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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 Select151

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