新版本帶來了全新的功能、全新的界面和兼容性，擁有非線性瞬態(tài)熱傳遞、自動沖擊分析和跌落測試、非線性靜應力分析等多種功能，小編還為大家整理了MSC Nastran的使用教程供大家參考，有需要的朋友們歡迎前來下載使用。

Nastran 2017特色

1、作為工業(yè)標準的輸入/輸出格式

MSC Nastran 2017被人們如此推崇而廣泛應用使其輸入輸出格式及計算結果成為當今CAE 工業(yè)標準,幾乎所有的CAD/CAM系統(tǒng)都競相開發(fā)了其與MSC.NASTRAN的直接接口

MSC Nastran 2017的計算結果通常被視為評估其它有限元分析軟件精度的參照標準,同時也是處理大型工程項目和國際招標的首選有限元分析工具。

2、強大的軟件功能

MSC Nastran 2017不但容易使用而且具有十分強大的軟件功能。

通過不斷地完善, 如增加新的 單元類型和分析功能、提供更先進的用戶界面和數(shù)據(jù)管理手段、進一步提高解題精度和矩陣運算效益等等,使MSC公司以每年推出一個小版本、 每兩年推出一個大版本的速度為用戶提供MSC 新產品。

3、極高的軟件可靠性

MSC Nastran 2017是一具有高度可靠性的結構有限元分析軟件, 有著36年的開發(fā)和改進歷 史, 并通過50,000多個最終用戶的長期工程應用的驗證。

MSC Nastran 2017的整個研制及測試過程是在MSC公司的QA部門、美國國防部、國家宇航局、 聯(lián)邦航空管理委員會(FAA)及核能委員會 等有關機構的嚴格控制下完成的,每一版的發(fā)行都要經過4個級別、5,000個以上測試題目的檢驗。

4、優(yōu)秀的軟件品質

MSC Nastran 2017的計算結果與其它質量規(guī)范相比已成為最高質量標準, 得到有限元界的一 致公認。

通過無數(shù)考題和大量工程實踐的比較,眾多重視產品質量的大公司和工業(yè)行業(yè)都用MSC .NASTRAN的計算結果作為標準代替其它質量規(guī)范。

5、高度靈活的開放式結構

MSC Nastran 2017全模塊化的組織結構使其不但擁有 很強的分析功能而又保證很好的靈活性, 用戶可針對根據(jù)自己的工程問題和系統(tǒng)需求通過模塊選擇、組合獲取最佳的應用系統(tǒng)。

此外, MSC .NASTRAN的全開放式系統(tǒng)還為用戶提供了其它同類程序所無法比擬開發(fā)工具DMAP語言。

6、無限的解題能力

MSC Nastran 2017對于解題的自由度數(shù)、帶寬或波前沒有任何限制，其不但適用于中小型項 目對于處理大型工程問題也同樣非常有效，并已得到了世人的公認。

MSC Nastran 2017已成功地解決了超過5,000,000自由度以上的實際問題。

MSC.Nastran熱傳導分析功能

⑴. 線性/非線性穩(wěn)態(tài)熱傳導分析

基于 穩(wěn)態(tài)的線性熱傳導分析一般用來求解在給定熱載和邊界條件下, 結構中的溫度分布,計 算結果包括節(jié)點的溫度， 約束的熱載和單元的溫度梯度, 節(jié)點的溫度可進一步用于計算結構的響 應; 穩(wěn)態(tài)非線性熱傳導分析則在包括了穩(wěn)態(tài)線性熱傳導的全部功能的基礎上, 額外考慮非線性輻 射與溫度有關的熱傳導系數(shù)及對流問題等。

⑵. 線性/非線性瞬態(tài)熱傳導分析

線性/非線性瞬態(tài)熱傳導分析用于求解時變載荷和邊界條件作用下的瞬態(tài)溫度響應, 可以考 慮薄膜熱傳導、非穩(wěn)態(tài)對流傳熱及放射率、吸收率隨溫度變化的非線性輻射。

⑶. 相變分析

該分析作為一種較為特殊的瞬態(tài)熱分析過程,通常用于材料的固化和溶解的傳熱分析模擬, 如金屬成型問題。在MSC.NASTRAN中將這一過程表達成熱焓與溫度的函數(shù)形式, 從而大大提 高分析的精度。

⑷. 熱控分析

MSC.NASTRAN可進行各類熱控系統(tǒng)的分析,包括模型的定位、刪除、時變熱能控制等,如 現(xiàn)代建筑的室溫升高或降低控制。 自由對流元件的熱傳導系數(shù)可根據(jù)受迫對流率、 熱流載荷、 內熱生成率得到控制， 熱載和邊界條件可定義成隨時間的非線性載荷。

7、空氣動力彈性及顫振分析

氣動彈性問題是應用力學的分支,涉及氣動、 慣性及結構力間的相互作用, 在MSC.NASTRAN 中提供了多種有效的解決方法。 人們所知的飛機、 直升機、 導彈、斜拉橋乃至高聳的電視發(fā)射塔、煙囪等都需要氣動彈性方面的計算。

MSC.NASTRAN的氣動彈性分析功能主要包括: 靜態(tài)和動態(tài)氣彈響應分析、 顫振分析及氣彈優(yōu)化。

⑴. 靜動氣彈響應分析

氣彈響應分析計算結構在亞音速下在離散或隨機二維陣風場中的響應, 輸出包括位移、應力、 或約束力、加速度可以從陣風斷面的二階時間導數(shù)的響應來獲得, 隨機陣風分析給出響應功率 譜密度、 均方根和零交平均頻率。

⑵. 氣動顫振分析

空氣動力顫振分析考慮空氣彈性問題的動力穩(wěn)定性。 它可以分析亞音速或超音速流。 系統(tǒng)求 出一組復特征解, 提供可用五種不同的氣動力理論,包括用于亞音速的Doublet Lattice理論。 Strip 理論以及用于超音速的Machbox理論、 Piston理論、 ZONA理論等。 對于穩(wěn)定性分析系統(tǒng)提供三種不同的方法: 二種美國方法(K法, KE法)和一種英國方法(PK法),輸出包括阻尼、 頻率和每個顫振 模態(tài)的振型。

⑶. 氣彈優(yōu)化分析

在MSC.NASTRAN中, 氣彈分析與設計靈敏度和優(yōu)化功能的完美集成為氣彈分析提供了更 強有力的設計工具。 氣彈靈敏度分析主要用來確定結構響應的改變如位移、速度等對結構氣動 特性的影響程度。 氣彈優(yōu)化則是依據(jù)氣彈響應及靈敏度分析的數(shù)據(jù)自動地完成滿足某一設計變 量(如: 應力、 變形、 或顫振特性)的設計過程。

8、流-固耦合分析

流-固耦合分析主要用于解決流體(含氣體)與結構之間的相互作用效應。MSC.NASTRAN中擁 有多種方法求解完全的流-固耦合分析問題, 包括: 流-固耦合法、 水彈性流體單元法、 虛質量法。

⑴. 流-固耦合法

流-固耦合法廣泛用于聲學和噪音控制領域中,如發(fā)動機噪聲控制、汽車車廂和飛機客艙內 的聲場分布控制和研究等。分析過程中,利用直接法和模態(tài)法進行動力響應分析。 流體假設是無 旋的和可壓縮的, 分析的基本控制方程是三維波方程, 二種特殊的單元可被用來描述流-固耦合 邊界。 此外, MSC.NASTRAN新增加的(噪)聲學阻滯單元和吸收單元為這一問題的分析帶來了極 大方便。

(噪)聲學載荷由節(jié)點的壓力來描述, 其可以是常量, 也可以是與頻率或時間相關的函數(shù), 還 可以是聲流容積、通量、流率或功率譜密度函數(shù)。 由不同的結構件產品的噪聲影響結果可被分 別輸出。

⑵.水彈性流體單元法

該方法通常用來求解具有結構界面、可壓縮性及重力效應的廣泛流體問題。 水彈性流體單 元法可用于標準的模態(tài)分析、瞬態(tài)分析、復特征值分析和頻率響應分析。 當流體作用于結構時, 要求必須指出耦合界面上的流體節(jié)點和相應的結構節(jié)點。 自由度在結構模型中是位移和轉角,而 在流體模型中則是在軸對稱坐標系中調和壓力函數(shù)的傅利葉系數(shù)。

類似于結構分析,流體模型產生"剛度"和"質量"矩陣, 但具有不同的物理意義。 載荷、約束、 節(jié)點排序或自由度凝聚不能直接用于流體節(jié)點上。

⑶. 虛質量法

虛質量法主要用于以下流-固耦合問題的分析：

結構沉浸在一個具有自由液面的無限或半無限液體里。

容器內盛有具有自由液面的不可壓縮液體。

以上二種情況的組合, 如船在水中而艙內又裝有不充滿的液體。

用結構單元來描述, 這個模型可以是一邊或二邊被同一液體或不同液體所浸潤。

忽略液面重力效應。 這種近似處理對于結構頻率高于液體晃動頻率是有效的。 該分析假設液 體密度是常量(無層間變化), 流體是無旋的(無粘性),并且是穩(wěn)定的(如同空氣動力中一樣),同時是線性的。

9、多級超單元分析

超單元分析是求解大型問題一種十分有效的手段,特別是當工程師打算對現(xiàn)有結構件做 局部修改和重分析時。超單元分析主要是通過把整體結構分化成很多小的子部件來進行分析, 即將結構的特征矩陣(剛度、傳導率、質量、比熱、阻尼等)壓縮成一組主自由度類似于子結構 方法,但較其相比具有更強的功能且更易于使用。

子結構可使問題表達簡單、計算效率提高、計 算機的存儲量降低。超單元分析則在子結構的基礎上增加了重復和鏡像映射和多層子結構功能, 不僅可單獨運算而且可與整體模型混合使用, 結構中的非線性與線性部分分開處理可以減小非 線性問題的規(guī)模。 應用超單元工程師僅需對那些所關心的受影響大的超單元部分進行重新計算, 從而使分析過程更經濟、更高效,避免了總體模型的修改和對整個結構的重新計算。

MSC.NASTR AN優(yōu)異的多級超單元分析功能在大型工程項目國際合作中得到了廣泛使用, 如飛機的發(fā)動機、 機頭、機身、機翼、垂尾、艙門等在最終裝配出廠前可由不同地區(qū)和不同國家分別進行設計和生產, 此間每一項目分包商不但可利用超單元功能獨立進行各種結構分析,而且可通過數(shù)據(jù)通訊 在某一地利用模態(tài)綜合技術通過計算機模擬整個飛機的結構特性。

多級超單元分析是MSC.NASTRAN的主要強項之一, 適用于所有的分析類型, 如線性靜力分 析、 剛體靜力分析、 正則模態(tài)分析、 幾何和材料非線性分析、 響應譜分析、 直接特征值、 頻率響應、 瞬態(tài)響應分析、 模態(tài)特征值、 頻率響應、 瞬態(tài)響應分析、 模態(tài)綜合分析(混合邊界方法和自由邊界方法)、設計靈敏度分析、 穩(wěn)態(tài)、 非穩(wěn)態(tài)、 線性、 非線性傳熱分析等。

模態(tài)綜合分析: 模態(tài)綜合分析需要使用超單元,可對每個受到激勵作用的超單元分別進行分析, 然后把各個 結果綜合起來從而獲得整個結構的完整動態(tài)特性。超單元的剛度陣、質量陣和載荷陣可以從經驗或計算推導而得出。結構的高階模態(tài)先被截去,而后用靜力柔度或剛 度數(shù)據(jù)恢復。 該分析對大 型復雜的結構顯得更有效(需動力學分析模塊)。

10、高級對稱分析

針對結構的對稱、反對稱、軸對稱或循環(huán)對稱等不同的特點, MSC.NASTRAN提供了不同的 算法。 類似超單元分析, 高級對稱分析可大大壓縮大型結構分析問題的規(guī)模, 提高計算效率。

⑴. 對稱分析

如果結構具有對稱性則有限元模型的可以被減小, 進而節(jié)省計算時間。 每增加一個對稱面, 有限元模型就相應地減小近乎一半, 例如當結構有一個對稱面時人們只要算一半模型,而當結構 有兩個對稱面時人們只需算1/4模型就可得到整個模型的受力狀況。

對稱分析一般包括對稱和反對稱分析兩種。MSC.NASTRAN可幫助工程師方便地在結構或 有限元模型上施加各種對稱或反對稱載荷及邊界條件。

⑵. 軸對稱分析

壓力容器及其它一些類似的結構通常是由鈑殼或平面繞某一軸線旋轉而得到的,具有軸對稱 性。此時結構的位移僅僅沿著半徑方向，有限元模型簡化到只需要我們分析結構的一個截面就夠了。軸對稱分析一般適用于線性及超彈性問題的分析。

⑶. 高級循環(huán)對稱分析

很多結構, 包括旋轉機械乃至太空中的雷達天線, 經常是一些由繞某一軸循環(huán)有序周期性排 列的特定的結構件組成, 對于這類結構通常就要用循環(huán)對稱或稱之為旋轉對稱方法進行結構分 析。在分析時僅需要選取特定的結構件即可獲得整個組件結構的計算結果,減少計算和建模的時 間。

這部分結構可繞某一軸旋轉生成整個結構。 循環(huán)對稱可分二種對稱類型,即簡單循環(huán)對稱和循 環(huán)復合對稱。簡單旋轉對稱中, 對稱結構件沒有平面鏡像對稱面且邊界可以有雙向彎曲曲面;復 合循環(huán)對稱中, 每個對稱結構件具有一個平面鏡像對稱面,且對稱結構件之間的邊界是平面。循環(huán) 對稱分析通?？山鉀Q線性靜力、模態(tài)、屈曲及頻率響應分析等問題。

使用教程

1. 創(chuàng)建有限元模型

a.新建一個數(shù)據(jù)庫文件 選擇菜單File〉〉new，文件名〉〉zuoye1liang，單擊OK按鈕

選擇Analysis Code〉〉Msc.nastran，Analysis Type〉〉 Structural，單擊OK按鈕。

b.創(chuàng)建幾何模型 創(chuàng)建幾何點：選擇Action〉〉creat，Object〉〉point， Method〉〉XYZ，Point 1〉〉[0 0 0]，單擊

Point 2〉〉[2 0 0]，單擊

創(chuàng)建曲線：如右圖選擇point1，point2，然后

c.劃分有限元網格建立網格種子：選擇

如圖所示選擇后

劃分網格：如圖所示選擇Curve1后

常見問題及解決辦法

1)BUFFSIZE

當Nastran輸出的二進制計算結果文件為xdb格式時，通常需要設定BUFFSIZE的大小，BUFFSIZE是磁盤在存儲數(shù)據(jù)時每一個緩沖區(qū)使用的字節(jié)的數(shù)量，其默認的大小為8192，在進行大規(guī)模數(shù)據(jù)輸出時，其設置規(guī)模不夠，不能將結果完全輸出，其f06文件中相關錯誤提示內容為：

*** SYSTEM FATAL MESSAGE 6062 (DBC)

*** DIOMSG ERROR MESSAGE 6 FROM SUBROUTINE WRTLST

OVERFLOW OF DICTIONARY PRIMARY INDEX FOR DATA BASE UNIT 1. 解決方法(一)

在輸入文件(BDF文件)的FMS中添加： Nastran Buffsize = 32769

用以增大XDB文件的容量 解決方法(二)

在輸入文件(BDF文件)的FMS中添加： ASSIGN DBC='XXX.xdb',RECL=32769 用以增大XDB文件的容量

2)Scratch DBset 容量不夠用，數(shù)據(jù)溢出

通常對大規(guī)模模型進行分析計算時會遇到如下的錯誤提示： *** USER FATAL MESSAGE 1221(GALLOC)

THE PARTITION OF THE SCRATCH DBSET USED FOR DMAP-SCRATCH DATABLOCKS IS FULL.

USER INFORMATION: THE DMAP SCRATCH PARTITION WILL NOT SPILL INTO THE 300-SCRATCH PARTITION.

USER ACTION: 1. SET NASTRAN SYSTEM(151)=1, OR

2. INCREASE THE NUMBER OF MEMBERS, AND/OR THEIR MAXIMUM SIZE, FOR THE SCRATCH DBSET ON-THE "INIT" STATEMENT.

該錯誤是由于計算時的臨時數(shù)據(jù)庫文件SCRATCH DBset容量不能滿足計算要求，導致數(shù)據(jù)溢出，需要擴展該數(shù)據(jù)庫規(guī)模滿足計算的需求。 解決方法：

在輸入文件(BDF文件)的文件管理段(file management section,FMS)中添加 INIT SCRATCH LOGICAL=(SCRATCH(100GB))

可以根據(jù)實際情況調整scratch數(shù)據(jù)文件容量的大小，這里假設使用100GB重新設置SCRATCH DBset容量的大小。

3)f06文件過大，不方便進行查看 f06結果文件過大，幾百MB或者1GB以上，使用記事本等文檔工具很難對其進行相關操作，此時可以考慮取消相應的結果輸出，及只將計算結果保存到用于后處理的二進制結果文件中，f06文件中不輸出，或者可以考慮只在f06文件中輸出一些關鍵位置的結果信息。 i.f06文件中不輸出計算結果，使用plot將結果取消輸出打印 未取消打印之前：DISPLACEMENT(SORT1,REAL)=ALL 取消打印之后：DISPLACEMENT(PLOT,SORT1,REAL)=ALL ii.輸出一些關鍵位置的結果信息

使用Set進行設定，輸出具體的模型節(jié)點或者單元的結果信息 Set 1=1,2,3,4 Set 2=1,2,3,4

Displacement(SORT1,REAL)=1 Stress(SORT1,REAL)=2

此處表示，set 1中為相關節(jié)點的編號信息，set 2中為相關單元的編號信息，最終結果輸出為節(jié)點1,2,3,4的位移量以及單元1,2,3,4的單元應力結果。 4)MEMORY

Nastran進行計算時，不同版本的軟件在計算時內存的默認使用情況不相同，早期版本調用內存使用memory(或mem)=estimate，新版本軟件使用 mem=max，我們也可以根據(jù)計算機硬件資源自己定義相關參數(shù)，例如：mem=12GB，但是我們定義的參數(shù)，調用物理內存參與計算時，其大小不能超過物理內存總和的80%。 三、大規(guī)模計算參數(shù)設置總結

綜上所述內容，可以參照以下的設置：

根據(jù)上述內容設置完成后提交Nastran進行計算，同時設置計算所用的內存大小，點擊RUN執(zhí)行計算。