NASTRAN单元精选：常用类型全解析

CBAR单元

CBAR单元的数据卡格式：

CBAR单元的替代格式：

说明：EID是单元编号；PID是单元属性PBAR属性卡片的编号；GA和GB是节点编号；X1，X2，X3为在GA坐标系中的方向矢量v的分量；G0是替代格式中用于确定方向矢量，从GA到G0就确定了方向矢量；PA和PB分别为在端点A和B处被释放的自由度，也就是在单元坐标系下被删除的连接自由度，在PBAR属性卡中要有被删除自由度的刚度值，W1A、W2A、W3A和W1B、W2B、W3B分别为在节点GA和GB的位移坐标系中的偏置矢量Wa和Wb。

CBAR单元坐标系示意图如下图所示，其中END A和END B确定单元坐标系的X_elem轴，方向矢量v和X_elem确定平面Plane（xy坐标面），用右手法则确定Plane2（xz坐标面），CBAR单元的端点偏置示意图如下图所示，如果使用替代格式来确定单元坐标系，如下图所示。

自由度的释放可以用模型来表示，其中单元CBAR1和单元CBAR2之间用旋转铰链连接，这两个单元可以产生相对旋转。为模拟这种情况，只需在CBAR1单元的数据卡的PB处输入456，在CBAR2单元的数据卡的PA处输入456。CBAR单元的应力恢复点是在CBAR单元的yz横截面上通过指定应力恢复系数来确定，应力恢复系数点通过yz坐标Ci，Di，Ei和Fi来确定。

CBAR单元的属性

CBAR单元的属性卡片PBAR数据卡格式：

说明：PID是属性编号；MID是材料数据卡编号；A是横截面的面积；I1、I2、I12是横截面的惯性矩，I1=Izzelem，I2=Iyyelem，I12=Izyelem；J是扭转常数，J=Ixxelem；NSM是单位长度的非结构质量；Ci，Di，Ei，Fi是应力恢复系数点；K1，K2是剪切刚度系数；PBAR单元在Plane1和Plane2面内的单位长度剪切刚度分别为K1*A*G和K2*A*G，其中G为剪切模量，如果I12≠0，则K1和K2将被忽略，如果A=0，K1和K2必须为空。

CBEAM单元

CBEAM单元的数据卡格式：

CBEAM单元的替代数据格式：

说明：EID是单元编号；PID是PBEAM、PBCOMP或者PBEAML数据卡的编号；GA和GB是节点编号；X1，X2，X3为在GA坐标系中的方向矢量v的分量；G0是替代格式中用于确定方向矢量，从GA到G0就确定了方向矢量；BIT是p单元的横截面轴的内在扭转；PA和PB分别为在端点A和B处被释放的自由度，也就是在单元坐标系下被删除的连接自由度，在PBEAM属性卡中要有被删除自由度的刚度值，W1A、W2A、W3A和W1B、W2B、W3B分别为在节点GA和GB的位移坐标系中的偏置矢量Wa和Wb；SA和SB是节点或标量点编号，这些点的自由度计算挠度dθ/dx。

同PBAR单元，END A和END B确定单元坐标系的X_elem轴，方向矢量v和X_elem确定平面Plane（xy坐标面），用右手法则确定Plane2（xz坐标面）。

CBEAM单元的属性

CBEAM的属性卡PBEAM的格式：

说明：PID是属性编号；MID是材料数据卡编号；A(A)是端点A处横截面的面积；I1(A)、I2(A)、I12(A)是端点A处的横截面的惯性矩；J(A)是扭转常数；NSM是在端点A处单位长度的非结构质量；Ci(A)、Di(A)、Ei(A)、Fi(A)是在端点A处相对于剪切中心的应力恢复系数点；Ci、Di、Ei、Fi是应力恢复系数点；X/XB为在单元坐标系中距A的距离x，SO为YES、YESA或者NO，YES表示在Ci、Di、Ei、Fi计算应力恢复，YESA表示用于A端处相同的应力恢复系数点Ci(A)、Di(A)、Ei(A)、Fi(A)，NO表示不计算应力恢复；A表示在x处的横截面的面积；I1、I2、I12是在x处的横截面的惯性矩；J是在x处扭转常数；NSM是在x处单位长度的非结构质量；K1，K2是剪切刚度系数；在Plane1和Plane2面内的单位长度剪切刚度分别为K1*A*G和K2*A*G；S1，S2是剪切释放系数，是由不等截面造成的；NSI(A)，NSI(B)是在端点A和端点B关于非结构质量的质心单位长度的非结构质量惯性矩；CW(A)，CW(B)是在端点A和B处的挠屈系数；M1(A)、M2(A)、M1(B)、M2(B)为端点A和B处的非结构质量的质心坐标；N1(A)、N1(B)、N2(A)、N2(B)为在端点A和B处的中性轴的坐标。有关参数的意义如下：

挠屈系数CW的意义如下式所示，其中G为剪切模量，E为弹性模量，m是单位长度上的扭转力矩，θ是任意横截面上的扭转角。

另外A、I1、I2、I12、J和NSM在两端点之间或这两端点之间的内点之间进行线性插值，CW和NSI在两端点之间进行线性插值。

CROD单元

CROD单元连接两个节点，它的横截面积的属性不变，CROD单元只有拉压和扭转刚度。

CROD单元数据卡的格式：

说明：EID是CROD单元数据库的编号；PID是单元属性卡PROD的编号；G1和G2是节点的编号。

CROD的替代单元为CONROD单元，其不需要额外的属性卡。

CONROD单元数据卡的格式：

说明：EID是CONROD数据卡的编号；G1和G2是节点的编号；MID是材料属性卡的编号；对应结构分析只选择MAT1，对于热分析可以使用MAT4或MAT5；A是杆单元的横截面的面积；J是扭转常数；C是扭转应力系数；NSM是单位长度非结构质量。

CROD单元的属性

CROD单元属性卡PROD的格式：

说明：PID是PROD属性卡的编号；MID是材料属性卡的编号，A是杆单元的横截面积；NSM是单位长度的非结构质量；J是扭转常数；C是扭转应力系数，扭转应力为：

CTUBE单元

CTUBE单元受力和单元坐标系与CROD单元类似，不过它的横截面的属性用外直径和壁厚来定义。

CTUBE单元数据卡的格式：

说明：EID是CONROD数据卡的编号；PID是PTUBE属性卡的编号；G1和G2是节点的编号。

CTUBE单元的属性

CTUBE单元属性卡PTUBE的格式：

说明：PID是PTUBE数据卡的编号；MID是材料属性卡的编号；OD是管路的外直径（Outside Diameter）；T是管路的厚度；NSM是单位长度的非结构质量；OD2是在第二个节点（G2）处管路的外直径（仅用于热分析中），其有效的直径为：

其中，D₁=OD，如果OD₂=0或者为空，D₂=OD，如果OD₂≠0，D₂=OD₂。

CBEND单元

CBEND单元连接两个节点，它的曲率是常值，并且横截面的属性不变，CBEND单元常用于模拟弯曲或者管路连接处的几何结构。CBEND单元有拉伸、扭转、弯曲和横向剪切特性。

CBEND单元的数据卡格式：

CBEND单元数据卡的替代格式：

说明：EDI是CBEND数据卡的编号；PID是单元属性数据卡PBEND的编号；GA和GB是节点的编号；X1、X2和X3是从GA开始的矢量v的分量；GO是代替格式中确认矢量v的方向，v的方向是从GA到GO；GEOM取1~4之间的整数，用于确定单元弯曲的方向，1表示曲率中心为OA连线或其延长线上；2表示在端点A处的切线于AO连续平行，且AB弧于O点位置位于AB弦的同侧；3表示A、B和O三电确定的平面与单元弧所在的平面平行或者重合，并且O点和曲率中心位于AB弧的两侧，半径RB由属性卡片PBEND定义；4表示A、B和O三电确定的平面与单元弧所在的平面平行或者重合，并且O点和曲率中心位于AB弧的两侧，THETAB由属性卡片PBEND定义。

CBEND单元的属性

CBEND单元属性PBEND的数据卡格式：

PBEND属性卡的替代格式：

说明：

PID是PBEND数据卡的编号；MID是材料属性卡的编号；A是横截面的面积；I1和I2是平面1或者平面2 的惯性矩；J是扭转刚度；FSI是柔性和应力集中系数，可以1、2或者3、1表示平面1中的应力集中系数是均一的，平面2中的应力集中系数为：

2表示ASME code Section III，NB-3687.2.，1977中的数据，3表示采用Welding Research Council Bulletin 179（by Dodge and Moore）的经验系数；RM是横截面的平均半径；T是管路的壁厚，如果设置为0，管路的横截面是实心，FSI必须设置为1；P是内壁压力；RB是质心线的弯曲半径；THETAB是弧的角度；Ci、Di、Ei和Fi是距离几何质心的应力恢复点的r、z坐标；K1和K2是剪切刚度系数，平面1和平面2内的剪切刚度分别为K1*A*G和K2*A*G；NSM是单位长度的非结构质量；RC和ZC是从节点GA到GB处几何质心的在R和Z方向的偏置；DELTAN是中性轴从几何质心处的偏置，正值表示偏向曲率中心。

PSHELL、PCOMP和PLPLANE属性

CQUAD4单元、CQUAD8单元、CTRIA3单元和CTRIA6单元都可以使用属性卡片PSHELL、PCOMP或者PLPLANE来定义其属性。

PSHELL单元属性卡定义壳单元的膜、弯曲、横向剪切和耦合属性，PSHELL单元卡的格式：

说明：PID是PSHELL数据卡的编号；MID1是材料属性的编号；T是CQUAD4、CQUAD8、CTRIA3和CTRIA6单元的默认厚度；MID2是弯曲材料的属性卡片的编号；12I/T³是弯曲惯性矩的比率，即I与T³/12的比值，默认为1.0；MID3是横向剪切材料属性的编号；TS/T是横向剪切厚度比，是横向剪切厚度TS与膜厚T的比，默认值为0.833333；NSM是单位面积的非结构质量；Z1和Z2是计算应力的纤维距离；MID4是膜一弯曲耦合材料属性的编号。

PCOMP属性卡定义复合材料层合板的属性，PCOMP单元卡的格式：

说明：PID是PCOMP数据卡的编号；Z0是参考面到底面的距离；NSM是单位面积的非结构质量；SB是复合材料层间允许的剪切应力；FT是疲劳理论，可以选择HILL（Hill理论）、HOFF（Hoffman理论）、TSANI（Tsai-Wu理论）和STRAN（最大应变理论）；TREF是参考温度、默认值为0；GE是阻尼系数；LAM可以为空，表示需要指定所有复合材料的层合板和所有的刚度，LAM可以取SYM，表示层合板是对称的，只指定单元中心线一侧的层合板，层合板如果是奇数层，中间层厚度只指定一半，LAM可以取MEM，表示需要指定所有层合板，但只计算膜项（MAT1），LAM可以取BEND，表示需要指定所有层合板，但只计算弯曲项（MAT2）；MIDi是材料属性的编号，只能是MAT1、MAT2和MAT8。Ti是层合板的厚度；THETAi是层合板的纵向与材料轴的交角；SOULink是应力和应变输出请求，可以取YES或者NO，默认为No。

PLPLANE单元属性卡定义非线性超弹性平面应变或者轴对称单元的属性，PLPLANE单元卡的格式：

说明：PID是PLPLANE数据卡的编号；MID是MATHP是数据卡的编号；CID是坐标系的编号，定义一个变形平面，超弹性平面应变单元必须在CID坐标系的xy平面内，轴对称超单元必须在基本坐标系的xy平面内；STR是应力和应变的输出位置，可以取GAUS和GRID，默认为GRID。

PSOLID和PLSOLID属性

CTETRA单元、CPENTA单元和CHEXA单元都可以使用PSOLID或者PLSOLID属性卡的定义。

PSOLID属性卡的格式：

说明：PID是PSOLID属性卡的编号；MID是材料属性卡的编号；CORDM是材料坐标系的编号；IN是积分网格，可以取BUBBLE、TWO或者THREE；STRESS是应力输出位置；ISOP是积分方法，可以取FULL，REDUCED或者空；FCTN可以取FLUID或着SMECH，默认为SMECH，FLUID表示实体单元是流体单元，SMECH表示实体单元是结构单元。

PLSOLID数据卡定义非线性实体单元的属性，其属性卡的格式：

说明：PID是PLSOLID属性卡的编号；MID是材料属性卡的编号；STR为应力和应力输出位置，可以取GAUS或者GRID，默认GRID。

RROD单元

RROD单元在平动的某个方向上自由度是刚性的，它可以约束两个节点的平动自由度，而不能约束旋转自由度。

RROD单元卡的格式：

说明：EID是RROD数据卡的编号；GA和GB是RROD单元连接的两个节点的编号；CMA和CMB是平动自由度分量，只能取1、2或者3，分别表示沿着总体坐标系的X、Y和Z轴的平动，且只能在CMA和CMB中的一个输出整数，另外一个要留空白，输出数值的自由度是非独立自由度，留空的自由度是独立自由度。

RBAR单元

RBAR单元可以在两个节点的六个自由度方向上是刚性的，它可以约束两个节点1个~6个自由度。

RBAR单元卡的格式：

说明：EID是RRAR数据卡的编号；GA和GB是RROD单元连接的两个节点的编号；CNA和CNB是总体坐标系中在节点GA和GB处的独立自由度的分量，CNA和CNB自由度分量的个数的和必须为6；CMA和CMB是总体坐标系中在节点GA和GB处的非独立自由度的分量，如果CMA和CMB为空或者0，则CAN和CNB未指定的自由度将作为非独立自由度，一个节点的自由度作为非独立自由度在一个模型只能用一次，如果用多次会导致错误。

CBUSH单元

CBUSH单元弹簧—阻尼单元，它可以连接两个重合或者不重合的节点，还可以连接一个节点。

CBUSH单元卡的格式：

说明：EID是CBUSH数据卡的编号；PID是PBUSH属性卡的编号；GA和GB是单元节点的编号；Xi是在GA坐标系中表示的单元方向向量v的分量；G0是节点的编号，即用从GA到G0的向量表示v；CID是单元坐标系的编号，如果为0表示用基本坐标系，CID优先于GO或者Xi确定的坐标系。如果GA 与GB不重合，指定了G0或者Si而没有指定CID，则单元坐标系的x轴从GA指向GB，v位于xy平面内。在这种情况下，在PBUSH属性卡中，只能指定K1和K4的值。如果GA和GB重合，则必须指定CID。S是弹簧-阻尼单元坐标系的位置，为0~1之间的数，默认值为0.5；OCID是单元偏置的坐标系；S是在OCID坐标系中表示的偏置量。

CBUSH单元的属性

PBUSH属性卡的格式：

说明：PID是属性卡PBUSH的编号；K是标识符号，表示K1~K6是在单元坐标系中表示的刚度；B是标识符号，表示B1~B6是阻尼值；GE是标识符号，表示GE1是法向结构阻尼常数，RCV是标识符号，表示SA、ST、EA和ET表示应力恢复系数和应变恢复系数，SA表示三个平动分量应力恢复系数，ST表示三个旋转分量应力恢复系数，EA表示三个平动分量应变恢复系数，ET表示三个旋转应变恢复系数。

CGAP单元

CGAP单元可以模拟气隙或者单元之间的摩擦，常用于非线性分析中，也可用于线性分析中，但此时CGAP单元的刚度值是初始状态时的刚度。

CGAP单元卡格式：

CGAP单元卡的替代格式：

说明：EID是CGAP单元卡的编号；PID是PGAP属性卡的编号；GA和GB是CGAP单元关联的两个节点的编号；X1、X2和X3是在GA位移坐标系中表示的方向向量v的分量；G0是替代格式中从GA到G0中确定方向向量v对的分量；CID是在GA节点的单元坐标系的编号。

CGAP单元的属性

PCAP属性卡的格式：

说明：PID是属性卡PGAP的编号；U0是初始间隙；F0是预载荷；KA是封闭间隙的刚度；KB是非封闭间隙的刚度；KT是封闭间隙的横向剪切刚度，一般KT≥0.1KA，默认值为MU1*KA；MU1是静态摩擦系数或者y向摩擦系数；MU2是动态摩擦系数或者z方向的摩擦系数；TMAX是最大的允许切入量；MAR是最大的调整率；TRMIN是最小的允许切入量，默认值为0.001。

补充：PGAP属性参数：

CONM1和CONM2单元

CONM1和CONM2单元都是集中质量单元，CONM1单元在一个节点上定义一个6X6对称广义质量矩阵，CONM2单元允许质心相对于节点进行偏置。

CONM1单元卡格式：

CONM2单元卡格式：

说明：EID是单元数据卡的编号；G是赋予集中质量的节点的编号；CID是坐标系的编号；Mij是质量矩阵的元素值；M是集中质量的值；Xi是在CID坐标系中表示的从节点到质心的偏置量；Iij是在CID坐标系中表示的关于质心的惯性矩，如下式：

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