NASTRAN 2018 静力学问题处理：加载与求解技巧


参考资源链接：[MSC Nastran 2018官方快速参考指南](https://wenku.csdn.net/doc/6401abd2cce7214c316e9a01?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. NASTRAN 2018静力学问题概述

静力学作为固体力学的一个分支，主要研究在静载荷作用下物体的力学响应。在工程实践中，静力学分析是评估结构设计是否合理、稳定和安全的重要工具。NASTRAN作为一种专业的有限元分析（FEA）软件，提供了强大的静力学分析功能，使工程师能够模拟并预测各种结构在静力作用下的响应。本章将带您进入NASTRAN 2018的世界，通过介绍静力学分析的基本概念和原理，为您深入探讨NASTRAN中的静力学问题打下坚实的基础。

# 2. NASTRAN 2018中的载荷定义与应用

## 2.1 载荷类型和静力学载荷的基础

### 2.1.1 静态载荷与动态载荷的区别

在结构分析中，载荷是引起模型响应的根本因素之一。静态载荷指的是在分析过程中，其大小、方向和作用位置保持不变的载荷。与之相对的是动态载荷，它会随时间变化，或以循环、冲击等形式出现。静态载荷分析假设模型在加载过程中变形足够小，以至于不影响结构的刚度特性，而动态载荷分析则需考虑惯性力和阻尼效应的影响。

### 2.1.2 常见的静态载荷类型介绍

在NASTRAN 2018中，常见的静态载荷类型包括集中载荷、分布载荷、温度载荷等。集中载荷通常表示为作用在有限面积上的力，适用于模拟点载荷效应；分布载荷则作用在一定面积或体积上，如均布载荷、线性分布载荷等，常见于模拟压力或重力的作用；温度载荷则通过模型的温度变化来引起热应力。

## 2.2 载荷步与载荷工况设置

### 2.2.1 载荷步的概念和配置方法

载荷步是指在有限元分析中，以一系列离散时间点对模型施加不同载荷的状态。在NASTRAN中，载荷步的配置允许用户描述分析过程中的逐步加载情况。通过定义不同载荷步，可以模拟结构在受到随时间变化的载荷或约束条件下的响应。配置方法通常涉及到在输入文件中编写时间、载荷、边界条件等参数的改变。

### 2.2.2 多载荷工况的模拟与管理

载荷工况是指在分析过程中需要考虑的不同载荷组合，通过定义不同的载荷工况，可以模拟结构在各种不同加载条件下的行为。在NASTRAN中，可以通过载荷卡片来创建多个载荷工况，并通过工况号来管理它们。管理多个载荷工况有助于评估不同工作状态下的结构响应，这对于设计验证和安全评估至关重要。

## 2.3 边界条件和约束

### 2.3.1 边界条件的分类及应用

边界条件用于定义模型的物理限制，它确定了模型在何处以及如何与外界相互作用。在NASTRAN中，边界条件可以分为固定约束、滑移约束、周期性边界条件等。固定约束即完全阻止所有自由度的运动，滑移约束允许沿特定方向的移动，而周期性边界条件则用于模拟无限大或周期性结构的有限部分。

### 2.3.2 约束的定义及其在模型中的实现

在NASTRAN中定义约束需要考虑模型的实际应用情况。例如，对于一个地面支撑的桥梁模型，可能需要在支撑点定义固定约束。约束的定义通常涉及到选择适当的节点和自由度，然后赋予相应的约束值。在实际操作中，需要根据模型的特性来合理设置约束，从而确保分析结果的准确性和可靠性。

*BEGIN BULK
GRID, 1, 0, 0, 0
GRID, 2, 1, 0, 0
SPC1, 101, 123456, 1, 0.0, 0.0, 0.0
SPC1, 102, 123456, 123456, 0.0, 0.0, 0.0
*END BULK

在上述代码块中，使用了`GRID`命令来定义节点位置，`SPC1`命令来设置约束。`SPC1`命令后跟随的数字是自由度编号，代表被约束的方向。例如，`123456`表示所有六个自由度（X, Y, Z方向的平动和转动）均被约束。

接下来，将会介绍如何使用NASTRAN 2018进行具体载荷定义，并提供相关操作步骤和最佳实践。

# 3. NASTRAN 2018求解器的选择与应用

## 3.1 NASTRAN求解器类型和特点

### 3.1.1 静力学分析常用的求解器简介

在进行结构的静力学分析时，选择合适的NASTRAN求解器是非常关键的一步。NASTRAN拥有多种求解器，它们各有其特点和适用的场景。基础求解器如SOL101（线性静态分析）和SOL105（非线性静态分析）是最常用的。

- SOL101是进行线性静态分析的主要工具，它可以解决大多数简单至中等复杂度的静态问题，非常适合用于基础的结构分析，如建筑结构、简单机械零件的应力分析。
- SOL105则扩展到了非线性静态分析的范畴，适用于那些包含大变形、材料非线性或接触非线性的复杂问题。

对于更高级的分析，比如动力学响应，还有SOL103（线性动态分析）和SOL129（非线性动态分析）等，这些求解器在处理静力学问题时能够提供额外的动态数据。

### 3.1.2 各求解器适用的工程问题场景

选择合适的求解器不仅取决于结构的复杂程度，还与具体工程问题的场景有关。例如：

- 在桥梁设计中，由于通常涉及大型结构和复杂载荷，SOL101是最常用的求解器，因为它能够提供线性条件下的足够精度。
- 在汽车碰撞分析中，由于变形极大，SOL105更适用于此类非线性静力学问题的求解。
- 对于大型结构的疲劳分析，除了需要求解应力和变形之外，还需要考虑材料的循环载荷下的行为，SOL106（线性屈曲分析）和SOL153（非线性屈曲分析）可能更为适合。

## 3.2 求解控制与输出要求

### 3.2.1 求解过程的监控与控制

在NASTRAN中，求解过程的监控与控制主要通过DECK命令和参数设置来实现。为了确保求解的稳定性和精度，可以对求解器的迭代过程进行细致的控制。

例如，可以利用`SOLCONTROL`参数来开启或关闭求解控制，`ITERATIONS`参数用于设定求解器最大迭代次数，而`CONVERGE`参数则定义了收敛的标准。在某些情况下，还可以通过自定义子程序（如UPTIM和DTM）来进一步控制