Hypermesh调用Nastran模态分析小技巧

写在前面

以前我都是使用Hypermesh 划分好单元后，导出.bdf文件，再打开Patran 新建一个db，导入bdf后再设置求解相关参数，再求解。这样未免麻烦了一些，毕竟打开Patran还是要加载挺久的，于是我在想，能不能用Hypermesh设置好求解相关参数后导出.bdf直接提交给Nastran求解器 求解？

赶紧上网搜了一下，确实可以这样操作，也不复杂，主要是通过Hypermesh往.bdf文件里写入Card卡片 实现。但网上的方法有点杂乱，没讲清楚各Card卡片的设置是干嘛的，有些设置甚至有错误，所以我自己搞清楚后，整理了一下，发到知乎上，方便自己和各位同行参考。

也欢迎各位同行多交流，有写错的地方烦劳指正。

正文

以一个简单的梁模型为例子，如下图所示。已经利用Hypermesh划分好了网格，其他还什么都没干，可以看到最左边的Model View栏里只有Compoent、Materials和Properties。

接下来要给这个梁设置约束。（当然，如果是求解自由模态，那就不需要设置约束了）

1.设置约束

点击Analysis->constraints，约束一端的六个自由度，成为悬臂梁。

左边的Model View栏里出现了Load Collectors，我们把这个约束命名为Fixed（当然不重命名也没事，只是重命名可以看着更直观）。

平时到了这步，我就会把模型导出成.bdf然后导入Patran再求解了。

但如果想导出的.bdf文件直接提交Nastran求解器求解，还需要接下来几步的设置。

说白了，我们进行一系列设置，其实本质就是用Hypermesh在.bdf文件里写一些语句，这些语句会告诉Nastran求解器，我们要算模态，用什么算法算模态，计算的模型长啥样。

比如这一步设置的约束，其实就是在.bdf文件里写入了这样的语句

SPC 1 1 123456 0.0

这个语句的意思是，创建了一个SPC约束 （Single-Point Constraint 单点约束）

第一个数字表示这个SPC约束的ID是多少，这里是1

第二个数字表示约束作用在几号节点，这里是1，就是约束作用在1号节点

第三个数字表示约束的方向，123456就表示约束了x、y、z、rx、ry、rz（r是rotation转动方向）

第四个数字表示约束大小，这里是0.0，表示约束大小均为0.0。就是不能动的意思了。

2.设置求解器关键字EIGRL

刚才我们设置的是模型的约束，告诉了Nastran哪些节点是不能动的。我们还需要设置对求解方法的“约束”，什么叫对求解方法的“约束”？

听着一头雾水，其实很简单，连续体模态是无穷多的，总不可能你告诉求解器你要算模态了，然后求解器就一直计算，给你算几万个模态出来吧？那计算机都要累死了，所以我们要告诉求解器，对于求解方法也有一些“约束”，比如告诉求解器，你只算前10阶模态就可以了，然后你用某某算法就可以了，这就是对求解方法的“约束”。

所以，我们还是在刚才创建约束的Load Collector里新建一个“约束”。操作方法如下：

在Model View里右键Creat->Load Collector，然后给这个新的Load Collector设置Card Image为EIGRL。EIGRL的意思是，计算Eigenvalue(特征值)，特征值是Real(实数)形式的，算法是Lanczos。

我重命名了一下为FreqConfig（当然不重命名也没事，只是重命名可以看着更直观）。这时会看到多了一些参数

其他几个不是那么重要，最主要是这几个：

V1，求解特征频率的下限

V2，求解特征频率的上限

ND，求解特征频率的个数

NORM，特征向量归一化方法，默认MASS就好，即按质量归一化

比如我这里填的是V1是1，V2是1000，然后ND是10，意思就是计算这个模型，从1到1000Hz频段内找到10个模态频率。当然，V1、V2可以不填，只填ND，这样就是从0开始一直往高频率找，找够10个就停止计算。

设置完后，导出的.bdf文件里就会多出一行

EIGRL 2 1.0 1000.0 10 MASS

EIGRL后第一个数字表示这个EIGRL在Load Collector里的ID，这里是2

后面几个数字意思就很明显了，和我们设置的频率范围是一样的顺序，就不赘述了。

这个其实就是在.bdf文件里告诉Nastran求解器，你需要用Lanczos求解实特征值，求解多少个特征值。

3.设置载荷步（即Nastran的Subcase）

接下来我们就要创建Nastran里的Subcase计算工况了，而Hypermesh里面叫法不太一样，HyperMesh里叫做载荷步Load Step。

所以在Model View里右键Creat->Load Step，这样就创建好了一个Subcase或者说是Load Step。可以看到里面有很多参数可以选择，首先我们要改的是Analysis type分析类型。可以选择默认的Generic（通用）或者换成Normal modes（模态），都是一样的，唯一不同是选后者选项会少很多，方便设置。

接下来要设置两个选项就行，一个是SPC单点约束，另一个是Method(Struct)求解方法（结构动力学）。SPC选择对模型的约束Fixed（即第一小节里的设置），Method(Struct)选择对求解方法的“约束”FreqConfig（即第二小节里的设置）。

这个操作就是告诉求解器，这个计算工况，是要用什么样的约束和什么样的求解方法来计算。

然后在底下的Subcase Option里找到OUTPUT选项，告诉求解器你要输出什么东西。不然求解器会一股脑给你输出好多你不关心的东西。

我们是做模态分析，所以我最想知道的当然是模态振型向量VECTOR了。所以OUTPUT里找到VECTOR勾选上，然后里面继续选中SORTING和FORM，默认SORT1和REAL。（这个就是输出实特征值，以及避免计算特征值计算时排序乱掉的）

这样就设置好了SUBCASE计算工况，我们再看看.bdf文件告诉了求解器什么东西。输出.bdf文件，发现多了几行

SUBCASE 1
LABEL= loadstep1
SPC = 1
METHOD(STRUCTURE) = 2
ANALYSIS = MODES
VECTOR(SORT1,REAL) = ALL

这个就很好阅读了，.bdf文件告诉求解器，要求解这个工况，这个工况的ID是1，名字叫loadstep1

这个工况里，对模型的约束是ID为1的约束，对求解方法的“约束”是ID为2的“约束”

然后输出的是所有模态振型向量VECTOR

4.最后一步

到这里，.bdf文件已经告诉求解器足够多的信息了，按道理就可以求解了，但Nastran还需要两样东西。

一样是，你要告诉Nastran，用哪个求解器求解模态，Nastran里求解模态用的是SOL103求解器 。所以要这样设置：

右下角菜单点击Analysis->control card->SOL，选择Normal modes，这样就会发现左上角的Model View里多了一个Card，写着SOL103

另一样是，计算完成后，肯定要输出一个结果文件，这个结果文件的格式你必须告诉求解器是什么。我们常用的就是.op2格式，所以右下角菜单点击Analysis->control card->PARAM里，勾选POST，然后把POST的值改成1，这个1就表示输出.op2格式的结果文件。

这样设置完后，导出的.bdf文件里面就多了两行

SOL 103
PARAM,POST,1

这两个语句作用就是告诉Nastran，要用SOL103求解器计算，然后输出.op2结果文件。

接下来把这个.bdf文件提交Nastran计算就可以了，大功告成！再也不用打开Patran了！

计算完成后生成的.op2结果文件也可以直接导入VirtualLab或者HyperView里查看，不需要用Patran后处理。

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