Hypermesh与Nastran模态分析详细教程.doc

Hypermesh & Nastran 模态分析教程
摘要：
本文将采用一个简单外伸梁的例子来讲述Hypemesh 与 Nastran 联合仿真进行模态分析的全过程。

教程内容:
1. 打开”Hypermesh 14.0”进入操作界面，在弹出的对话框上勾选 ‘nastran’模块，点‘ok’，如图1.1 所示。

图 1.1-hypermesh 主界面

2. 梁结构网格模型的创建
l 在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’ – ‘Component’,重命名为‘BEAM’， 然后创建尺寸为100*10*5mm3 的梁结构网格模型。（一开始选择了Nastran后，单位制默认为 N, ton, MPa, mm.） 。本例子网格尺寸大小为2.5*2.5*2.5mm3，如图2.1 所示：

图2.1-梁结构网格模型

3. 定义网格模型材料属性
l 在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’ – ‘Material’，如图3.1所示：

图3.1-材料创建

l 在模型树内Material下将出现新建的材料‘Material 1’，将其重命名为’BEAM’。点击‘BEAM’,将会出现材料参数设置对话框。本例子采用铁作为梁结构材料，对于模态分析，我们只需要设定材料弹性模量，泊松比，密度即可。故在参数设置对话框内填入一下数据：
弹性模量E
泊松比NU
密度RHO
206800 MPa
0.3
7.85e-9 ton/m3
完整的材料参数设置如图3.2所示：

图3.2-Material材料参数设置

l 同理，按同样方式在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’ – ‘Property’，模型树上Property下将出现新建的‘Property1’，同样将其重命名为‘BEAM’，点击Property下的‘BEAM’出现如图所示属性参数设置对话框。由于本例子使用的单元为三维体单元，因此点击对话框的‘card image’选择‘PSOLID’，点击对话框内的Material选项，选择上一步我们设置好的材料‘BEAM’，完整的设置如图3.3所示：

图3.3-Property属性设置

l 最后，点击之前创建的在Component 下的‘BEAM’模型，将出现以下对话框（图3.4），把Property 和Material 都选上对应的‘BEAM’，完成网格模型材料属性的定义。

图3.4-定义材料属性
4. 建立边界条件（SPC约束）
l 本例子分析外伸梁模态，故把梁一端固定，通过点击主界面下面‘Analysis’，按钮，然后点击‘Analysis’上的‘Constraints’（如图4.1 所示）

图4.1-Analysis界面

l 之后会出现如图4.2的对话框，点击对话框上的‘load type=’选择‘SPC’,把dof1~dof6所有选择打上勾，表示约束节点6个自由度，点击对话框上‘nodes’，然后从模型上选择梁结构的一端，然后再点击 ‘creat’,模型上出现三角形符号表示完成约束的定义（如图4.3），且在模型树上将会出现新建的‘Load Collector’，在‘Load Collector’下有一个名为auto1的载荷，该载荷里面包含的就是刚刚创建的SPC，把auto1重命名为 ‘SPC’。

图4.2-SPC对话框

图4.3-约束定义

5. 模态分析工况设置
l 同样在主界面左侧模型树空白处右击选择‘Creat’ – ‘Load Collector’，模型树 ‘Load Collector’下将出现新建的 ‘loadcol1’,重命名为 ‘EIGRL’,右键EIGRL选择 ‘make current’,表示将该层设为当前层，下面新建的工况都会被放入到该层里面。
l 点击上一步建立的 ‘EIGRL’,在图示5.1中的Card Image选择EIGRL，对话框内V1表示需要求解的起始频率值，V2表示需要求解频率的最大值,ND为求解阶数。V1,V2与ND为两种不同的定义方法。本例子求解模型前10阶模态，在ND项输入10，如下所示：

图5.1-EIGRL参数设置

6. 载荷步设置
l 在模型树空白处右键 ‘Creat’- ‘Load Step’,重命名为 ‘MODES’,点击 ‘MODES’,在对话框里的Analysis type里选择 ‘Normal modes’, SPC选择上面建立的边界约束‘SPC’，METHOD(STRUCTURE)选择上面建立的模态分析工况 ‘EIGRL’.完整设置如图6.1 所示：

图6.1- 载荷步设置

7. 控制卡设置
l 点击图4.1上的 ‘Control Card’,出现图7.1所示界面：

图7.1-Control Card界面

l 点击图7.1 中的 SOL，在对话框上‘Analysis’上选择‘Normal Modes’,表示求解方法为正则模态求解方法，如图7.2所示，然后return返回；

图7.2-SOL

l 点击图7.1中PARAM，进入界面选择勾选AUTOSPC, COUPMASS, POST三个选项，并按图7.3所示设置，点击return返回。

图7.3-PARAM

l 点击图7.1中的GLOBAL_OUTPUT-REQUEST，定义需要输出的数据，本例输出位移数据与应变能数据，故选择DISPLACEMENT与ESE。详细设置如图7.4所示：

图7.1-GLOBAL_OUTPUT-REQUEST

8. 完成所有设置后，模型树出现的所有选项如图8.1所示：

图8.1-完整模型树

9. 把模型导出格式为BDF的计算文件，提交给NASTRAN计算。
10. 使用Hyperview打开NASTRAN计算结果OP2文件，查看计算模型的模态振型，前4阶模态振型云图如下所示，对应的频率如表10.1所示：

图10.1-振型云图

振型1频率
振型2频率
振型3频率
振型4频率
418.1Hz
829.9Hz
2569Hz
4934Hz
表10.1-前4阶频率表