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目 录1

第1章程序概况1

1.1 关于MSC.Software公司1

1.2 关于MSC.Software公司的产品2

1.3 关于MSC.Patran4

1.4 关于MSC.Nastran7

1.4.1 MSC.Nastran的开发历史7

1.4.2 MSC.Nastran的特点8

1.4.3 MSC.Nastran的分析功能8

1.4.4用户化开发工具DMAP语言14

1.4.5对用户平台的支持15

1.5 关于MSC.Nastran的输入文件15

1.6 关于MSC.Nastran的输出文件17

第2章 动力分析的基础18

2.1 运动方程18

2.1.1概述18

2.1.2几个基本概念18

2.1.3运动方程19

2.1.4运动方程的求解20

2.2动力分析类型24

2.3 动力分析过程25

2.4质量输入26

2.4.1 概述26

2.4.2集中质量和耦合质量27

2.4.3定义质量阵的单位30

2.4.4 MSC.Nastran质量输入30

2.4.5 MSC.Patran软件作为MSC.Nastran前处理时的质量输入界面31

2.5阻尼输入33

2.5.1 概述33

2.5.2粘性和结构阻尼33

2.5.3 阻尼的影响34

2.5.4 MSC.Nastran阻尼输入35

2.5.5 MSC.Patran软件作为MSC.Nastran前处理时的阻尼输入界面35

2.6动力分析中的单位37

第3章实特征值分析39

3.1实特征值分析概述39

3.1.1相关术语39

3.1.2计算主模态的理由39

3.1.3实特征值分析40

3.2特征值计算方法42

3.3计算方法的比较44

3.4实特征值分析的求解控制及流程45

3.4.1实特征值分析中Nastran输入卡片的介绍45

3.4.2用MSC.Patran作Nastran前后处理软件进行实特征值分析的一般过程49

3.5实特征值分析例子49

3.5.1例题介绍49

3.5.2用Patran作为前后处理软件时的实特征值分析50

3.5.3此例的Nastran输入文件55

第4章频率响应分析57

4.1频率响应分析概述57

4.2直接频率响应分析58

4.2.1运动方程的求解58

4.2.2直接频率响应分析中的阻尼58

4.3.1运动方程的求解59

4.3模态频率响应分析59

4.3.2模态频率响应中的阻尼60

4.3.3模态频率响应分析中的模态截断62

4.3.4模态频率响应中动力数据的计算62

4.4模态法与直接法比较62

4.5频率相关载荷的定义63

4.6解对应的载荷频率71

4.6.1定义解的载荷频率71

4.6.2频率响应方面的考虑73

4.7频率响应分析的求解控制及流程74

4.7.1 频率响应分析中Nastran输入卡片的介绍74

4.7.2用MSC.Patran作Nastran前后处理软件进行频率响应分析的一般流程76

4.8频率响应分析例子76

4.8.2直接法频率响应分析77

4.8.1 例题介绍77

4.8.3直接法频率响应分析中Nastran输入文件说明81

4.8.4模态法频率响应分析82

4.8.5模态法频率响应分析中Nastran输入文件说明86

第5章瞬态响应分析88

5.1 瞬态响应分析概述88

5.2直接瞬态响应分析88

5.2.1 运动方程的求解88

5.2.2直接瞬态分析中的阻尼89

5.2.3直接瞬态分析中的初始条件90

5.3模态瞬态响应分析91

5.3.1 运动方程的求解91

5.3.2模态瞬态响应中的阻尼92

5.3.4模态瞬态响应中动力数据的计算93

5.3.3模态瞬态响应分析中的模态截断93

5.4模态法与直接法比较94

5.5瞬态载荷的定义94

5.5.1概述94

5.5.2瞬态载荷的卡片介绍95

5.6求解使用的积分时间步96

5.6.1指定求解使用的积分时间步96

5.6.2时间积分方面的考虑97

5.7瞬态响应分析的求解控制及流程97

5.7.1瞬态响应分析中Nastran输入卡片的介绍97

5.7.2用MSC.Patran作Nastran前后处理软件进行瞬态响应分析的一般过程99

5.8瞬态响应分析例子100

5.8.1例题介绍100

5.8.2直接法瞬态响应分析100

5.8.3 直接法瞬态响应分析中Nastran输入文件说明104

5.8.4模态法瞬态响应分析107

5.8.5模态法瞬态响应分析中Nastran输入文件说明111

第6章强迫运动分析115

6.1 概述115

6.2瞬态与频率响应中的大质量法115

6.3 大质量法的用户接口116

6.3.1 频率响应117

6.3.2瞬态响应118

6.4有强迫加速度的瞬态响应分析例子119

6.4.1 例题介绍119

6.4.2用MSC.Patran作为前后处理软件时的操作过程119

6.4.3 此例的Nastran输入文件125

6.5.2用MSC.Patran作为前后处理软件时的操作过程127

6.5有强迫位移的直接频率响应例子127

6.5.1例题介绍127

6.5.3此例的Nastran输入文件131

第7章高级动力分析134

7.1 概述134

7.2动力缩减134

7.2.1静态凝聚方法及相应数据卡片135

7.2.2静态凝聚方法计算特征值的例子136

7.2.3此例的Nastran输入文件138

7.3 复特征值分析140

7.3.1复特征值分析方法概述140

7.3.2复特征值分析例子141

7.3.3此例的Nastran输入文件146

7.4.1响应谱分析概述147

7.4响应谱分析147

7.4.2产生振动频谱输入的例子148

7.4.3振动频谱应用的例子151

7.5随机振动分析153

7.5.1随机振动分析概述153

7.5.2单输入随机振动响应分析例子153

7.6动力优化设计157

7.6.1 MSC.Nastran软件的动力优化设计功能157

7.6.2频率约束重量最小的桁架结构动力优化例题157

7.6.3 用MSC.Patran作为前后处理软件时的操作过程158

7.6.4此例的Nastran输入文件164

8.2.1优化设计的三要素166

8.2结构优化概述166

第8章 结构优化的一般概念166

8.1 从结构分析到结构优化166

8.2.2结构优化的分类和层次168

8.2.3结构优化模型的建立168

8.3优化设计的相关基础169

8.3.1方向导数、梯度169

8.3.2寻优策略170

8.3.3 MSC结构优化软件中的寻优方法170

8.3.4 Kuhn-Tucker条件171

8.3.5一个简单的优化实例172

第9章结构优化一般过程175

9.1 优化参数的定义175

9.2选择分析类型176

9.3.1设计变量的概念177

9.3 定义设计变量177

9.3.2定义设计变量的卡片178

9.3.3设计变量和基本优化问题关系的描述179

9.3.4设计变量连接179

9.4定义设计响应186

9.4.1设计响应的概念186

9.4.2定义设计响应的卡片187

9.4.3定义设计响应的例子195

9.4.4设计响应跟工况控制段的输出需求的关系197

9.4.5定义动力响应198

9.5定义目标函数199

9.5.1 目标函数的概念及应该注意的两个问题199

9.6.1 约束函数的概念及分类200

9.6定义约束200

9.5.2定义目标函数的命令200

9.6.2约束的标准化201

9.6.3 MSC.Nastran中的等式约束203

9.6.4定义约束函数的卡片204

9.6.5定义约束函数的命令205

9.7定义输出205

9.7.1优化结果输出的类型205

9.7.2输出控制参数205

第10章截面优化207

10.1 结构截面优化过程207

10.1.1有限元分析参数的定义207

10.1.2优化参数的定义207

10.1.3提交计算211

10.2桁架结构截面优化例子215

10.2.1分析参数描述215

10.2.2优化参数描述215

10.2.3用MSC.Patran定义分析参数和优化参数并提交计算215

10.3框架结构截面优化例子227

10.3.1分析参数描述227

10.3.2优化参数描述228

10.3.3 用MSC.Patran创建一个初始的输入文件229

10.3.4用式（10-1）为目标函数定义优化参数231

10.3.5用式（10-2）为目标函数定义优化参数235

10.3.6用式（10-3）为目标函数定义优化参数239

10.4盒子优化的例子242

10.4.1优化模型描述242

10.4.2用解析法求解243

10.4.3用MSC.Patran创建一个初始的输入文件244

10.4.4定义盒子的优化参数246

第1 1章结构优化软件的二次开发249

11.1 基于MSC.Patrar/Nastran的二次开发249

11.2 PCL语言和DMAP语言的功能与特点249

11.3二次开发的原理251

11.3.1局部性约束的处理251

11.3.2全局性约束的处理252

11.3.3基于ICM方法的拓扑优化254

11.4二次开发的程序实现255

1 1.4.1用户程序的编译与连接255

11.4.2用户界面（窗口、菜单等）的形成257

11.4.3数据交换263

11.4.4子函数和子程序的编写264

11.5有关版本的开发266

附录267

附录1 ex10-1.f06文件中目标函数的变化过程267

附录2 ex10-1.f06文件中设计变量的变化过程268

附录3 ex10-2a.f06文件中目标函数的变化过程269

附录4 ex10-2a.f06文件中设计变量的变化过程270

附录5 ex10-2b.f06文件中目标函数的变化过程271

附录6 ex10-2b.f06文件中设计变量的变化过程272

附录7 ex10-2c.f06文件中目标函数的变化过程273

附录8 ex10-2c.f06文件中设计变量的变化过程274

附录9 ex10-3a.f06文件中目标函数的变化过程275

附录10 ex10-3a.f06文件中设计变量的变化过程276

参考文献277