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第1章 动力学分析方法及MSC Nastran基本使用介绍1

1.1 有限元分析方法介绍1

1.1.1 有限单元法的基本思路2

1.1.2 有限元法的计算步骤3

1.1.3 有限元法的进展与应用5

1.2 动力学分析概述6

1.2.1 动力分析过程浏览6

1.2.2 单自由度系统7

1.2.3 单自由度系统无阻尼自由振动8

1.2.4 单自由度系统有阻尼自由振动9

1.2.5 单自由度系统无阻尼简谐振动10

1.2.6 单自由度系统有阻尼简谐振动11

1.2.7 多自由度系统12

1.2.8 有限元动力学建模需要考虑的问题13

1.3 MSC Nastran的由来13

1.3.1 MSC Nastran程序的起源13

1.3.2 MSC Nastran的由来14

1.4 MSC Nastran动力分析功能介绍14

1.4.1 动力分析功能及特性14

1.4.2 MSC Nastran支持的硬件平台17

1.5 MSC Nastran基本应用流程17

1.5.1 前处理17

1.5.2 求解21

1.5.3 后处理22

1.6 动力学模型输入22

1.6.1 MSC Nastran输入文件结构22

1.6.2 MSC Nastran数据卡片格式23

1.6.3 有限元分析手段23

1.6.4 MSC Nastran常用单元形式23

1.6.5 耦合质量与集中质量24

1.6.6 MSC Nastran基本集合的运算28

1.6.7 MSC Nastran基本集合的定义29

1.6.8 模型检查的提示31

第2章 模态分析32

2.1 模态分析目的32

2.2 模态分析理论32

2.3 自然模态与固有频率性质33

2.4 模态能量34

2.5 特征值解法34

2.5.1 跟踪法35

2.5.2 变换法35

2.5.3 兰索士法35

2.5.4 特征值方法的比较35

2.5.5 兰索士法卡片36

2.5.6 模态分析求解控制36

2.5.7 例子37

2.6 动力分析的缩减39

2.6.1 概述39

2.6.2 MSC Nastran中使用的降阶方法39

2.7 刚体模态44

2.7.1 刚体模态的概念44

2.7.2 刚体模态的计算45

2.7.3 支撑自由度的选择46

2.7.4 支撑自由度的检验46

2.7.5 MSC Nastran对刚体模态和刚体向量的计算46

2.8 模态分析实例47

第3章 频率响应分析56

3.1 动力学分析中的矩阵组集56

3.1.1 阻尼矩阵56

3.1.2 直接法58

3.1.3 模态法59

3.2 频率响应分析60

3.2.1 概述60

3.2.2 直接法频率响应61

3.2.3 模态法频率响应61

3.2.4 激励的确定61

3.2.5 模态法频率响应与直接法频率响应的比较69

3.2.6 SORT1和SORT2输出的对比70

3.2.7 频率响应求解控制70

3.2.8 频变弹簧和阻尼器71

3.3 频率响应分析实例74

3.4 频率函数装配84

3.4.1 频响函数的概念84

3.4.2 频响函数装配的概念85

3.4.3 频响函数装配在MSC Nastran中的实现86

3.4.4 频响函数装配实例89

第4章 瞬态响应分析95

4.1 直接法瞬态响应分析95

4.1.1 过程95

4.1.2 直接瞬态响应分析中的阻尼96

4.2 模态法瞬态响应分析96

4.2.1 过程96

4.2.2 模态法瞬态响应分析中的阻尼96

4.2.3 MSC Nastran中模态法瞬态响应分析阻尼的输入97

4.2.4 模态法瞬态响应分析数据的提取98

4.2.5 模态截断98

4.2.6 残余向量98

4.3 瞬态激励100

4.3.1 时变载荷100

4.3.2 载荷的组合101

4.3.3 DAREA卡101

4.3.4 LSEQ卡片102

4.3.5 初始条件103

4.3.6 TSTEP卡104

4.4 直接法瞬态响应与模态法瞬态响应的比较105

4.5 瞬态响应分析实例105

第5章 响应谱与随机响应分析113

5.1 强迫运动113

5.1.1 概述113

5.1.2 瞬态分析中的强迫运动113

5.1.3 瞬态分析中的大质量法113

5.1.4 瞬态分析中的大刚度法114

5.1.5 瞬态分析中的拉格朗日乘子法114

5.1.6 强迫位移实例114

5.1.7 瞬态分析中的直接法118

5.2 响应谱119

5.2.1 概述119

5.2.2 响应谱求解控制120

5.2.3 响应谱应用121

5.2.4 求解控制122

5.2.5 响应谱实例124

5.3 随机响应分析143

5.3.1 概述143

5.3.2 自相关与自谱143

5.3.3 各态历经性随机激励下线性系统响应计算144

5.3.4 MSC Nastran中随机分析的实现146

5.4 随机响应分析实例147

第6章 复特征值分析156

6.1 概述156

6.2 理论156

6.3 MSC Nastran中的实现156

6.4 求解控制157

6.4.1 执行控制157

6.4.2 工况控制157

6.4.3 数据模型157

6.5 复特征值分析实例157

第7章 使用超单元的正则模态分析165

7.1 超单元的概念与定义165

7.1.1 超单元的概念165

7.1.2 在MSC Nastran中定义部件超单元165

7.2 例题：钢的冲压166

7.2.1 模型及参数166

7.2.2 例题的模型定义166

7.3 超单元应用说明176

7.3.1 求解过程176

7.3.2 静凝聚理论176

7.3.3 使用超单元分析的优点177

7.3.4 超单元分析的缺点177

7.3.5 流程区别178

7.4 动力分析中可用的超单元缩减方法182

7.4.1 缩减程度对比182

7.4.2 演或静态缩减182

7.4.3 各种缩减方法的优点183

7.4.4 使用静态缩减的正则模态计算183

7.4.5 使用超单元动态缩减的正则模态计算183

7.5 MSC Nastran的超单元输入卡片184

7.5.1 超单元的内部广义自由度卡：SENQSET184

7.5.2 标量点定义卡：SPOINT184

7.5.3 广义自由度定义卡：QSET185

7.5.4 QSET卡的替代格式：QSET1186

7.5.5 固定分析自由度的定义卡：BSET186

7.5.6 BSET卡的替代格式：BSET1187

7.5.7 自由的边界自由度定义卡：CSET188

7.5.8 CSET卡的替代格式：CSET1188

7.6 默认的部件模态综合方法——固定边界法189

7.7 手工求解示例190

7.8 超单元分析实例195

第8章 动力学建模选项204

8.1 概述204

8.1.1 动力分析的策略204

8.1.2 规划分析204

8.2 质量建模205

8.2.1 质量的基本定义205

8.2.2 质量数据输入选项205

8.2.3 耦合的质量矩阵项206

8.2.4 移动坐标系的质量效应207

8.3 阻尼效应建模209

8.3.1 粘性阻尼210

8.3.2 结构阻尼210

8.3.3 模态阻尼211

8.3.4 非线性阻尼213

8.4 附加点和传递函数213

8.4.1 EPOINT集214

8.4.2 模态变换214

8.4.3 直接矩阵输入215

8.4.4 传递函数215

8.4.5 Pickups和变换器216

8.4.6 高阶传递函数216

8.4.7 实例217

8.5 非线性载荷函数220

8.5.1 标准瞬态求解理论221

8.5.2 非线性弹簧实例221

8.5.3 依赖于速度的非线性力222

8.5.4 非线性瞬态求解的顺序223

8.5.5 采用NOLIN1输入时的建议223

8.5.6 应用实例——旋转结构的耦合224

8.6 动力分析模型调试226

8.6.1 建模要点226

8.6.2 测试动力模型227

8.7 MSC Nastran大模型高性能计算241

8.7.1 常用计算参数设置242

8.7.2 自动部件模态综合法242

8.7.3 分布式内存并行计算设置243

第9章 非线性正则模态244

9.1 带微分刚度的正则模态244

9.2 有预载荷结构的正则模态示例245

9.2.1 使用SOL 106计算245

9.2.2 使用SOL 103计算251

第10章 动力优化设计256

10.1 基本知识256

10.1.1 优化设计的概念256

10.1.2 优化设计的作用256

10.1.3 MSC Nastran中“优化设计”的基本特性256

10.1.4 MSC Nastran结构优化的优势256

10.1.5 MSC Nastran支持的优化功能256

10.1.6 MSC Nastran支持的优化类型257

10.1.7 基本优化问题的描述257

10.1.8 MSC Nastran中设计优化的输入控制段257

10.1.9 优化问题中常用的模型数据段输入卡258

10.2 实例258

10.2.1 使用自然模态分析的优化设计258

10.2.2 使用频率响应的优化实例267

10.2.3 基于结构平均柔度和一阶频率的拓扑优化271

第11章 试验—分析的相关性275

11.1 试验—分析相关性的介绍275

11.2 完整的试验—分析过程275

11.2.1 试验前的规划275

11.2.2 试验后的评估276

11.3 模型的改进281

11.3.1 强制的人为干预法281

11.3.2 灵敏度矩阵法281

11.3.3 设计优化法282

11.3.4 应用举例282

第12章 动力学设计分析方法285

12.1 概述285

12.2 理论背景285

12.3 DDAM分析287

12.3.1 分析流程概述287

12.3.2 使用MSC Patran前处理器进行DDAM分析287

12.3.3 应用实例289

第13章 噪声分析294

13.1 MSC Nastran噪声分析的理论背景294

13.2 使用MSC Nastran进行噪声分析294

13.2.1 噪声学基础介绍294

13.2.2 MSC Nastran流固耦合分析295

13.2.3 MSC Nastran外噪声分析297

13.3 应用实例298

13.3.1 MSC Nastran内噪声分析案例298

13.3.2 MSC Nastran外噪声分析案例318

第14章 高级非线性分析SOL400354

14.1 概述354

14.2 非线性理论354

14.2.1 非线性分析354

14.2.2 非线性方程组的迭代方法355

14.2.3 非线性瞬态响应分析的时间积分方法360

14.3 非线性瞬态响应分析的控制卡片362

14.4 瞬态动力响应分析实例364

第15章 显式非线性分析SOL 700374

15.1 概述374

15.2 显式积分求解算法的原理375

15.3 侵彻分析实例375

15.4 碰撞分析实例391

15.5 金属射流分析实例401

15.6 容器中的爆炸分析实例448