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MSC Nastran動力分析指南(第二版)

中國水利水電出版社
    【作 者】李保國 黃曉銘 裴延軍 李偉 【I S B N 】978-7-5170-6486-2 【責任編輯】楊元泓 【適用讀者群】科技 【出版時間】2018-06-23 【開 本】16開 【裝幀信息】平裝(光膜) 【版 次】第2版第1次印刷 【頁 數】480 【千字數】741 【印 張】30 【定 價】89 【叢 書】萬水MSC技術叢書 【備注信息】
圖書詳情

    本書介紹了MSC Nastran軟件在動力學領域的基本理論和使用方法。內容包括動力學分析方法及MSC Nastran基本使用介紹,模態分析,頻率響應分析,瞬態響應分析,響應譜與隨機響應分析,復特征值分析,使用超單元的正則模態分析,動力學建模選項,非線性正則模態,動力優化設計,實驗-分析的相關性,動力學設計分析方法DDAM,噪聲分析,高級非線性求解序列SOL 400,顯式非線性分析SOL 700。本書配有詳細的實例操作過程說明,所選實例均使用Patran軟件作為前后處理器來創建分析模型和對分析結果進行后處理。

    本書內容全面,案例豐富,既可作為汽車、航空航天、軍工、電子、土木工程、船舶、水利、石油、機械制造和建筑等行業工程技術人員應用MSC Nastran軟件進行仿真分析的基礎教程,也可作為理工科院校相關專業的學生、教師學習和使用MSC Nastran的參考書。

    再版前言

    近年來,有限元仿真分析在工程領域中得到了非常廣泛的應用,在某些行業已成為產品研發不可或缺的手段和方法。各大理工科院校和研究機構也都開展了對有限元分析方法的深入研究。MSC Nastran軟件是當今最為著名的有限元求解程序,擁有最為廣泛的用戶群,其輸入/輸出格式及計算結果已成為當前CAE界的工業標準。2012年《MSC Nastran動力學分析指南》一書出版后,在市場上熱銷,受到讀者的大力歡迎。應廣大讀者的要求,現對該書進行再版。

    本書在第一版的基礎上,對原版中少量的錯誤進行了修正,對結構進行了調整,刪除了隱式非線性SOL 600一章。同時對原版的內容進行了補充和完善,增加了近幾年MSC Nastran在動力學方面新的技術和案例。具體增加的章節有頻響函數裝配、殘余向量、瞬態分析中的直接法、MSC Nastran大模型高性能計算、非線性瞬態響應分析的時間積分方法等。補充了優化案例、顯式非線性的歐拉法案例、流固耦合案例等。

    MSC Nastran功能強大、應用廣泛,并且有很多的前后處理器可供用戶選擇。本書從動力學基礎理論著手,詳細講解了MSC Nastran在動力學分析方面的基本使用方法和流程,并結合實際,給出了許多典型例題及說明。本書可以幫助初學者系統地掌握MSC Nastran的使用方法和基本技巧,使其學以致用。由于書中理論部分有些是以MSC Nastran卡片介紹為主,所以建議初學者在學習本書之前,先了解一些MSC Nastran的基礎應用知識,遇到難以理解的部分可以參考《MSC Nastran快速參考手冊》。

    本書編者從事有限元分析應用多年,有豐富的MSC Nastran應用經驗。在本書的編寫過程中,得到了MSC Software中國區各位同事的大力支持和幫助,在此深表謝意。本書由李保國、黃曉銘、裴延軍、李偉編著,參加編寫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,書中錯誤之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正。

    編 者

    2018年3月

    再版前言
    第一版前言

    第1章 動力學分析方法及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 有限元法的計算步驟 3
    1.1.3 有限元法的進展與應用 5
    1.2 動力學分析概述 6
    1.2.1 動力分析過程瀏覽 6
    1.2.2 單自由度系統 7
    1.2.3 單自由度系統無阻尼自由振動 8
    1.2.4 單自由度系統有阻尼自由振動 9
    1.2.5 單自由度系統無阻尼簡諧振動 10
    1.2.6 單自由度系統有阻尼簡諧振動 11
    1.2.7 多自由度系統 12
    1.2.8 有限元動力學建模需要考慮的問題 13
    1.3 MSC Nastran的由來 13
    1.3.1 MSC Nastran程序的起源 13
    1.3.2 MSC Nastran的由來 14
    1.4 MSC Nastran動力分析功能介紹 14
    1.4.1 動力分析功能及特性 14
    1.4.2 MSC Nastran支持的硬件平臺 17
    1.5 MSC Nastran基本應用流程 17
    1.5.1 前處理 17
    1.5.2 求解 21
    1.5.3 后處理 22
    1.6 動力學模型輸入 22
    1.6.1 MSC Nastran輸入文件結構 22
    1.6.2 MSC Nastran數據卡片格式 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 耦合質量與集中質量 24
    1.6.6 MSC Nastran基本集合的運算 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 模態分析 32
    2.1 模態分析目的 32
    2.2 模態分析理論 32
    2.3 自然模態與固有頻率性質 33
    2.4 模態能量 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 模態分析求解控制 36
    2.5.7 例子 37
    2.6 動力分析的縮減 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 44
    2.7.1 剛體模態的概念 44
    2.7.2 剛體模態的計算 45
    2.7.3 支撐自由度的選擇 46
    2.7.4 支撐自由度的檢驗 46
    2.7.5 MSC Nastran對剛體模態和剛體向量的計算 46
    2.8 模態分析實例 47
    第3章 頻率響應分析 56
    3.1 動力學分析中的矩陣組集 56
    3.1.1 阻尼矩陣 56
    3.1.2 直接法 58
    3.1.3 模態法 59
    3.2 頻率響應分析 60
    3.2.1 概述 60
    3.2.2 直接法頻率響應 61
    3.2.3 模態法頻率響應 61
    3.2.4 激勵的確定 61
    3.2.5 模態法頻率響應與直接法頻率響應的比較 69
    3.2.6 SORT1和SORT2輸出的對比 70
    3.2.7 頻率響應求解控制 70
    3.2.8 頻變彈簧和阻尼器 71
    3.3 頻率響應分析實例 74
    3.4 頻率函數裝配 84
    3.4.1 頻響函數的概念 84
    3.4.2 頻響函數裝配的概念 85
    3.4.3 頻響函數裝配在MSC Nastran中的實現 86
    3.4.4 頻響函數裝配實例 89
    第4章 瞬態響應分析 95
    4.1 直接法瞬態響應分析 95
    4.1.1 過程 95
    4.1.2 直接瞬態響應分析中的阻尼 96
    4.2 模態法瞬態響應分析 96
    4.2.1 過程 96
    4.2.2 模態法瞬態響應分析中的阻尼 96
    4.2.3 MSC Nastran中模態法瞬態響應分析阻尼的輸入 97
    4.2.4 模態法瞬態響應分析數據的提取 98
    4.2.5 模態截斷 98
    4.2.6 殘余向量 98
    4.3 瞬態激勵 100
    4.3.1 時變載荷 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 直接法瞬態響應與模態法瞬態響應的比較 105
    4.5 瞬態響應分析實例 105
    第5章 響應譜與隨機響應分析 113
    5.1 強迫運動 113
    5.1.1 概述 113
    5.1.2 瞬態分析中的強迫運動 113
    5.1.3 瞬態分析中的大質量法 113
    5.1.4 瞬態分析中的大剛度法 114
    5.1.5 瞬態分析中的拉格朗日乘子法 114
    5.1.6 強迫位移實例 114
    5.1.7 瞬態分析中的直接法 118
    5.2 響應譜 119
    5.2.1 概述 119
    5.2.2 響應譜求解控制 120
    5.2.3 響應譜應用 121
    5.2.4 求解控制 122
    5.2.5 響應譜實例 124
    5.3 隨機響應分析 143
    5.3.1 概述 143
    5.3.2 自相關與自譜 143
    5.3.3 各態歷經性隨機激勵下線性系統響應計算 144
    5.3.4 MSC Nastran中隨機分析的實現 146
    5.4 隨機響應分析實例 147
    第6章 復特征值分析 156
    6.1 概述 156
    6.2 理論 156
    6.3 MSC Nastran中的實現 156
    6.4 求解控制 157
    6.4.1 執行控制 157
    6.4.2 工況控制 157
    6.4.3 數據模型 157
    6.5 復特征值分析實例 157
    第7章 使用超單元的正則模態分析 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 166
    7.2.2 例題的模型定義 166
    7.3 超單元應用說明 176
    7.3.1 求解過程 176
    7.3.2 靜凝聚理論 176
    7.3.3 使用超單元分析的優點 177
    7.3.4 超單元分析的缺點 177
    7.3.5 流程區別 178
    7.4 動力分析中可用的超單元縮減方法 182
    7.4.1 縮減程度對比 182
    7.4.2 古演或靜態縮減 182
    7.4.3 各種縮減方法的優點 183
    7.4.4 使用靜態縮減的正則模態計算 183
    7.4.5 使用超單元動態縮減的正則模態
    計算 183
    7.5 MSC Nastran的超單元輸入卡片 184
    7.5.1 超單元的內部廣義自由度卡:SENQSET 184
    7.5.2 標量點定義卡: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 默認的部件模態綜合方法——固定邊界法 189
    7.7 手工求解示例 190
    7.8 超單元分析實例 195
    第8章 動力學建模選項 204
    8.1 概述 204
    8.1.1 動力分析的策略 204
    8.1.2 規劃分析 204
    8.2 質量建模 205
    8.2.1 質量的基本定義 205
    8.2.2 質量數據輸入選項 205
    8.2.3 耦合的質量矩陣項 206
    8.2.4 移動坐標系的質量效應 207
    8.3 阻尼效應建模 209
    8.3.1 粘性阻尼 210
    8.3.2 結構阻尼 210
    8.3.3 模態阻尼 211
    8.3.4 非線性阻尼 213
    8.4 附加點和傳遞函數 213
    8.4.1 EPOINT集 214
    8.4.2 模態變換 214
    8.4.3 直接矩陣輸入 215
    8.4.4 傳遞函數 215
    8.4.5 Pickups和變換器 216
    8.4.6 高階傳遞函數 216
    8.4.7 實例 217
    8.5 非線性載荷函數 220
    8.5.1 標準瞬態求解理論 221
    8.5.2 非線性彈簧實例 221
    8.5.3 依賴于速度的非線性力 222
    8.5.4 非線性瞬態求解的順序 223
    8.5.5 采用NOLIN1輸入時的建議 223
    8.5.6 應用實例——旋轉結構的耦合 224
    8.6 動力分析模型調試 226
    8.6.1 建模要點 226
    8.6.2 測試動力模型 227
    8.7 MSC Nastran大模型高性能計算 241
    8.7.1 常用計算參數設置 242
    8.7.2 自動部件模態綜合法 242
    8.7.3 分布式內存并行計算設置 243
    第9章 非線性正則模態 244
    9.1 帶微分剛度的正則模態 244
    9.2 有預載荷結構的正則模態示例 245
    9.2.1 使用SOL 106計算 245
    9.2.2 使用SOL 103計算 251
    第10章 動力優化設計 256
    10.1 基本知識 256
    10.1.1 優化設計的概念 256
    10.1.2 優化設計的作用 256
    10.1.3 MSC Nastran中“優化設計”的基本特性 256
    10.1.4 MSC Nastran結構優化的優勢 256
    10.1.5 MSC Nastran支持的優化功能 256
    10.1.6 MSC Nastran支持的優化類型 257
    10.1.7 基本優化問題的描述 257
    10.1.8 MSC Nastran中設計優化的輸入控制段 257
    10.1.9 優化問題中常用的模型數據段輸入卡 258
    10.2 實例 258
    10.2.1 使用自然模態分析的優化設計 258
    10.2.2 使用頻率響應的優化實例 267
    10.2.3 基于結構平均柔度和一階頻率的拓撲優化 271
    第11章 試驗-分析的相關性 275
    11.1 試驗-分析相關性的介紹 275
    11.2 完整的試驗-分析過程 275
    11.2.1 試驗前的規劃 275
    11.2.2 試驗后的評估 276
    11.3 模型的改進 281
    11.3.1 強制的人為干預法 281
    11.3.2 靈敏度矩陣法 281
    11.3.3 設計優化法 282
    11.3.4 應用舉例 282
    第12章 動力學設計分析方法 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前處理器進行DDAM分析 287
    12.3.3 應用實例 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進行噪聲分析 294
    13.2.1 噪聲學基礎介紹 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 應用實例 298
    13.3.1 MSC Nastran內噪聲分析案例 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 非線性瞬態響應分析的時間積分方法 360
    14.3 非線性瞬態響應分析的控制卡片 362
    14.4 瞬態動力響應分析實例 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 侵徹分析實例 375
    15.4 碰撞分析實例 391
    15.5 金屬射流分析實例 401
    15.6 容器中的爆炸分析實例 448
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