干货 | Patran/Nastran有限元分析流程

0 前言

MSC Patran/Nastran是世界上使用最广泛的有限元分析前/后处理软件，可以为ANSYS、Nastran、Abaqus、LS-DYNA等多个解算器提供实体建模、网格划分、分析设置及后处理，广泛应用于声学、热学、电磁学、多体动力学、流体动力学、碰撞动力学及结构分析等方面。该软件计算和分析能力极其强大，非常适用于工程相关领域有限元分析。

Patran是美国MSC公司发布的最新广泛使用的有限元分析软件。在实际应用中，该软件可以为用户提供业界更完整的有限元建模解决方案。在功能上，为用户提供实体建模、网格划分、分析设置等。就应用范围而言，它广泛应用于Nastran、ABAQUS、LS-DYNA、ANSYS等建模。

Nastran是美国MSC公司开发的大型通用结构分析软件，具有统一的数据组织架构和全面的结构分析功能，主要包括线性分析、动力学分析、非线性分析、冲击分析、优化设计、热传导及热力耦合分析、气动弹性及颤振分析等。

Patran/Nastran是开展仿真分析必不可或缺的工具之一，已经被广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、铁道、机械、制造业、电子、建筑、土木、国防、生物力学等各个行业。对于想进国防、军工等重点研究所工作的同学，熟练掌握该软件绝对是一个加分项。

前述文章详细讲述了ANSYS的操作步骤及使用技巧，如ANSYS Workbench线性结构静力分析实例操作、干货 | ANSYS Workbench瞬态分析时间步设置方法、ANSYS Workbench结构拓扑优化方法等，本文将详细介绍Patran/Nastran有限元分析流程。

1 建立数据库文件

步骤1： 启动Patran后，选择File-->New，弹出Database窗口，在查找范围中选择存储分析文件的文件夹，在文件名中输入一个名字，点击OK；

步骤2： 单击Preferences，打开Analysis Preference面板，设置Analysis Code --> Nastran，Analysis Type --> Structural，单击OK 。

2 导入几何模型

步骤1：点击菜单File-->Import，弹出Import窗口，在窗口右上角设置Object 为 Model，Source为SolidWorks（或其它三维软件）；

步骤2：点击窗口右下角的SolidWorks options，设置model unit为1000millimeters；

步骤3：在左侧浏览文件目录中选择三维模型，点击Apply，导入几何模型。

3 有限元网格划分

步骤1：单击meshing，进入有限元网格划分面板；

步骤2： 单击meshers中的solid图标，右侧设置action - create，object - mesh，type - solid，elem shape - tet，mesher - tetmesh，topology - tet 10；

步骤3： 在input list中选择左侧视图窗口的实体，在尺寸控制选项中，勾掉automatic calculation，输入适当的单元尺寸，点击Apply。

4 施加约束和载荷

步骤1：单击Loads/BCs，进入施加约束和载荷面板；

步骤2： 单击nodal中的displac ement constraint，设置action-->create，object-->displacement，type-->nodal；

步骤3： 在new set name中输入约束名称（如SPC），单击input data按钮，设置需要约束的自由度；

步骤4： 单击select applicationregion按钮，设置select 为 geometry，在select geometry entities选择约束点/线/面/体， 单击Add、OK、Apply。

步骤5：单击element Uniform中的total load按钮，设置action - create，object - total load，type - element Uniform；

步骤6： 在new set name中输入载荷名称（如load），设置target element type- 3D，单击input data按钮，设置载荷；

步骤7： 单击select application region按钮，单击右侧曲面标 准图标，并通过select solid faces在左侧视图窗口选择承载面，单击add、OK、Apply。

 5 设置材料特性

步骤1：单击properties按钮，进入单元属性面板；

步骤2： 单击isotropic，设置action - create，object - isotropic，method - manual input；

步骤3： 在material na me选项中输入材质名称，点击input properties，打开input option面板，设置constitutive model - linearelastic，设置材料密度、弹性模量、泊松比、线膨胀系数、热导率等物理性能参数，依次点击OK、Apply，完成材料创建。

 6 定义单元属性

步骤1：单击3D properties中的solid按钮，在property set name中输入文件名，设置options - standard formulation；

步骤2： 单击input properties，打开input properties面板，单击mat prop name右侧的图标打开select material面板，选择定义好的材料，单击OK；

步骤3： 点击select application region，在select members中选择左侧视图窗口中的三维实体，依次单击add、OK、apply。

7 求解

步骤1：单击analysis工具按钮，进入分析面板。 单击entire model按钮，设置action - analyze，object - entire model，method - full run，设置文件名job name，工况名subcase，并选择工况select subcase；

步骤2： 单击solution type按钮，设置分析类型，依次单击OK、Apply，这样patran将有限元模型提交给nastran进行运算求解。 求解完成后，nastran会输出.op2和.XDB两个文件作为patran的输入。

8 后处理

步骤1：读入计算结果。 单击analysis工具按钮，进入分析面板。 单击面板中的XDB按钮，设置action - access results，object - attach XDB，method - result entities； 单击select results file按钮选择文件后缀为.xdb的文件，依次单击OK、Apply，将nastran的分析结果读入到patran中。

步骤2：显示位移云图。单击result工具按钮，进入结果面板。单击fringe/deformation按钮，设置action - create，object - quick plot，select fringe result -displacemen t translational，select deformation result - displacementtranslational，单击apply，显示位移云图。

步骤3：显示应力云图。单击result工具按钮，进入结果面板。单击fringe/deformation按钮，设置action --> create，object --> quick plot，select fringe result --> stresstensor，quantity --> vonmises，select deformation result -->displacement translational，单击apply，显示应力云图。

文章来源：纵横CAE