MSC.Marc工程应用实例分析与二次开发

第一部分 初级篇 1

第1章 MSC.Marc/Mentat入门 1

1.1 MSC.Marc2003软件功能简介 1

1.1.1 MSC.Marc软件背景 1

1.1.2 MARC与Mentat 4

1.1.3 MARC的程序分析功能 5

1.1.4 Marc2003的材料模型 6

1.1.5 Marc2003的单元库 7

1.1.6 Marc2003的新功能 8

1.2 MSC.Marc2003安装后的目录和帮助系统 13

1.2.1 MSC.Marc2003安装目录浏览 13

1.2.2 MSC.Marc2003帮助系统 14

1.3 Marc2003分析的流程 15

1.4 Mentat与用户的交互 16

1.4.1 鼠标器 17

1.4.2 键盘输入 18

1.5 Marc2003软件的接口 19

1.6 学习方法 19

第2章 MSC.Mentat菜单及基本分析过程 21

2.1 概述 21

2.2 主菜单 23

2.2.1 前处理菜单（Preprocessing Menus） 23

2.2.2 分析菜单（Analysis Menus） 24

2.3.1 实用菜单（Utils） 25

2.3 静态菜单 25

2.2.4 配置菜单（Configuration Menus） 25

2.2.3 后处理菜单（Post-Processing Menus） 25

2.3.2 文件（File） 27

2.3.3 其他静态命令 28

2.4 边界条件 28

2.4.1 机械（Mechanical） 29

2.4.2 热传导（Thermal） 30

2.4.3 热—电耦合（Joule） 31

2.4.4 静电场（Electrostatic） 31

2.4.7 电磁场（Electromagnetic） 32

2.4.8 流体（Fluid） 32

2.4.6 静磁场（Magnetostatic） 32

2.4.5 声场（Acoustic） 32

2.4.9 液压轴承（Bearing） 33

2.5 初始条件 33

2.5.1 应力分析（Mechanical） 33

2.5.2 传热分析（Thermal） 34

2.6 材料特性 35

2.6.1 机械材料类型（Mechanical） 36

2.6.2 非机械材料类型（Non-Mechanical） 36

2.7 接触 37

2.7.1 接触体（Contact Bodies） 37

2.7.2 接触表（Contact Tables） 39

2.8 设计变量 40

2.7.3 接触面（Contact Areas） 40

2.7.4 排除片段（Exclude Segment） 40

2.8.1 设计变量（Design Variables） 41

2.8.2 设计约束（Design Constraints） 42

2.9 载荷工况 42

2.10 作业 43

2.11 后处理菜单 47

2.11.1 结果菜单 47

2.11.2 标量画（Scalar Plot） 49

2.11.3 路径图（Path Plot） 49

2.11.4 历程图（History Plot） 50

2.11.5 表格使用（Tables） 51

2.12.2 网格划分 53

2.12 带孔方板的弹塑性分析 53

2.12.1 问题描述 53

2.12.3 边界条件 55

2.12.4 材料特性 56

2.12.5 几何特性 56

2.12.6 工况和作业 57

2.12.7 后处理 57

第二部分 中级篇 60

第3章 几何非线性实例分析 60

3.1 理论指导 60

3.1.1 总拉格朗日表述 61

3.1.3 欧拉—拉格朗日（AEL）表述 64

3.1.2 欧拉表述 64

3.2.1 问题描述 65

3.2.2 网格生成 65

3.2 悬臂梁的几何非线性分析 65

3.2.3 边界条件 66

3.2.4 材料性质 66

3.2.5 几何特性 67

3.2.6 载荷工况 67

3.2.7 作业 67

3.2.8 后处理 68

3.3.1 问题描述 69

3.3.2 网格生成 69

3.3 圆管的屈曲分析 69

3.3.3 边界条件 70

3.3.4 连接 71

3.3.5 材料性质 71

3.3.6 几何特性 72

3.3.7 载荷工况 72

3.3.8 作业 72

3.3.9 后处理 73

3.4 受压圆筒的大位移分析 74

3.4.1 问题描述 74

3.4.2 网格生成 74

3.4.3 边界条件 76

3.4.4 材料性质 77

3.4.5 几何特性 78

3.4.6 载荷工况 78

3.4.7 作业 78

3.4.8 后处理 79

第4章 材料非线性实例分析 81

4.1 理论指导 81

4.1.1 概述 81

4.1.2 率无关弹塑性 81

4.1.3 时相关蠕变 84

4.1.4 粘塑性 86

4.1.5 混凝土开裂行为 87

4.1.6 形状记忆合金 92

4.2 有空隙泥土弹塑性分析 95

4.2.1 问题描述 95

4.2.2 网格划分 95

4.2.3 边界条件 97

4.2.4 材料特性 98

4.2.5 工况 99

4.2.6 作业 100

4.2.7 后处理 100

4.3 厚壁圆筒的蠕变分析 102

4.3.1 问题描述 102

4.3.2 网格划分 102

4.3.4 材料特性 103

4.3.3 边界条件 103

4.3.5 几何特性 104

4.3.6 载荷工况 104

4.3.7 作业 105

4.3.8 后处理结果 105

4.4 开槽梁的混合裂纹扩展分析 108

4.4.1 问题描述 108

4.4.2 网格划分 109

4.4.3 边界条件 112

4.4.4 材料特性 114

4.4.5 几何特性 115

4.4.6 工况 116

4.4.8 后处理 117

4.4.7 作业 117

4.5 采用Rebar单元对加筋梁结构分析 118

4.5.1 问题描述 118

4.5.2 网格划分 118

4.5.3 边界条件 120

4.5.4 材料特性 121

4.5.5 工况 123

4.5.6 作业 123

4.5.7 后处理 124

4.6 使用RBE2/REB3单元进行刚体连接模型分析 125

4.6.1 问题描述 125

4.6.2 网格生成 126

4.6.3 边界条件 127

4.6.4 连接（Links） 128

4.6.5 材料性质 129

4.6.6 几何性质 129

4.6.7 荷载工况 129

4.6.8 作业 130

4.6.9 后处理 131

4.7 弓状线形形状记忆合金模型 132

4.7.1 问题描述 132

4.7.2 边界条件 132

4.7.3 初始条件 134

4.7.4 材料性质 135

4.7.5 载荷工况 138

4.7.6 作业 139

4.7.7 后处理 140

第5章 接触分析 145

5.1 理论指导 145

5.1.1 概述 145

5.1.2 MARC软件的接触算法 145

5.1.3 刚性接触体定义 146

5.1.4 接触探测 147

5.1.5 模拟分离 149

5.1.6 接触传热 150

5.1.7 时间步长选择 150

5.1.8 几个重要的名词 151

5.2.2 建模及分网 152

5.2 铆钉冲压成形过程模拟 152

5.2.1 问题描述 152

5.2.3 材料特性 154

5.2.4 接触定义 155

5.2.5 网格自适应划分 156

5.2.6 工况 157

5.2.7 作业 157

5.2.8 后处理 159

5.3 使用高阶单元的销接接触模型 159

5.3.1 问题描述 159

5.3.2 单元网格和几何实体 160

5.3.3 定义边界条件 162

5.3.4 材料性质 163

5.3.5 定义接触表 165

5.3.6 定义载荷工况 167

5.3.7 提交作业 168

5.3.8 后处理 169

5.4 铁道触式高架线的集电弓架分析 170

5.4.1 问题描述 170

5.4.2 几何实体和网格划分 171

5.4.3 边界条件 173

5.4.4 初始条件 174

5.4.5 链接 174

5.4.7 几何性质 175

5.4.6 材料性质 175

5.4.8 接触定义 176

5.4.9 荷载工况定义 177

5.4.10 确定工作参数 179

5.4.11 后处理 180

第6章 温度场与热传递实例分析 183

6.1 理论指导 183

6.1.1 温度相关和应变率相关塑性 183

6.1.2 热传递分析 185

6.2 带孔方板的热传导分析 186

6.2.1 问题描述 186

6.2.2 网格生产 187

6.2.3 初始条件 188

6.2.4 边界条件 188

6.2.5 材料性质 189

6.2.6 几何性质 190

6.2.7 载荷工况 190

6.2.8 作业 191

6.2.9 后处理 191

6.3 圆环内管道热接触分析 193

6.3.1 问题描述 193

6.3.2 网格生成 193

6.3.3 定义边界条件 194

6.3.5 材料性质定义 195

6.3.4 定义初始条件 195

6.3.6 接触选项定义 196

6.3.7 定义荷载工况 197

6.3.8 运行工作 198

第7章 动力学分析 200

7.1 理论指导 200

7.1.1 概述 200

7.1.2 线性单自由度系统 200

7.1.3 多自由度系统 201

7.1.4 特征值 203

7.1.5 简谐分析 206

7.1.6 阻尼模型 207

7.1.7 预应力结构的动力分析 209

7.1.8 固体与流体交互作用 209

7.1.9 线性瞬态分析 210

7.1.10 非线性瞬态分析 211

7.2 固支方板的特征频率分析 211

7.2.1 问题描述 211

7.2.2 网格划分 211

7.2.3 边界条件 213

7.2.4 材料特性 214

7.2.5 几何特性 214

7.2.6 载荷工况 215

7.2.7 作业参数、提交作业 215

7.2.8 后处理 216

7.3 预应力方板的特征频率分析 218

7.3.1 问题描述 218

7.3.2 网格划分 218

7.3.3 边界条件 219

7.3.4 材料和几何特性 220

7.3.5 载荷工况 220

7.3.6 作业 222

7.3.7 后处理 222

7.4 方板简谐分析 223

7.4.1 问题描述 223

7.4.3 边界条件 224

7.4.2 网格划分 224

7.4.4 材料特性 225

7.4.5 几何特性 225

7.4.6 载荷工况 225

7.4.7 作业参数、提交作业 225

7.4.8 后处理 226

7.5 混凝土响应动力分析 228

7.5.1 问题描述 228

7.5.2 网格划分 229

7.5.3 边界条件 229

7.5.4 初始条件 230

7.5.5 弹簧定义 230

7.5.8 工况 231

7.5.6 材料特性 231

7.5.7 几何特性 231

7.5.9 作业参数、提交作业 232

7.5.10 后处理 232

7.5.11 修改线性弹簧刚度 234

7.5.12 载荷工况 234

7.5.13 工作参数、提交作业 235

7.5.14 后处理 235

7.5.15 用户子程序Usprng 236

7.6 杆撞击无摩擦刚体墙产生的波传播 236

7.6.1 问题描述 236

7.6.3 边界条件 237

7.6.2 网格划分 237

7.6.4 初始条件 238

7.6.5 材料特性 238

7.6.6 几何特性 239

7.6.7 工况 239

7.6.8 作业 239

7.6.9 后处理 240

7.7 三维框架谱响应分析 242

7.7.1 问题描述 242

7.7.2 网格划分 242

7.7.3 边界条件 243

7.7.4 材料性质 243

7.7.6 工况 244

7.7.5 几何特性 244

7.7.7 作业参数、提交作业 245

7.7.8 后处理 246

第8章 微机电和数值仿真 249

8.1 理论指导 249

8.1.1 概述 249

8.1.2 压电分析 249

8.1.3 电—热—机耦合分析 250

8.1.4 数字控制（NC）加工过程 251

8.2 超声马达定子的特征值分析 251

8.2.1 问题描述 251

8.2.2 网格生成 253

8.2.3 边界条件 254

8.2.4 材料性质 256

8.2.5 载荷工况 259

8.2.6 作业参数设置、提交作业 259

8.2.7 后处理 260

8.2.8 边界条件修改 261

8.2.9 新载荷工况 261

8.2.10 作业参数、提交作业 262

8.2.11 后处理 262

8.2.12 修改边界条件 265

8.2.13 载荷工况 266

8.2.14 作业参数、提交作业 266

8.2.15 后处理 267

8.3 微型电热制动器模拟 268

8.3.1 问题描述 268

8.3.2 打开模型 269

8.3.3 边界条件 269

8.3.4 定义初始条件 270

8.3.5 材料性质定义 271

8.3.6 定义载荷工况 272

8.3.7 作业参数、提交作业 272

8.3.8 后处理 273

8.4 数字控制（NC）加工过程的有限元模拟 273

8.4.1 问题描述 273

8.4.3 建模并生成网格 274

8.4.2 输入数据 274

8.4.4 加工程序模拟 275

8.4.5 工作定义 279

8.4.6 察看结果 279

8.5 变压器的3-D分析 281

8.5.1 问题描述 281

8.5.2 网格划分 282

8.5.3 边界条件 285

8.5.4 材料性质定义 287

8.5.5 载荷工况 287

8.5.6 作业参数、提交作业 287

8.5.7 后处理 288

9.1.1 MSC.Marc中的子程序接口 290

9.1 概述 290

第三部分 高级篇 290

第9章 MSC.Marc/Mentat二次开发 290

9.1.2 MSC.Marc2003用户子程序接口 291

9.1.3 公共块数据传递和实用程序 295

9.1.4 用户子程序结构分析 297

9.1.5 用户子程序使用方法 299

9.2 Mentat2003的二次开发 300

9.2.1 菜单汉化 300

9.2.2 自定义菜单 301

9.3 MARC子程序集锦 305

9.4.2 网格生成 306

9.4.1 问题描述 306

9.4 固支梁的动力响应分析 306

9.4.3 边界条件 307

9.4.4 材料性质 308

9.4.5 几何性质 309

9.4.6 工况 309

9.4.7 作业 310

9.4.8 后处理 311

9.5 焊接集成电路块的隐式蠕变分析 312

9.5.1 问题描述 312

9.5.2 生成网格 313

9.5.3 边界条件 315

9.5.5 材料属性 318

9.5.4 初始条件 318

9.5.6 定义接触体 319

9.5.7 荷载工况 320

9.5.8 定义工作参数，保存模型，提交作业 322

9.5.9 后处理 323

第10章 MSC.Marc的数据处理 326

10.1 数据拟合 326

10.1.1 理论指导 326

10.1.2 实例分析 334

10.2 表格使用方法实例 336

10.2.1 建模分网 336

10.2.2 边界条件 338

10.2.3 连接（LINKS） 340

10.2.4 作业 343

10.2.5 表格定义材料性质 343

第四部分 释疑篇 349

第11章 MSC.Marc知识问答 349

11.1 MARC初接触 349

1 1.2 MARC建模 351

1 1.3 参数设定 357

11.4 分析运算 361

11.5 后处理 365

11.6 用户子程序 367

参考文献 369