第一本全面介紹MSC Nastran軟件隱式非線性功能和使用方法的中文教程本書編者為長期從事有限元分析軟件開發、應用的專家，具有豐富的軟件使用和教學經驗

本書從非線性有限元基本理論入手，結合實例詳細介紹了軟件在各主要行業中的應用

本書可以作為航空、航天、汽車、造船、能源、機械制造等行業工程技術人員應用MSC Nastran軟件進行非線性分析的教程和指導用書

作為一款國際上著名的分析軟件—MSC Nastran軟件，于20世紀80年代開始在我國的航空、航天、汽車、造船、通用機械等工程領域和科研領域得到廣泛的應用，為各領域的產品設計、科學研究做出了很大貢獻。MSC Software公司不斷完善和擴充MSC Nastran，特別是在2006年開始集成和開發了很多高級非線性分析功能，使它的分析功能和應用領域得到了很大的加強和擴展。航空航天、汽車、船舶等行業的技術人員已經開始大規模地使用MSC Nastran的高級非線性分析功能，這種功能不需要將原有的線性分析模型轉換成非線性專用軟件進行非線性分析，極大地提高了工作效率、減少了數據轉換出錯的可能性。

從2003年開始，國內陸續出版了一些MSC Nastran應用的教材，給廣大用戶學習和使用該軟件提供了較大的幫助。由于這些教材大部分偏重于線性靜力學、動力學分析，對于非線性分析涉及不多，不能滿足用戶學習使用非線性求解功能的需要，本書作者依據多年的軟件使用以及對用戶培訓和技術支持的經驗，編寫了本書。目的就是希望將MSC Nastran目前已有的隱式非線性技術和使用方法做一個比較系統的介紹，便于不同的使用者掌握相關的技術并應用到科研和工程項目之中。

本書共分12章。第1章主要對MSC Nastran軟件進行總體介紹，包括軟件概述、非線性模塊功能、相關文檔和文件、軟件輸入文件和實例。第2章主要介紹非線性分析類型及求解策略，包括線性和非線性的區別、非線性分析類型、控制方程、載荷增量和迭代方法、收斂控制及相應的算例。第3章介紹非線性分析的設置、求解、監控以及錯誤修改，包括作業參數設置、求解參數設置、分析監控、分析產生的常見信息、矩陣方程的求解方法等。第4章介紹分析結果的輸出及后處理，包括輸出請求參數、結果文件類型及選擇、后處理軟件及非線性分析結果的后處理等。第5章介紹工程應用中常見的材料模型，包括彈性材料、復合材料、非線性彈性材料、彈塑性材料、粘彈性材料、超彈性材料、墊片材料模型、記憶合金材料、失效和損傷模型、材料參數擬合及有關算例。第6章介紹常用的單元類型，包括插值函數、主要變形單元類型介紹、常用剛性單元介紹、單元類型選擇及建模指南以及不同單元類型結果分析比較案例。第7章介紹幾何非線性與屈曲分析技術，包括幾何非線性相關的分析（大位移與大轉動分析、大應變分析、跟隨力、擾動分析），軟件屈曲與后屈曲分析技術及應用算例。第8章介紹軟件接觸分析技術及使用方法，包括接觸探測方法、變形接觸體的定義、剛性接觸體的定義、接觸關系的定義、接觸分離準則及軟件處理方法、摩擦類型以及有關接觸分析的算例。第9章主要涉及軟件熱分析和熱機耦合分析的有關功能，包括熱分析、順序熱應力分析、耦合分析及相關工程算例。第10章主要介紹非線性動力學分析功能及使用方法，包括非線性瞬態動力學分析有關技術和方程、動力學載荷和邊界條件施加以及算例分析。第11章介紹一些高級分析技術及案例，包括裂紋擴展分析技術、慣性釋放、剎車嘯叫、重啟動、二次開發功能介紹、裂紋擴展和剎車嘯叫算例。第12章主要對常見問題進行解答，包括高級分析序列SOL 400使用中的常見問題及解答、SOL 600的功能特點等。

由于MSC Nastran非線性分析的功能涉及很廣，本書篇幅有限，不能面面俱到，只能對部分重點內容做一些介紹，其他功能可以參考軟件英文文檔以及其他教材。

本書主要內容由陳火紅編寫，王進和田利思負責編寫了書中的多個算例。其中王進編寫了5.4.4、5.5.4、5.5.5、7.4、8.8.2、8.9、8.10、8.11章節，田利思編寫了6.5、6.6、9.2.5、9.3.2、9.4.2、10.5、11.1.4、11.2.2、11.5.2章節。

本書在編寫過程中得到了MSC公司大中華區的眾多同事的支持、協助，作者借此機會對李偉、王翾、李保國、郭茵、仰莼雯、陳志偉、孫丹丹、裴延軍、卞文杰、雒海濤、張躍、劉慶、郝逸凡、姜正旭、宋金松、王彬等同事所給予的指導與協助表示衷心的感謝。另外，也衷心地感謝曾經教導過我們的老師與領導、曾經一起切磋過技術的同事與朋友。

由于作者水平有限，書中疏漏之處在所難免，敬請廣大讀者指正。

編 者

2018年10月

第1章 軟件總體介紹 1
1.1 概述 1
1.2 MSC Nastran相關的文檔 2
1.3 MSC Nastran隱式非線性求解器SOL 400 3
1.4 SOL 400的分析功能 4
1.5 MSC Nastran 文件架構介紹 6
1.5.1 MSC Nastran輸入文件概要介紹 6
1.5.2 MSC Nastran 輸入轉換 7
1.5.3 各部分數據介紹 8
1.6 SOL 400實例 8
1.6.1 建模、分析前的考慮 8
1.6.2 分析所用模型及輸入數據 10
1.6.3 分析結果及后處理 11
第2章 分析類型及求解策略 15
2.1 概述 15
2.2 線性靜力分析 15
2.3 非線性分析 16
2.3.1 非線性來源 16
2.3.2 非線性分析步與分析類型 19
2.3.3 分析類型的指定 20
2.3.4 線性攝動分析 21
2.3.5 常用的非線性分析類型簡介 21
2.4 載荷增量和迭代求解 23
2.4.1 非線性分析控制方程 23
2.4.2 非線性求解過程 23
2.4.3 求解策略 24
2.4.4 載荷增量步大小的影響 27
2.4.5 NLSTEP模型數據卡 28
2.4.6 CTRLDEF參數設置 31
2.5 收斂控制 33
2.5.1 殘差準則 34
2.5.2 位移準則 34
2.5.3 應變能測試準則 34
2.5.4 測試準則的組合和切換 35
2.5.5 再次迭代準則 35
第3章 分析設置與求解調試 37
3.1 概述 37
3.2 運行SOL 400作業的方式 37
3.2.1 運行方式介紹 37
3.2.2 利用Patran執行MSC Nastran分析 38
3.3 設置多分析步的分析 40
3.3.1 子工況、分析步與分析作業 40
3.3.2 在Patran中定義分析參數 42
3.4 采用非線性分析狀態文件(.sts)監控 47
3.5 SOL 400分析信息 48
3.6 方程矩陣求解方法介紹 52
3.6.1 求解程序 52
3.6.2 矩陣條件 52
3.6.3 直接求解器 54
3.6.4 線性方程并行求解 54
3.6.5 內存使用 55
3.6.6 迭代求解器 55
第4章 結果輸出及后處理 58
4.1 概述 58
4.2 工況輸出要求 59
4.3 MSC Nastran結果量 62
4.3.1 Patran指定結果輸出菜單 63
4.3.2 高級輸出要求 63
4.4 分析結果文件 68
4.5 Patran 中SOL 400分析結果的后處理 70
4.5.1 直接訪問（DRA）結果文件 70
4.5.2 顯示結果的各類方法 71
4.5.3 接觸分析結果的后處理 71
第5章 材料模型 73
5.1 概述 73
5.2 線彈性材料 75
5.3 非線性材料模型 77
5.3.1 常用的彈塑性材料模型 77
5.3.2 應變率相關的屈服準則 83
5.3.3 時間相關的循環塑性模型 84
5.3.4 溫度相關的材料塑性行為 85
5.3.5 蠕變模型 87
5.3.6 墊片材料模型 87
5.4 形狀記憶合金 90
5.4.1 熱機形狀記憶合金 (MATSMA） 90
5.4.2 機械記憶合金模型 94
5.4.3 記憶合金的材料數據卡片 96
5.4.4 記憶合金分析實例 97
5.5 復合材料的失效 113
5.5.1 失效指數分析 113
5.5.2 漸進失效分析 114
5.5.3 細觀力學材料模型 115
5.5.4 復合材料漸進失效分析實例 118
5.5.5 SOL 400與Digimat聯合仿真算例 126
5.6 超彈性材料參數擬合及分析 135
5.6.1 本構模型 135
5.6.2 材料參數擬合 137
第6章 單元類型 142
6.1 概述 142
6.2 單元技術相關概念 143
6.2.1 插值函數 143
6.2.2 單元積分 143
6.2.3 體積不可壓縮 143
6.2.4 非線性行為 144
6.3 結構單元類型 144
6.3.1 非線性分析常用單元類型介紹 145
6.3.2 選擇正確的單元 152
6.3.3 單元密度 155
6.4 連接單元、剛性單元 160
6.4.1 多點約束類型 161
6.4.2 剛性單元 162
6.4.3 自動螺栓預緊 164
6.4.4 約束沖突 165
6.5 單元偏置分析算例 165
6.6 連接單元分析算例 174
第7章 幾何非線性與屈曲分析 184
7.1 概述 184
7.2 幾何非線性分析方法 185
7.3 弧長法與后屈曲分析 187
7.4 后屈曲分析實例 189
第8章 接觸分析 200
8.1 概述 200
8.2 接觸探測方法 201
8.3 變形體的定義 202
8.3.1 變形接觸體的構成 202
8.3.2 MSC Nastran接觸數據格式 204
8.3.3 構成變形接觸體的各類單元 205
8.3.4 在Patran中定義變形體 211
8.4 剛性體的定義 212
8.4.1 剛性接觸體的構成 212
8.4.2 在Patran中定義剛體 215
8.4.3 剛體運動描述 216
8.4.4 描述剛體運動的初始條件 218
8.5 接觸關系的定義 219
8.5.1 接觸關系參數 219
8.5.2 變形體和變形體接觸約束 220
8.5.3 接觸關系的控制 224
8.5.4 在Patran中定義接觸控制參數 228
8.6 分離準則及軟件處理方法 234
8.6.1 分離準則 234
8.6.2 在Patran中定義分離 236
8.7 模擬摩擦 236
8.7.1 滑動庫侖摩擦模型 236
8.7.2 剪切摩擦 237
8.7.3 雙線性摩擦模型 238
8.7.4 其他摩擦模型 239
8.7.5 關于摩擦的其他說明 239
8.8 干涉配合分析 240
8.8.1 分析方法介紹 240
8.8.2 過盈配合分析實例 242
8.9 螺栓預緊分析實例 256
8.10 初始間隙分析實例 271
8.11 起落架結構分析實例 283
第9章 熱分析和熱機耦合分析 294
9.1 概述 294
9.2 熱分析 295
9.2.1 分析功能 295
9.2.2 熱分析常用材料屬性 295
9.2.3 熱載荷和邊界條件 296
9.2.4 非線性熱分析 299
9.2.5 熱分析實例 301
9.3 順序耦合分析 311
9.3.1 順序耦合分析方法 312
9.3.2 順序耦合分析算例 313
9.4 熱機耦合分析 326
9.4.1 熱機耦合分析涉及內容和方法 326
9.4.2 熱機耦合分析算例 329
第10章 非線性動力學分析 346
10.1 概述 346
10.2 非線性動力學分析 346
10.2.1 非線性瞬態響應分析界面接口 347
10.2.2 時間步定義 348
10.2.3 動力學積分方法 348
10.2.4 參數NDAMP和NDAMPM的取值 350
10.3 動力學載荷和邊界條件施加 351
10.3.1 隨時間變化的載荷 351
10.3.2 載荷的組合 353
10.3.3 DAREA卡 353
10.3.4 LSEQ卡片 354
10.4 預載下的葉片模態分析和頻響
分析實例 355
10.5 非線性瞬態動力學分析實例 369
第11章 高級分析專題 381
11.1 裂紋擴展分析 381
11.1.1 虛擬裂紋閉合技術（VCCT） 381
11.1.2 粘接區模擬技術 383
11.1.3 采用VCCT法和粘接區技術模擬
裂紋擴展分析實例 384
11.1.4 采用粘接脫開模擬裂紋擴展算例 396
11.2 慣性釋放分析 402
11.2.1 慣性釋放功能的使用 402
11.2.2 慣性釋放算例 403
11.3 剎車嘯叫分析 405
11.3.1 剎車嘯叫分析介紹 405
11.3.2 剎車嘯叫分析算例 406
11.4 車門下沉分析 414
11.4.1 車門下沉分析內容 414
11.4.2 車門下沉分析算例 415
11.5 重啟動分析 421
11.5.1 重啟動功能使用方法 421
11.5.2 重啟動算例 423
11.6 用戶定義的服務及子程序 426
11.6.1 常用的用戶子程序及分類 426
11.6.2 用戶定義狀態變量 427
11.6.3 用于獲取MSC Nastran 數據的多用途函數 428
11.7 多質量配置功能 430
第12章 常見問題解答與SOL 600功能介紹 433
12.1 SOL 400常見問題解答 433
12.2 SOL 600的功能與特點 438
12.2.1 SOL 600模塊的常用分析功能 438
12.2.2 SOL 600模塊的求解流程 440
12.2.3 SOL 600模塊的應用案例 440
參考文獻 444

1. 輸水管線工程風險管理 [張勇 黨亥生 著]
2. 民用航空飛機標準線路施工 [主編　王志敏　陳明]
3. 不息的水脈—大運河講談錄 [趙珩　著]
4. 實用運籌學 [主編　邢育紅　于晉臣]
5. 三峽梯級電站水資源決策支持系統研究與開發 [姚華明 潘紅忠 湯正]
6. 海南黎族民俗文化鑒賞 [龐國華　著]
7. 石墨烯在太赫茲及中紅外頻段電磁器件設計中的應用 [李艷秀 莊華偉 著]
8. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
9. 辦公自動化高級應用 [陳萍 朱曉玉]
10. 信息處理技術員考試32小時通關 [薛大龍]
11. 電子產品設計案例教程（微課版）—基于嘉立創EDA（專業版） [王靜 莫志宏 陳學昌 丁紅]
12. C程序設計實踐教程 [劉衛國]
13. C程序設計（慕課版） [劉衛國]
14. Web技術開發教程（基于.NET開源MVC框架） [王合闖 韓紅玲 王青正 陳海蕊]
15. 商務英語翻譯教程（筆譯）（第四版） [主編 王軍平]
16. 智慧零售技術與應用 [洪旭 著]
17. 建設工程法規實務 [主編 余瀅]
18. 商務秘書理論與實務（第三版） [主編 張同欽]
19. 程序設計基礎實踐教程（C/C++語言版） [張桂芬 葛麗娜]
20. C++案例項目精講 [主編 楊國興]
21. 勞動爭議處理實務 [主編 王秀卿 羅靜]
22. 工程數學 [主編 郭立娟 王海]
23. 語音識別理論與實踐 [主編　莫宏偉]
24. 信息系統項目管理師章節習題與考點特訓（第二版） [主編 薛大龍]
25. 武術基礎教程 [主編 李代勇 謝志民]
26. 計算機網絡實訓教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
27. 畫法幾何與機械制圖習題集（多學時） [主編 趙軍]
28. HCIA-Datacom認證題庫分類精講 [主 編 韓立剛]
29. SwiftUI完全開發 [李智威 著]
30. 網絡規劃設計師備考一本通 [夏杰 編著]