Nastran解算单元介绍

Nastran解算单元介绍一、CBAR二、CROD三、CBUSH四、CELAS与CONM一、CBAR单元·支持拉伸、压缩、两个正交平面内的扭转、弯曲及剪切。·能够赋予所连接两点之间的六个方向自由度的刚度。·CBAR单元的截面积与材料特性沿杆儿的长度为定值，截面积特性按照单元坐标系确定。·CBAR单元是可以偏离连接点（节点）A、B的，偏离的部分利用刚性连接，相当于利用RBE2连接节点与相应杆端。CBAR单元具有以下特点：Theshearcenterandneutralaxismustcoincide(theCBARelementcannotmodelwarpingofopensections).中性轴与剪切中心重合；Theneutralaxismaybeoffsetfromthegridpoints(aninternalrigidlinkiscreated).Thisisusefulformodelingstiffenedplatesorgridworks.中性轴可以偏离节点（A、B）；Itincludesoptionaltransversesheareffects(importantforshortbeams).可以有横向剪切挠度；可以定义销连接；Itmustbestraightandprismatic(propertiescannotvaryalongthelength).面积参数是常数；Theprincipalaxisofinertianeednotcoincidewiththeelementaxis.主惯性轴不需与局部坐标轴重合；主要项介绍：1）PID：PropertyidentificationnumberofaPBARentry.①A：Areaofbarcrosssection.(Real;Default=0.0)Bar单元的横截面积。它参与单元轴向（即：单元X方向）的应力计算，涉及的自由度为U1，用于抵抗轴向载荷；②I1、I2：Areamomentsofinertia.截面的惯性矩。其中I1、I2分别代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 单元截面相对于Z轴与Y轴的惯性矩Izz、Iyy，涉及到的自由度有XY、XZ面内的弯曲U6、U5，以及U3、U2；③J：横截面相对于Y、Z轴的极惯性矩（只在圆形或环形截面时成立），涉及到的自由度有U4即X轴扭转；④NSM：非结构质量。对单元指定分部质量，增大了与单元体积相关联的质量，或者说只对单元刚度起副作用的质量，与结构刚度相关联的几何系数无关。只能用于一维与二维单元，在一维单元中代表单位长度的质量，在二维单元中代表单位面积的质量。⑤Ci、Di、Ei、Fi：在截面上四个点的坐标。Thesubscript1isassociatedwiththedistanceofastressrecoverypointfromPlane2.Thesubscript2isassociatedwiththedistancefromPlane1.也就是说i=1时代表点到Plane2的“距离”即Y坐标，i=2时代表点到Plane1的“距离”即Z坐标。这些点的指定是为了输出单元力，它们其实是为了设定Thestressrecoverycoefficients—C进而用于公式计算应力值。需要注意的是：这四个坐标其实是包括两个端点上的共八个点。⑥K1、K2：Areafactorforshear.界面剪切系数。Thetransverseshearstiffnessesperunitlengthinplanes1and2areK1*A*GandK2*A*G,respectively,whereGistheshearmodulus.ThedefaultvaluesforK1andK2areinfinite;inotherwords,thetransverseshearflexibilitiesaresetequaltozero.K1andK2areignoredifI120.K1andK2mustbeblankifA=0.0.Ki值是有截面形状决定的，赋值可由下表得出：⑦I12：对于Y、Z轴的惯性积。Formostcommonengineeringcrosssections,itisusuallynotnecessarytodefineanI12.Byaligningtheelementy-andthez-axeswiththeprincipalaxesofthecrosssection,I12,isequaltozeroandisthereforenotneeded.一般I12不需设定。2）X1、X2、X3/G0：用于确定向量，进而定义CBAR单元的单元坐标系，实际是为了定义单元坐标系的Y轴。单元坐标系的定义是定义CBAR单元最重要的一部分，也是难点。单元坐标系的不同直接关系着刚度赋值的不同。CBAR单元坐标系的定义可以分为一下几步：首先定义坐标系X轴。Nastran默认CBAR单元所连接两节点A、B的联线定义为X轴，方向有A—>B。第二步：定义向量，进而确定Y轴。定义向量的 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有两种：一种是利用坐标（X1,X2,X3）直接定义一点，令为X点，则向量AX即为。第二种方法是直接选取点G0，向量AG0即为所求向量。需要注意的是：坐标（X1,X2,X3）是在节点A的节点坐标系——thedisplacementcoordinatesystemofGA，下的坐标。第三步：确定plane1及Y轴。有上面定义的向量与X轴可以去确定一平面0，我们把它叫做plane1，而Y轴则位于该平面内且方向指向向量一侧。第四步：确定Z轴，并生成plane2。有上述生成的X、Y轴，根据右手定则可判定Z轴的方向。3）OFFT:OFFT是一个字符串，它用于标示在生成向量与单元端点偏置时坐标系的选择。在默认状况下为GGG或者空，代表了在生成向量时坐标（X1,X2,X3）是根据坐标系G——theglobalcoordinatesystem。需要注意的是：theglobalcoordinatesystem代表了thedisplacementcoordinatesystemofgridpointA。因为在Nastran中有这样的定义：MSC.Nastranreferstothecollectionofalldisplacementcoordinatesystemsreferencedbyallgridpointentriesastheglobalcoordinatesystem.Notethatsomeotherfiniteelementprogramsusetheterm“globalcoordinatesystem”torefertotheirequivalentofMSC.Nastran’sbasiccoordinatesystem.在决定单元端点偏置时所用坐标系在默认状态下也是G。除默认之外我们可以设置OFFT以下内容：由上表可以看出：向量可以通过basiccoordinatesystem与globalcoordinatesystem设置；端点的偏置可以通过globalcoordinatesystem与offsetcoordinatesystem设置。其中offsetcoordinatesystem代表了该单元的单元坐标系。4）PA、PB：用于释放节点A与B处的自由度。Thedegrees-of-freedomaredefinedintheelement’scoordinatesystem.ThebarmusthavestiffnessassociatedwiththePAandPBdegreesoffreedomtobereleasedbythepinflags.也就是说这些自由度是根据单元坐标系定义的。当释放某方向的自由度时，在这个方向上必须赋予刚度值。Forexample,ifPA=4isspecified,thePBARentrymusthaveavalueforJ,thetorsionalstiffness.(Upto5oftheuniqueIntegers1through6anywhereinthefieldwithnoembeddedblanks;Integer>0.)5）WiA、WiB：用来确定单元端点的偏置向量A、B。它是基于节点A、B处的BorG坐标系来确定的。6）PBARLSimpleBeamCross-SectionProperty它是通过截面尺寸来定义BAR单元的截面参数，省去了复杂参数的求解与填写过程。主要项介绍：1）PID：这里与PBAR项中的PID意义是一样的，不能和PBAR或者PBARL中的其它PID相同；2）GROUP：用于定义一种求值程序，用来通过所给TYPE和尺寸值求解我们所需要的截面参数值。默认值是MSCBML0，它要求单元坐标系的圆心位于截面的剪切中心，且Y、Z轴方向如下图所示。由于CBAR单元默认“杆”的中性轴与剪切中心重合，因此在确定单元坐标系时需要考虑到截面的放置位置，使得设定截面与实际截面方向一致。3）TYPE：即选择截面形状，如下图；4）DIMi：对应截面类型的截面尺寸，如下图；5）NSM：非结构质量；二、CROD单元CROD单元是最简单的具有几何形状的单元，它与CONROD单元其实是一样的，区别只是CROD单元的设置框不包含属性设置，而放在PROD中设置属性。便于定义同属性的一系列简单ROD单元。主要项介绍：1）G1、G2：连接的节点号，同时他也规定了ROD单元的X轴———A—>B2）PID：属性参数设置，详细解释参照CBAR单元。①A：横截面积②J：极惯性矩③C：Coefficienttodeterminetorsionalstress.—扭矩需要注意的是：·entry,ifthecross-sectionalareafield(field4)isleftblankonthePRODentry,thecorrespondingCRODelementslacksaxialstiffness.Likewise,ifthefieldcorrespondingtothetorsionalstiffnessisleftblank(field5),thecorrespondingCRODelementdoesnothavetorsionalstiffness.这里与BAR单元不同，BAR单元中不可以完全释放某个方向的刚度。而CROD单元中可以通过不设置某方向的截面参数即可达到释放该方向的自由度的目的。·CROD输出力的方向规定如下：轴向力压缩为负，拉伸为正；转矩向外为正，向里为负；三、CBUSH单元CBUSH单元是一种弹簧—阻尼单元，除线形分析与静态分析之外，它还可用于非线性（SOL106）与频响分析（SOL108andSOL111）。CBUSH单元所连接的两个节点类型可以是不重合的两个节点也可以是重合的两个节点或者一个节点与“地面”的连接。主要项介绍：1）PID:用于定义CBUSH单元的当量值（即定值）。①K：代表六个方向上的刚度赋值；②B：代表六个方向上的阻尼系数赋值；③GE:代表六个方向上的结构阻尼赋值；ToobtainthedampingcoefficientGE,multiplythecriticaldampingratioby2.0.一般为0.6④RCV：stressorstraincoefficients.它包括应力和应变计算时的系数赋值。Theelementstressesarecomputedbymultiplyingthestresscoefficientswiththerecoveredelementforces.Theelementstrainsarecomputedbymultiplyingthestraincoefficientswiththerecoveredelementdisplacements.需要注意的是：1)对于directandmodalfrequencyresponse，K、B、GE的值是根据PBUSHTentry赋予的，是基于频率变化的曲线。但需注意的是：Formodalfrequencyresponse,thenormalmodesarecom-putedusingthenominalKivalues.Thefrequency-dependentvaluesareusedateveryexcitationfrequ-ency.对于模态频响分析，首先是利用当量值K计算出各阶normalmodes，然后利用PBUSHT中对应频率所对应的K值；2)Applicablefieldsrefertodirectionsintheelement’scoordinatesystem.上述所提到了所有赋值方向，i=1~6，都是根据单元坐标系来规定的；2）PBUSHTFrequencyDependentorNonlinearForceDeflectionSpringandDamperPropertyDefinesthefrequencydependentpropertiesorthestressdependentpropertiesforageneralizedspringanddamperstructuralelement.PBUSHT与PBUSH相比，改变的只是将PBUSH中的当量定值改为了以曲线形式赋值。其中K、B与GE三种曲线是关于频率的变化曲线。所以:Forfrequencyresponses,onlythe“K”,“B”and“GE”fieldsareused.Fornonlinearanalysis,onlythe“KN”fieldisused.需要注意的是：The“K”,“B”,and“GE”fieldsareassociatedwithsameentriesonthePBUSHentry.意思是说在这里所赋予的K、B与GE曲线变化值与PBUSH中赋予的当量定值是联合使用的，也就是说PBUSHT中的PID与PBUSH中的PID相同，在赋予BUSH单元属性时两者将会同时赋值，在计算过程中具体利用哪一个“值”的类型需要看解算的内容。例如：TheThenominalvalues用于除frequencyresponseandnonlinearanalyses之外的所有解算形式。而在这两种结算中将会利用tabale赋值，当然这时当量值也会起到作用，如：在模态频响分析中，首先用当量值计算模态，然后在各阶振动频率下的参数值则有table形式赋予；在非线性分析中当量值应当与table曲线的初始斜率相等。则可解释ThePBUSHTentryisignoredinallsolutionsequencesexceptfrequencyresponseornonlinearanalyses.这句话。3）CID：用于定义BUSH单元的单元坐标系。Elementcoordinatesystemidentification.数字0代表了thebasiccoordinatesystem，如果该项为空那么另外两种方法X1X2X3/G0将会被运用，否者这两种方法涉及的项目内容将会被忽略。IfaCIDisspecifiedthentheelementx-axisisalongT1,theelementy-axisisalongT2,andtheelementz-axisisalongT3oftheCIDcoordinatesystem.TheoptionsGOor(X1,X2,X3)havenomeaningandwillbeignored.4）X1X2X3/G0：用于定义BUSH单元的单元坐标系。确切的讲是用于定义BUSH单元的Y轴。这个过程同与CBAR单元；5）S/OCIDS1S2S3：确定BUSH“点”的位置。在CBUSH中，真正的BUSH单元只是一个“点”，这个“点”与单元所连接两节点之间采用“刚性”连接。或者说这两个刚性单元之间的连接拥有上述的各刚度值。S代表一个比值，它是BUSH“点”到节点A的距离与两节点A、B之间距离的比，它的使用表示BUSH“点”位于AB连线上，没有偏置；当OCID不为空且不为0时S1S2S3三项样被激活，代表了在OCID坐标系下坐标值为（S1，S2，S3）的点为BUSH“点”。需要注意的是：对于两个不重合的点使用BUSH单元连接时，ifneitherGOor(X1,X2,X3)isspecifiedandnoCIDisspecified，那么只有AB决定X轴，这时参数赋值只能赋予K1/K4,B1/B4，其它参数赋值将会报错；由于BUSH单元内部存在rigidlinksconnectthebushlocationtothegridlocations，使得betweentranslationalandrotationaldegrees-of-freedom两者之间产生耦合现象。因此我们一般在做BUSH单元时往往回将所连接的连个节点位置重合来避免这种耦合现象的产生。IfthedistancebetweenGAandGBislessthan.0001,orifGBisblank,thenCIDmustbespecified.GBblankimpliesthatBisgrounded.当节点A和B的距离小于0.0001mm时，或者说节点B项为空（代表了B点接地，即约束了六个自由度）时，CID项必须要赋值。也就是说在这两种情况下结构本身不足以确定X轴向时必须设置CID。有上述的注意事项可以推断，在我们生成CBUSH的过程中，如果采用节点位置重合的方法避免耦合，那么我们就必须设置CID，即必须以CID的方法来确定方向。四、CELAS&CONMCELAS单元它是用来连接两个点，确切讲是用来连接两个点的两个自由度，或者连接一个自由度与ground。与1D、2D、3D单元不同，CELAS缺少几何定义，所以它没有单元坐标系。CELAS单元有四种定义形式，即CELASi，i=1~4。四种设置 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如下图：由上图可以看出：CELAS1和CELAS2用来连接两个节点或节点与标量点CELAS3和CELAS4连接两个标量点。主要项介绍：①K：定义CELAS刚度赋值；②C：自由度标示符。以节点坐标系为参照；③S：Stresscoefficient.用于计算输出应力值；其中F—单元力Elementforce需要注意的是：·itishighlyrecommendedthatthegridpointsbecoincident.Ifthegridpointsarenoncoincident,anyforcesappliedtothegridpointbythescalarelementmayinducemomentsonthestructure,resultingininaccurateresults.建议连接点重合，否则施加在点上的力会产生附加力矩，造成结果不准确。ThisbringsupthecrucialpointthatTHESIGNOFFORCE(ANDSTRESS)OUTPUTFORSCALARELEMENTSDEPENDSONHOWTHEGRIDPOINTSARELISTED(ORDERED)indefininganelement,andnotonaphysicalsenseoftensionorcompression.Thisisnotthecasewhenusingline(one-dimensional)elementssuchasrodsandbeams.Thus,becarefulofhowyouinterpretsignswhenusingscalarelements.即力/应力的正负号是根据单元建立过程中连接节点的选择顺序有关，这一点与1D单元中如rodsandbeams是不同的。这种定义符号的方式类似于CBUSH单元，所不同的是在CBUSH单元中连接节点的位移是在单元坐标系下的位移，而CELAS单元下节点的位移是在节点坐标系下的。CONM2ConcentratedMassElementConnection,RigidBodyForm。Definesaconcentratedmassatagridpoint。这里的RigidBodyForm可以理解为质量点与节点之间是刚性连接。主要项介绍：1）CID：坐标系ID，该坐标系主要用于确定质心位置，取值范围为>=-1；2）Xi：质心坐标，当CID>=0时（X1，X2，X3）代表在坐标系CID下相对于节点G的偏置坐标。需要注意的是这里的X1，X2，X3均是笛卡儿坐标系下的坐标，即使CID代表的是极坐标系或者圆柱坐标系。3）Iij:转动惯量，measuredatthemasscenterofgravityinthecoordinatesystemdefinedbyCID.相对坐标系圆点位于质心且平行于CID坐标系。当我们设置的质心位置与实际质心位置相同时其中的I21、I31、I32只均为0。x1，x2，x3arecomponentsofdistancefromthecenterofgravityinthecoordinatesystemdefinedinfield4.Thenegativesignsfortheoffdiagonaltermsaresuppliedautomatically.需要注意的是这里I21、I31、I32均取正值。谢谢大家！