HyperMesh与Nastran接口实例-杆件系统

简单的杆件系统

(作者:武汉老向 Email: hg_boy@sian.com.cn)

问题描述:

有一如图1所示的杆件系统，其左下节点1固定，右下节点7放在水平地面上。在其中三个节点上同时施加水平方向和垂直方向的作用力,其中水平作用力Fx=-1300 lbf,垂直作用力Fy=-1500 lbf,分析杆件系统的受力情况.

本实例来自MSC公司的培训教程，原教程是讲解如何用Patran做前处理,老向在这里直接取用,便于验证计算结果是否对得上,需要注意的是,例中的所有单位都是采用的英制单位.

图1. 杆件系统

图2.杆件系统受力图

准备工作:

先启动Hypermesh8.0, 在启动时弹出的”User Profile”对话框中选择”Nstran”作为profile.如下图所示:

图3.User Profile.

然后选择Nastran的模板.具体操作如下:点击菜单Preference,选择”Global Parameters”菜单项,点击下图所示的”Load…”按钮,从弹出的文件选择对话框中选择Nastran模板.

图4.模板选择

1. 创建材料属性.

材料总是要用的,先把材料准备好. 点击工具栏上的

图标,组件类型选择”materials”, card image 选

择”MAT1”,name后面输入”mat_steel”作为该材料的名字。

然后点击”create/edit”按钮,进入如下界面:

图5.材料定义

点击[E],[NU],出现文本框,在文本框中分别输入1.76e6,0.3,这两项分别是弹性模量和泊松比系数,输入完毕后返回主界面. 2. 创建节点.

因为模型比较简单,直接手工创建节点,然后创建单元.模型中一共有7个节点,节点的坐标见下表:

1 2 3 4 5 6 7

x y x 0 0 0 144 72 0 192 0 0 288 144 0 384 0 0 432 72 0 576 0 0 表1.节点坐标

按下快捷键”F8”，进入节点创建界面：

依次输入表1中的各个节点的x,y,z坐标值，然后点击”create node”按钮根据输入的坐标值创建节点，节点全部创建完后，如下图所示： （提示：在每次创建完一个节点后，按一下键盘上的“F”键，可以调整平面上节点的显示，使之充满整个屏幕，这样也便于观察所创建的节点的位置是否正确。）

3. 创建单元。

接下来创建杆单元,也就是Nastran里面的CROD单元。我们先看看CROD单元的卡片格式：

其中PID是一个索引号，它指向一个用PROD关键字所定义的杆的截面的属性。

所以，在创建CROD单元之前，必须先创建好杆的属性。

1) 创建杆的属性。 点击工具栏上的

按钮，

组件的类型选择”properties”，name后面输入字符串”prop_rod”作为该属性的名字，点击“card image”按钮，选择”PROD”属性，点击“material”按钮，选择先前已经创建好的名为”mat_steel”的材料。 然后点击”create/edit”按钮，进入如下界面：

在此界面中，我们可以输入和杆件截面形状和尺寸有关的一些数值，在本例中，我们只用到杆件的横截面积，所以，如上图，点击[A]，然后在出现的文本框中输入5.25，5.25是杆件的横截面积大小，输入完毕后，返回主界面。

2）创建一个组，用来存放即将创建的CROD单元。

Hypermsh中，任何单元，材料，属性等，必须存放到相应的组中，在这里，我们创建一个名字为elem_rod的组来存放我们的CROD单元。

点击点击工具栏上的

按钮：

组件的类型选择”components”，name后面输入“elem_rod”，点击颜色按钮，根据自己的喜好为单元选择一种颜色，“card image”选择”no

card image”，然后点击”create”按钮创建该组，然后返回到主菜单界面。注意：因为是杆单元，我们之前已经创建好了一个prop_rod属性来描述杆的属性了，所以，这里无须再定义card image了。

(假如这里创建的是用来存放实体单元的组，则card image必须要选择PSOLID，如果是存放壳单元的组，card image就得选择PSHELL，总之，要根据具体情况具体分析，这里新手容易出错和犯迷糊的地方。)

2) 创建杆单元。

在创建杆单元之前，先要设置一下单元类型。操作路径：2dÆelem types ,进入如下界面，选择“1D”,

点击”rod”按钮，选择CROD，然后返回到主界面。

注：因为hypermesh中，CWELD,CTUBE,CONROD这几种单元类型，都是通过主界面中的rod面板来创建的，所以，这里选择CROD，则后面通过主界面创建出来的所有的单元的类型都为CROD。

当然，你也可以先把单元创建好，然后再到这里根据单元的实际类型，Update一下。

在主界面中，1DÆrods,进入如下界面：

点击property按钮，你会看到我们之前创建好的名为prop_rod的属性，选择它。

然后在屏幕上两两选择组成单元的节点，则单元自动被创建并显示在屏幕上，如下图所示：

注意：每个单元上面有“CROD”字符串作为标识，表明你创建的单元是CROD类型。 4. 创建载荷。

2，4，6号节点同时受到水平和垂直方向的作用力。如果为了省事，可以建立一个载荷组，把所有的力全部放到这个组中，但是，这样对载荷的修改就很麻烦，而且也不便于单独引用某一个载荷。在更一般的情况下，不同的载荷最好单独存放到不同的载荷组中。

这里建立两个组f_x, f_y，其中f_x用来存放所有的x方向的力，f_y用来存放y方向的力，然后再创建一个新的组f_xy，通过“LOAD”关键字，把f_x, f_y两个组的载荷叠加后放到f_xy组，在载荷步中引用载荷的时候，直接使用f_xy即可。(为什么要进行叠加？这个是和

Nastran求解器的结构有关的。在nastran的一个工况中只能指定一个载荷组，而本结构中，两个载荷组是同时施加的，所以，必须把两个载荷组叠加到新的载荷组中，在工况中指定新的载荷组。) 1) 创建水平载荷。

先创建载荷组f_x，用于存放载荷。 点击点击工具栏上的

按钮，进入如下界面：

组件类型选择“load collectors”，name 后面输入“f_x”作为载荷组的名字。Card iamge选择no card image, 点击颜色按钮，给载荷组选择一种颜色，然后点击”create”按钮，返回主界面。 在主界面中:

AnalysisÆforces,进入如下载荷定义界面：

选择要施加载荷的三个节点，即编号为2，4，6的三个节点。 力的方向选择x-axis,magitude后面输入-1300，此为力的大小。 Uniform size旁边的文本框中输入一个适当的数值，这个值是用来调整屏幕上代表力的箭头的大小的，这里可以输入100。 2) 创建垂直载荷。

先创建载荷组f_y,操作步骤参考上面的创建水平载荷组f_x的过程。

回到主界面，创建垂直方向的力，具体操作参考前面的水平力的施加。

选择2，4，6三个节点，选择y-axis,力的大小输入-1500，点击“create”按钮，最后返回主界面。

正确施加水平和垂直载荷后，屏幕上应该如下图所示：

5．创建约束。

结构的左下节点(1号节点)是固定的，因此，该节点应该被完全固定，也就是6个自由度全部约束住。

右下节点(7号节点)是放在水平地面的，因此，Y方向的移动自由度UY(2)被约束住。

本来，对于这个问题，可以创建一个load collector,然后把所有的约束都放到一个载荷组里面。但是，更一般的情况，应该把各种不同的约束单独存放，方便以后修改和使用。这里把节点1和节点7处

的约束分别单独放到两个不同的load collector中，然后再创建一个新的载荷组，通过SPCADD关键字，把这两个载荷组叠加到新的载荷组中。(为什么要叠加？理由和载荷组的叠加类似，不再重复。) 1) 创建载荷组bc_fixed。

载荷组类型选择”load collector”, name后面输入“bc_fixed”，card image选择no card image，点击颜色按钮，选择一种颜色来显示该组，然后点击”create”，然后点击”return”返回主界面。

在主界面中，Analysis-Æconstrains,进入如下约束定义界面：

在屏幕上选择1号节点，因为节点是被完全约束住的，所以，把dof1-dof6全部勾选。在size按钮旁边的文本框里输入适当的数值，用于调节屏幕中代表约束的三角形符号的大小，这里输入50。然后点击”create”按钮，最点击”return”按钮返回。 2) 创建载荷组bc_support。 操作步骤参考前面的。

在主界面中，Analysis-Æconstrains,进入如下约束定义界面：

在屏幕上选择7号节点，只勾选dof2，然后点击”create”并返回主界面。

6.创建载荷组”BC”,把bc_fixed, bc_support两个约束载荷组叠加到”BC”组中。

先创建一个新的载荷组”BC”：

组件类型选择“load collector”，name后面输入”BC”作为载荷组的名字，注意：此处与前面不同的是card image要选择“SPCADD”,然后点击”create/edit“按钮，进入如下界面：

先在最下边的SPCADD_Num_Set旁边的按钮中输入2，2代表有两个载荷组要进行叠加，输入之后，上面会出现两个黄颜色的按钮S(1),S(2)，点击S(1)按钮2次，

从上图中选择之前已经创建好的bc_fixed组。

类似地，点击S(2)按钮两次，从列表中选择bc_support组。最后返回到主界面，这样，bc_fixed,bc_support这两个组通过SPCADD关键字被叠加到了”BC”这个载荷组中。

7.创建“Fxy“载荷组，把f_x,f_y这两个组叠加到”Fxy”组中。

组的类型选择”load collector”, name输入Fxy，card image选择”LOAD”,LOAD关键字的作用是把载荷按照一定的权重进行叠加。 然后点击”create/edit“，进入如下界面：

首先要在最下边的LOAD_Num_Set旁边的文本框中输入2，表示有两个载荷组参与叠加。界面上方会相应的出现2个黄颜色的按钮。 先在界面上方所有的文本框中输入数字1, 数字1代表参与叠加的载荷组的权重。

然后点击第一个黄色按钮”L1(1)”两次:

从出现的列表中选择f_x这个组。

类似的，点击黄色按钮L1(2)两次，从出现的列表中选择f_y。然后返回主界面。这样，f_x, f_y这两个组就通过”LOAD”关键字叠加到了Fxy这个新的组中。

8.创建分析工况。

在前面载荷和约束已经全部创建好了，现在可以创建工况了。 在主界面中，AnalysisÆsubcase,进入如下界面：

Name后面输入一个字符串代表工况的名字”LC1”， Type选择分析类型为linear static,也可以使用默认的Generic. 点击SPC旁边的”＝”按钮，从出现的列表中选择“BC”这个组； 点击LOAD旁边的”=”按钮，从出现的列表中选择“Fxy”这个组。 注意：出现在文本框中的数字是你所选择的载荷组的编号，由于操作顺序等原因，你的文本框中的序号可能和上图中的不一致，这是正常的，你只要确保选择的是”BC”, “Fxy”这两个组就没问题。 9.定义控制卡片。

在主界面中，AnalysisÆcontrol card，进入如下界面：

1) 点击SOL按钮：

选择statics,返回到之前的界面。 2）选择PARAM按钮:

勾选下方的AUTOSPC, 点击上面的[POST_V1],编辑文本框中的数值为-2。返回到之前的界面。说明：此设置是为了让Nastran输出.op2文件，以便后面在hyperview中做后处理。 2) 选择Global_Case_Control按钮:

首先要勾选界面底部的OutPut项，勾选后，Output下面会出现一系列分支选项，从中勾选Displacement,勾选后，Displacement下面也会出现一些分支选项，勾选其中的Arguments选项，再勾选Arguments的分支选项中的Argument2，此时注意到界面上方会出现

这一行。

点击图中括号“()“中的按钮，选中”PRINT,PUNCH”这一项。 类似的，在OutPut的分支选项中选择STRESS,ELFORCE,SPCFORCE,并进行类似的操作，直到得到如下图所示的结果：

退出，回到主界面。说明：这些设置，是为了在.pch文件和f06文件中输出指定的结果。

10. 导出Nastran求解器可以识别的输入文件。 点击工具栏上的

图标：

选择export。

点击“write as…“，指定输入文件名字为truss.inp（或者turss.bdf, truss.dat,名字可以随便取的。）

11.运行Nastran,指定输入文件为truss.inp。

Nastran运行结束后，工作目录下会生成truss.pch,turss.op2,truss.f06等文件，后面将讲述如何使用hyperview和hypermesh做后处理。 12.使用HyperView做后处理。

使用hyperview做nastran的后处理，结果文件可以直接使用nastran生成的.op2文件，也可以把nastran生成的.pch文件在hypermesh中转化为hypermesh,hyperview都可以使用的.res格式后再用来做后处理。这里讲述前者。 1) 启动hyperview8.0.

点击Load model旁边的按钮，从文件对话框中选择之前生成的truss.inp文件或者turss.dat/turss.bdf文件。

点击Load results旁边的按钮，从文件对话框中选择nastran计算得到的truss.op2文件。

点击”Apply”按钮，读入模型文件和结果文件，如果你的模型文件后缀用的是.inp，则有可能会弹出一个如下图的对话框：

选择下面的“NASTRAN/OptiStuct Model Input Reader“,然后点击OK。 模型成功导入后，如下图所示：

2) 查看位移结果云图：

点击工具栏上按钮：

Result type选择Displacement,下面选择Mag，这表示总的位移，然后点击Apply，即可看到位移云图

3) 查看支反力。

4) 查看单元轴向内力：

5) 查看杆单元中的应力：

HyperView里面还有很多其他的名堂，需要自己慢慢探索。 由于这个例子比较简单，hyperview中的一些功能暂时还用不到。

结束语：

这个例子虽然很简单，但麻雀虽小，肝胆俱全，通过这个例子，可以很好的学习Hypermesh与Nastran的接口应用。

由于时间短，做的比较粗糙，错别字不少，后面的插图都懒得一一编号了，不影响阅读就行了，大家凑合着看吧，如果有错误或者不妥之处，欢迎大家指正。等我有空的时候再做一个复杂点的例子。有

空还想做几个HM和Abaqus的接口应用的例子。

例子虽然小，要描述清楚，也很费力，也花费了老向不少的休息时间，转载时请注明，请尊重我的劳动。