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Patran/Nastran软件:桌子静力分析实战

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  1. <File> new…,新建db文件,命名为statics001.db,单击OK按钮,进入图形界面。



2 导入文件:点击<File>import…,在弹出的import窗口中,切换到几何模型所在目录,设置源文件source为step类型,选择statics001.stp文件,单击Apply按钮导入几何文件。



3 在弹出的STEP AP203 Import Summary 窗口中直接点击OK按钮。



4 选择平滑渲染模式,并按下鼠标中键,适当旋转视图,可以看到模型渲染图。



5 创建组:点击<Group>create…,在New Group Name即组名中输入geo_desk,鼠标单击Entity Selection下框,点选视图窗中的桌子,也可手工输入solid 3。



6 在Group 下的Action 中选择Post,在Select Groups to Post中点选新建的geo_desk分组,点击Apply按键,视图窗口中即显示桌子模型




观察模型,可以看出当前桌子模型为对称模型,可以只划分1/4部分的网格,然后利用镜像方法获得整体模型网格。下面对桌子的几何模型进行编辑。

7 点击菜单中的Geometry项,右侧RHS Window窗口会弹出Geometry选项卡,在该选项卡下依次选择Create\Point\Interpolate,在Option中选择Curve,在Number of Interior Points中输入1,即在线段中创建中点,勾选Auto Execute项,在Curve List框选择模型视图中的高亮边线,也可直接输入Solid 3.1.3。



8 切换视图为线框模式,可以看到在所选边线上生成了中点,如果中点没有显示出来可以点击一下point size 按键。





9 重复上一步操作,先后生成边线Solid 3.14.6、Solid 3.1.1、Solid 3.1.2、Solid 3.1.4和Solid 3.13.11的中点。









10 利用上述中点编辑桌子几何模型:在Geometry选项下依次选择Edit\Solid\Break,保持Auto Execute为勾选状态,在Solid List中选中桌子几何模型,即Solid 3。点击Break Plane List框,然后选择右侧的3 points for the plane 按钮,依次点击上一步中创建的三个中点,在弹出的窗口中选择Yes For All。这步操作的目的是用三个中点确定的平面切割桌子的几何模型。



11 重复上一步骤,采用另外三个中点切割几何。其中,Solid List 选择上一步生成的半桌模型(Solid 5),三个中点如下图所示。



12 切割完毕后的桌子,隐藏部分不需要的几何:单击plot\erase 按钮,弹出plot\Erase选项,按下shift键的同时依次选择下图所示的两个几何体,然后点击Erase 按钮。



显示的几何模型如下图所示。



13 新建网格组:点击Group Create…,New Group Name 设置为fem,Entity Selection 保持为空,单击Apply 按钮。



14 划分网格:点击菜单栏中的meshing菜单,在右侧的Finite Elements 选项卡中依次选择Create\Mesh Seed\Uniform,选中Element Length(L)项,Length设置为10,框选左侧图形显示区的整个几何模型,点击Apply。



15 单击Create / Mesh / Curve,Topology中选择Bar2 ,Curve List 中选择桌腿的四条外边线(Solid 6.18.6 6.12.4 6.18.8 6.18.5),Apply



16 重复步骤15,划分下横杠的四条外边(Solid 6.16.1 6.21.7 6.13.1 6.20.1)。



17 重复步骤15,划分短上横杠的三条外边(Solid 6.21.1 6.14.1 6.19.1)。



18 重复步骤15,,划分短上横杠的三条外边(Solid 6.1.5 6.1.4 6.24.2)。




19 重复步骤15,划分桌子下底面的一条短边(Solid 6.17.4)。





20 由bar单元扫掠生成面单元,Sweep / Element / Extrude,点击Base Entity List 框,通过框左侧的选择器,依次选择Element -> Beam element,然后框选桌腿的bar单元(Elm 1:20)




单击Direction Vector 框,选择右侧的Base and tip Points,选择桌腿底端点(Point 2115),选择桌腿和桌子下底面交点(Point 2121)(两点连线平行于Y轴,且长度等于桌腿长度)



单击Mesh Control …,选中Element Length(L),并在length=框中输入10,单击OK返回,单击Apply完成桌腿网格划分。



21 重复步骤20,在Base Entity List 中选择下横杠的bar单元(elm 21:40),在Direcition Vector中按照Base and tip points 的方式依次选择两点(Point 2191和Point 2107),单击Apply后生成下横杠网格。




22 重复步骤20,在Base Entity List 中选择短上横杠的bar单元(elm 51:55),在Direcition Vector中按照Base and tip points 的方式依次选择两点(Point 2103和Point 2105),单击Apply后生成下横杠网格。



23 重复步骤20,在Base Entity List 中选择另一个上横杠的bar单元(elm 56:70),在Direcition Vector中按照Base and tip points 的方式依次选择两点(Point 1927和Point 2119),单击Apply后生成下横杠网格。





24 重复步骤20,在Base Entity List 中选择桌子下底面短边的bar单元(elm 71:110),在Direcition Vector中按照Base and tip points 的方式依次选择两点(Point 2111和Point 2151),单击Apply后生成下横杠网格。




25 在Finite Elements 选项卡下选择 Delete Element,在Element List框里选择左侧的Bar Element选项,然后框选所有的bar 单元,点击Apply。




26 在Finite Elements 选项卡下选择 Equivalence / all /Tolerance Cube,点击Apply。





到此我们完成了1/4桌子的风格划分,点击Plot / Erase,然后点击Geometry下的Erase,隐藏所有的几何模型。




27 点击Meshing菜单,进入Finite Elements选项卡,Transform / Element / Mirror,在Define Mirror Plane Normal 框中,点击右侧3 Points for the plane,然后依次点击下横杠右端的三个节点(Node 25,Node 36,Node 30),点击Element List框,选择视图区域的所有单元,单击Apply。



28 重复步骤27,在Define Mirror Plane Normal 框中,点击右侧3 Points for the plane,然后依次点击下横杠右端的三个节点(Node 8515,Node 73,Node 16080),点击Element List框,选择视图区域的所有单元,单击Apply。




29 在Finite Elements选项卡中,Equivalence / All / Tolerance Cube ,点击apply按钮。




30 材料创建: 单击Properties -> Isotropic,在Materials选项卡的Material Name中输入Steel,点击Input Properties… ,在Input Options窗口中的弹性模量中输入2e15泊松比输入0.3,密度输入7.8e-9,单击Apply完成Steel材料的创建。

重复上述步骤,创建名为Plastic 的材料,弹性模量输入500,泊松比输入0.33,密度输入0.75e-9。




31 在Properties 下点击Shell,在Element Properties中的Property Set Name中输入zhuotui,点击Input Properties…,在Input Properties窗口中,点击Mat Prop Name后的图标,选择Steel材料,在Thickness中输入0.8,在Plate Offset中输入0.4,单击OK,返回到Element Properties 选项卡。



点击Select Application Region …




在Select Application Region选项卡中,点击左侧的shell element,点击菜单栏中的YZ视图按键,框选桌子腿和桌子横杠的单元(Elm 111:4060 7661:11610 15211:19160 22761:26710),单击Add按钮,单击Ok按钮,单击Apply按键。



在Element Properties中的Property Set Name中输入zhuomian,点击Input Properties…,在随后的Input Properties窗口中,点击Mat Prop Name后的图标,选择Plastic材料,在Thickness中输入18,在Plateoffset中输入9,单击OK,返回Element Properties选项卡。



点击Preferences -> Picking … ,在Picking Preferences中勾选Enclose entire entity,点击Close。



点击Select Application Region …,在Select Application Region选项卡中点击Shell element 图标,选择桌面对应的单元(Elm 4061:7660 11611:15210 19161:22760 26711:30310),点击Add,点击OK,点击Apply。





33 施加约束和载荷:点击Loads/BCs -> Displacement Constraint,在New Set Name中输入fixed,点击Input Data …,在Input Data 窗口中的Translations <T1 T2 T3>和Rotations<R1 R2 R3>中输入<0 0 0>,点击OK返回。





点击Select Application Region …,在Select Application Region中切换至FEM,点击Select Nodes,框选桌腿最底面的节点(Node 1:11 13:17 20:23 8556:8575 16119:16138 23682:23701),点击Add,点击OK,点击Apply,完成约束的施加。




点击Group -> Post …,在Group 选项卡按下control键的同时,选择default_group和fem组,点击Apply。




点击XZ视图图标。




点击Load/BCs –> Pressure,在Target Element Type中选择2D,点击Input Data…,在Input Data窗口中的Top Surf Pressure中输入2e-3,点击OK返回。




点击Select Application Region…,在Select Application Region窗口中切换至FEM,在Select 2D Elements or Edges选择与屏幕底座对应的单元(Elm 14621:14640 14661:14680 14701:14720 14741:14760 14781:14800 14821:14840 14861:14880 14901:14920 14941:14960 14981:15000 15021:15040 15061:15080 15101:15120 15141:15160 15181:15200 29721:29740 29761:29780 29801:29820 29841:29860 29881:29900 29921:29940 29961:29980 30001:30020 30041:30060 30081:30100 30121:30140 30161:30180 30201:30220 30241:30260 30281:30300),单击Add,单击OK,单击Apply,完成载荷的创建。





34 点击Analysis –> Entire Model,在Job Name 中输入statics001,点击 Apply提交计算。




35 点击 Analysis -> XDB,点击 Apply。




36 点击Results -> Fringe/Deformation,在工况中选择Default,A1:…,在Select Fringe Result中选择Displacements, Translational,在Select Deformation Result中选择Displacements, Translational,点击Apply可看到位移变形图。




在Select Fringe Result中选择stress tensor,点击Apply可看到应力张量图。



勾选Animate可看到应力张量随位移变化的动图。


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