🗊 Раздел 3 Управление решением

Раздел 3 Управление решением

Управление решением Стр. Входной файл MSC Nastran 6 Расположение разделяющих записей 10 Формат входного файла 11 Секция Executive Control 12 Некоторые операторы секции Executive Control 13 Описание DMAP 14 Последовательности решений 16 Структурированные последовательности решений 17 Жесткие последовательности решений 18 Секция Case Control 19

Управление решением (продолжение) Стр. Выбор наборов данных 20 Выбор статической нагрузки 21 Выбор температурной нагрузки 22 Выбор начальной температуры 23 Выбор граничных условий 24 Многовариантное нагружение 25 Пример секции Case Control 26 Заголовки 30 Температурные нагрузки 31

Управление решением (продолжение) Стр. Записи Bulk Data, определяющие температуру 33 Температурные свойства материала 35 Записи температурной нагрузки 36 Гравитационная нагрузка 37 Пример 40 Выбор выходных данных 42

Управление решением (продолжение) Стр. Выбор выходных данных для элементов 45 Выбор выходных данных для элементов 46 Использование запроса GPFORCE 47 Пример секции Case Control 48 Использование команды SET 49 Форматный вывод результатов 51 Вывод с использованием SORT1 52 Вывод с использованием SORT2 53

Входной файл MSC Nastran Формат входного файла подробно описан в MSC Nastran Quick Reference Guide Ниже приводится общее описание входного файла с описанием его секций и особенностей их использования для управления ходом решения

Входной файл MSC Nastran (продолжение)

Входной файл MSC Nastran (продолжение) Секция FILE MANAGEMENT (FMS) - необязательная: Оператор NASTRAN (необязательный, применяется для задания глобальных настроек текущего запуска); Размещение файлов, контроль рестартов, работа с базой данных; Основное назначение FMS – сделать операционную систему "невидимой" для пользователя; Секция EXECUTIVE CONTROL: Тип решения, предоставляемое время, модификации и системная диагностика; Секция CASE CONTROL: Запрос выходных данных и выбор из секции BULK DATA вариантов нагрузки и закрепления; Секция BULK DATA: Описание модели и условий решения.

Входной файл MSC Nastran (продолжение) MSC Nastran разработан для запуска в командном режиме. Процесс анализа описывается во входном файле следующим образом: 1. Секция FILE MANAGEMENT (необязательная); 2. Секция EXECUTIVE CONTROL; 3. Секция CASE CONTROL; 4. Секция BULK DATA. Подробности можно найти в MSC Nastran Installation and Operation Guide

Расположение разделяющих записей Разделяющие записи во входном файле отделяют различные секции файла друг от друга CEND Конец секции EXECUTIVE CONTROL, начало секции CASE CONTROL BEGIN BULK Конец секции CASE CONTROL и начало секции BULK DATA ENDDATA Последняя запись во ВСЕХ входных файлах MSC Nastran Примечание: Все эти записи должны начинаться с первой колонки.

Формат входного файла Секция FILE MANAGEMENT: Использует свободный формат (смотри MSC Nastran User’s Manual) Секции CASE CONTROL и EXECUTIVE CONTROL: Использует свободный формат (в пределах колонок 1-72). Данные могут начинаться с любой позиции и разделяются запятыми или пробелами. Секция BULK DATA: Существует три возможных варианта формата (подробнее эти форматы будут рассмотрены ниже): Свободный формат Малый формат Большой формат

Секция Executive Control Секция EXECUTIVE CONTROL является первой обязательной группой операторов в любом входном файле MSC Nastran. Основными функциями секции EXECUTIVE CONTROL являются: Описание типа анализа (последовательности решения); Определение основных условий работы, таких как: Максимальное время; Системная диагностика; Использование подпрограмм на языке DMAP. Полное описание операторов секции EXECUTIVE CONTROL приведено в третьем разделе книги MSC Nastran Quick Reference Guide.

Некоторые операторы секции Executive Control SOL K - обязательная запись, где K - номер или имя типа анализа CEND - обязательная запись - последняя запись этой секции DIAG J - необязательная запись – запрашивает специальную диагностику, например: DIAG 8 - печать общих данных о сгенерированных матрицах DIAG 14 - печать команд DMAP – рекомендуется использовать вместе с ALTER. DIAG 56 - вывод значений классификаторов в “f04” в том порядке, как они заданы, плюс вывод всех DMAP инструкций (номер линии и SubDMAP) в порядке их выполнения в “f04”

Описание DMAP Исполняющая система MSC Nastran использует внутренний язык, ориентированный на работу с блоками данных, называемый DMAP (Direct Matrix Abstraction Programming). Все расчетные последовательности MSC Nastran написаны с использованием DMAP Этот язык программирования полностью открыт для пользователей DMAP: Осуществляет операции преобразования входных данных в матрицы и/или таблицы Выполняет матричные операции Преобразует матричное решение в выходные данные Печатает решение (и/или другую требуемую информацию)

Описание DMAP Каждое решение в MSC Nastran составляется из последовательности операторов языка DMAP Последовательность выполнения этих операторов зависит от выбранного типа решения (SOL K) Каждое решение (SOL) содержит до нескольких тысяч операторов DMAP, и их число зависит от типа анализа Любая встроенная последовательность решения может быть изменена пользователем с помощью так называемых альтеров (ALTER) Измененные последовательности решения могут быть написаны и сохранены для дальнейшего использования Для более подробной информации смотри MSC Nastran DMAP Programs Guide

Последовательности решений В MSC Nastran существуют два вида последовательностей решения: Структурированные последовательности решений (SSS): Являются рекомендуемыми для выполнения расчетов Используют базу данных для хранения и получения данных Поддерживают рестарты В отличие от жестких последовательностей решения, они содержат самые последние обновления и новые возможности Старый жесткий формат более не поддерживается

Структурированные последовательности решений

Секция Case Control Секция Case Control всегда следует за секцией Executive Control и предшествует секции Bulk Data. Требуется при каждом запуске. К первичным функциям секции Case Control относятся: Выбор наборов данных в секции BULK DATA, которые используются при анализе Запрос на вывод результатов Определение вариантов закрепления и нагружения (Subcases). Полный список операторов данной секции для каждой последовательности решения приведен в разделе 4 MSC.Nastran Quick Reference Guide. Начиная с версии 2005 в картах секции Case Control выполняется полная проверка синтаксиса. Предыдущие версии проверяли только первые четыре позиции. Допустимы короткие формы записи команд (например, Disp для Displacement), если они отвечают правилам сокращения.

Выбор наборов данных Концепция наборов данных позволяет пользователю определять любое количество различных вариантов нагрузок и граничных условий в секции BULK DATA Указание, какие из наборов данных надо включить в данный анализ, задается командой выбора данных в секции CASE CONTROL: DATA_SET_NAME = SID Наборы данных, выбираемые таким способом могут включать нагрузки, граничные условия и поля температур. Примечание: Любые записи Bulk Data которые могут выбираться командами секции Case Control, но не были выбраны, в данном запуске будут проигнорированы.

Выбор статической нагрузки Варианты статической нагрузки выбираются командой LOAD секции Case Control: Форма записи: LOAD = i где i – вариант прикладываемой нагрузки (смотри поле SID в записи секции Bulk Data, относящейся к нагрузке) Все записи нагрузки с SID i будут приложены совместно (примечание: запись GRAV должна иметь уникальный SID) Пример: LOAD = 1 Будут приложены все нагрузки в записях которых SID=1

Выбор данных температурной нагрузки Температурные нагрузки прикладываются (выбираются) с использованием команды секции Case Control – TEMP(LOAD) Форма записи: TEMP(LOAD) = j где j указывает на идентификатор (ID) записей секции Bulk Data, которые определяют температурное поле, прикладываемое к модели (например TEMP, TEMPD, TEMPP1, TEMPRB)

Выбор начальной температуры Начальная температура определяется использованием либо команды TEMP(INIT) секции Case Control, либо полем TREF в записи свойств материала При использовании TEMP(INIT) она должна быть задана выше первого subcase Форма записи: TEMP(INIT) = j где j указывает на ID записей секции Bulk Data, которые определяют начальную температуру модели (например: TEMP, TEMPD, TEMPP1, TEMPRB) Температура, используемая для расчета нагрузки: TEMP(LOAD) - TEMP(INIT)

Выбор граничных условий Граничные условия, которые будут прикладываться, выбираются командами Case Control – SPC и MPC SPC - выбор набора граничных условий для одиночных узлов: SPC - ограничение степеней свободы перемещений и вращений для отдельных узлов Задаются записями SPC и SPC1 секции Bulk Data MPC - Выбор набора граничных условий для группы узлов: MPC - это граничные условия задаваемые уравнением, связывающие движение выбранных степеней свободы относительно других степеней свободы в модели MPC задаются записью MPC секции Bulk Data

Многовариантное нагружение Команда SUBCASE определяет каждую уникальную комбинацию установленных нагрузок и граничных условий. Форма записи: SUBCASE i где i – идентификатор варианта (целое число). В каждом SUBCASE могут выбираться различные граничные условия, нагрузки и выходные данные Номера (i) SUBCASE должны быть указаны в возрастающем порядке, но не обязательно по порядку, (т.е. например, могут быть номера 1, 14, 31 и 50)

Пример секции Case Control Предположим, что мы имеем два варианта условий нагружения (LOADs 100 и 200) с различными вариантами граничных условий (SPC 110 и 210 соответственно). Приведенная ниже секция определяет для MSC Nastran какие комбинации нагрузок и ГУ необходимо рассчитать и какие требуются результаты.

Пример секции Case Control (продолжение) CEND SUBCASE 10 LABEL = Условие нагружения 1 – приложить нагрузку 100 и граничные условия SPC 110 LOAD = 100 SPC = 110 DISP = ALL $ SUBCASE 20 LABEL = Условие нагружения 2 – приложить нагрузку 200 и граничные условия SPC 210 LOAD = 200 SPC = 210 DISP = ALL BEGIN BULK

Пример секции Case Control (продолжение) На предыдущем слайде секция Case Control задает две комбинации нагружения и ГУ, каждая из которых определяется отдельной командой SUBCASE Каждый SUBCASE содержит запросы по нагрузке и граничным условиям, плюс любые запросы результатов Если требуется выполнить большое количество комбинаций установленных нагрузок и граничных условий, то секция Case Control может стать очень длинной Для того, чтобы этого избежать необходимо перед первым SUBCASE поместить запросы, используемые по умолчанию для всех SUBCASE (однако, эти запросы могут быть изменены в рамках любого из них) Ниже приведен пример секции Case Control с использованием этого подхода:

Пример секции Case Control (продолжение) CEND $ запросы Case Control, используемые по умолчанию LOAD = 100 SPC = 110 DISP = ALL $ конец списка запросов, используемых по умолчанию SUBCASE 10 LABEL = условия нагружения 1 – приложить нагрузку 100 и граничные условия SPC 110 $ SUBCASE 20 LABEL = условия нагружения 2 – приложить нагрузку 200 и граничные условия SPC 210 LOAD = 200 SPC = 210 BEGIN BULK

Заголовки Заголовки – необязательны, но рекомендуются для идентификации записей (в файле результатов F06). TITLE - Определяет текст, который будет печататься на каждой выводимой странице в первой строке. SUBTITLE - Определяет текст, который будет выводиться во второй строке каждой страницы. LABEL - Определяет текст, который будет печататься в третьей строке каждой выводимой страницы. Пример: TITLE = тестовый запуск - workshop 1 SUBTITLE = статическая нагрузка, действующая на ферму LABEL = демонстрация для семинара NAS 101

Температурные нагрузки Для включения температурного воздействия в анализ используются несколько типов определяющих записей. Выбор необходимой записи зависит от того, к чему будет приложена температурная нагрузка: для задания температуры в узлах используются записи TEMP, TEMPD для задания температурного поля на элементы ROD, BAR, BEAM, BEND, CONROD, TUBE используется запись TEMPRB запись TEMPP1 используется для задания температурного поля на оболочечные элементы Для включения эффектов температурного воздействия в анализ пользователь должен задать исходную температуру {TREF или TEMP(INIT)} и коэффициент линейного температурного расширения (α) в записи материала. Также в секцию Case Control должен быть включен запрос TEMP(LOAD)=SID

Температурные нагрузки (продолжение) Если температурные эффекты были запрошены, то температурное поле должно быть задано на всех элементах (узлах). Если требуется определить результаты температурного воздействия только на части модели, то остальные элементы могут иметь: ссылку на запись материала под другим MID, с такими же свойствами, как и основной материал, но с  = 0.0 ссылку на запись материала под другим MID, с такими же свойствами, как и основной материал, но TREF = прикладываемой температурной нагрузке (т.е., T = 0) Смотри MSC Nastran Linear Static Analysis User’s Guide и Quick Reference Guide (QRG) для более подробного описания температурного нагружения

Записи Bulk Data, определяющие температуру

Записи Bulk Data, определяющие температуру (продолжение) TEMPD

Температурные свойства материала

Записи температурной нагрузки В предыдущем примере, в записи материала MAT1 уже был задан коэффициент температурного расширения, таким образом необходимо задать только температуры Хотя можно использовать запись TREF в записи материала, мы будем использовать запись TEMP(INIT) для задания начальной температуры TEMPD,20,70. TEMPD,26,100.

Гравитационная нагрузка Для задания гравитационной нагрузки используется запись GRAV секции Bulk Data. Запись GRAV используется для определения направления и величины линейного постоянного гравитационного вектора ускорения в любой необходимой системе координат Запись GRAV может использоваться для приложения к модели ускорений Результирующая нагрузка вычисляется с использованием вектора гравитации и матрицы масс. (Поэтому массовые свойства модели нужно задавать очень осторожно, используя правильные единицы измерения) Данная нагрузка не может быть приложена в скалярной точке, так как она действует на всю модель

Гравитационная нагрузка (продолжение) Поле Содержание SID Идентификационный номер варианта нагружения (целое > 0) CID Идентификационный номер координатной системы (целое > 0) G Масштабный коэффициент вектора гравитации (веществ.) N1,N2,N3 Компоненты вектора гравитационной нагрузки (обязательно, хотя бы одна) ПРИМЕЧАНИЕ: SID должен быть уникальным номером

Карта ACCEL – ускорение Карта ACCEL позволяет задать переменные ускорения в модели Поле Содержание SID Идентификационный номер варианта нагружения (целое > 0) CID Идентификационный номер координатной системы (целое  0) Ni Компоненты вектора ускорения в системе координат CID. (Веществ.; как минимум один Ni 0.0) DIR Направляющая компонента изменения ускорения. (Симв.; X, Y, или Z) LOCi Положение вдоль направления DIR в системе координат CID для задания масштабного множителя нагрузки. (Веществ.) VALi Масштабный множитель нагрузки ассоциированный с положением LOCi. (Веществ.)

Карта ACCEL1 – ускорение Карта ACCEL1 позволяет задать ускорение в модели для отдельных узловых точек Поле Содержание SID Идентификационный номер варианта нагружения (целое > 0) CID Идентификационный номер координатной системы (целое  0) A Масштабный множитель вектора ускорения. (Веществ.) Ni Компоненты вектора ускорения в системе координат CID. (Веществ.; как минимум один Ni 0.0) GRIDIDi Список ID одной или более узловых точек. Ключевые слова “THRU” и “BY” могут быть использованы для формирования списка. (целое > 0)

Гравитационная нагрузка (продолжение) Следующая запись будет использоваться для определения гравитации в нашем примере (заметим, что запись материала MAT1 уже содержит массовую плотность) GRAV,30,,386.0886,0.,-1.,0.

Пример Продолжение предыдущего примера В этом примере будет добавлено 2 дополнительных условия нагружения: SUBCASE 20 = температурная нагрузка начальная температура = 70 градусов температурная нагрузка = 100 градусов SUBCASE 30 = гравитационная нагрузка прилагается нагрузка 1-g (386.0886 дюйм/с2) в направлении противоположном оси Y

Изменение во входном файле для данного примера TITLE = GARAGE ROOF FRAME SUBTITLE = WOOD AND STEEL MEMBERS SUBCASE 1 SUBTITLE=TRUSS_LBCS LOAD = 1 DISPLACEMENT = ALL SPCFORCES = ALL STRESS = ALL SPC = 10 SUBCASE 20 SUBTITLE = THERMAL LOAD TEMP(INIT) = 20 TEMP(LOAD) = 26 DISPLACEMENT = ALL SPCFORCES = ALL STRESS = ALL SPC = 10

Выбор выходных данных Запись ECHO: ECHO Выбор опций печати секции Bulk Data. Опции включают в себя: SORT Печать только отсортированных данных (по умолчанию). UNSORT Печать только не отсортированных данных. BOTH Печать и отсортированных и не отсортированных данных. NONE Выключение печати данных. PUNCH Печать данных в отдельный вспомогательный файл PCH. Пример: ECHO = SORT,PUNCH

Выбор выходных данных (продолжение) По умолчанию MSC Nastran не делает вывода результатов, поэтому нужно формировать запросы необходимых результатов Делая запросы, можно использовать некоторые опции, определяющие представление результатов. Наиболее часто используемые это: PRINT, PLOT, PUNCH PRINT – используется по умолчанию и производит печать результатов в ‘.f06’ файл PUNCH – обеспечивает вывод результатов в ‘.pch’ файл, используя ‘punch’ формат (ширина строки 80 символов) PLOT – программа вычислит запрошенные результаты, однако печать в форматный файл производиться не будет. Эта опция обычно используется, когда пользователь желает просмотреть результаты используя программу обработки данных (например MSC Patran). В этом случае результаты записываются только в бинарную базу данных (файлы .XDB или .OP2) При использовании опций они берутся в скобки сразу после описания команды

Выбор выходных данных (продолжение) Запрашиваемый вывод результатов может быть выполнен как для определенного набора (SET), так и для всей модели Примеры: DISP = ALL вычисляет и печатает результаты перемещений для всех узловых точек модели DISP(PLOT) = ALL вычисляет, но не печатает результаты перемещений для всех узловых точек модели DISP = 1 вычисляет и печатает результаты перемещений для группы 1 (SET 1) узловых точек модели (SET 1 должен быть определен заранее)

Выбор выходных данных для элементов Операторы запроса результатов по элементам: ELFORCE или FORCE – запрос на вывод сил, которые были рассчитаны и записаны для группы элементов. ELSTRESS или STRESS – запрос на вывод напряжений для группы элементов. STRAIN – запрос на вывод деформации для группы элементов. ESE – запрос на вывод энергии деформации для группы элементов. ELSUM – запрос на вывод общей информации о свойствах элементов модели.

Выбор выходных данных для узлов DISPLACEMENT – запрос на вывод перемещений для группы узловых точек DISPLACEMENT(PLOT) – запрос подобный предыдущему, но в данном случае печать результатов проводиться не будет. Данная форма команды необходима при использовании графиков или постпроцессоров. При печатном выводе данных в ней нет необходимости. SPCFORCES – запрос на вывод силы реакций для набора узлов с граничными условиями типа SPC. OLOAD – запрашивает печать внешних сил для статического анализа. GPFORCE – запрашивает баланс сил в заданной узловой точке.

Использование запроса GPFORCE Данный запрос генерирует таблицу баланса сил для выбранных узловых точек Это полезно для определения путей передачи сил, влияния приложенной нагрузки на поведение элементов, и эффекта от действия начальных температурных деформаций. Содержание таблицы баланса сил включает в себя: Приложенные нагрузки (силы, моменты и т.д.) Силы реакций в узлах с ГУ Силы, передаваемые через MPC (ГУ, задаваемые уравнением) Силы в узлах от элементов

Пример секции Case Control Ниже приведен пример секции Case Control: CEND TITLE = использование запроса GPFORCE TEMP(LOAD) = 100 $ вариант температурной нагрузки 100 SPC = 200 $ вариант граничных условий 200 LOAD = 120 $ приложение варианта статической нагрузки 120 DISP = ALL $ запрос вывода перемещений для всех узлов FORCE = ALL $ запрос вывода сил для всех элементов STRESS = ALL $ запрос вывода напряжений для всех элементов GPFORCE = ALL $ запрос баланса сил для всех узлов BEGIN BULK $ конец секции Case Control

Использование команды SET Запросы выходных данных могут указывать на все узлы или элементы, или на их наборы Эти наборы задаются командой SET SET - Определяет совокупность номеров узловых точек или номеров элементов для использования в запросах на вывод. Используется для получения вывода результатов для части модели. Пример: Set 1 = 9,11,13,15 FORCE = 1 $ запрос вывода сил для элементов 9,11,13,15 DISP = ALL $ запрос вывода перемещений для всех узловых точек SET 99 = 14,32 GPFORCE = 99 $ запрос на вывод баланса сил для узлов 14, 32

Внимание! Для графической постпроцессорной обработки (независимо от используемых программ) необходимо включить соответствующие управляющие команды в секцию CASE CONTROL. Например, для отображения в постпроцессоре перемещений, секция CASE CONTROL должна содержать управляющую запись DISP=N или DISP(PLOT)=N Это обеспечит вывод перемещений для набора N в бинарный файл для графического постпроцессора.

Форматный вывод результатов Существуют два формата, используемых для вывода результатов: SORT1 - Результаты анализа представляются, как табличный список узловых точек для каждого варианта (применяется по умолчанию для статического анализа). SORT2 - Результаты анализа представляются, как табличный список для каждой узловой точки или элемента. Каждый узел или элемент печатается на новой странице. Включение формата SORT2 в каком-либо одном запросе на вывод результатов приведет к тому, что все остальные результаты будут распечатаны в формате SORT2. Внимание: Запрос вывода SORT2 может выдать чрезмерно большое число страниц с результатами. SORT2 обычно используется для печати результатов динамического анализа.

Вывод с использованием SORT1

Вывод с использованием SORT2