Моделирование конструкций в среде Femap with NX Nastran

Моделирование конструкций 
в среде Femap with NX Nastran

Рычков С. П.

Москва, 2023

2-е издание, электронное

УДК 624.01:004.9Femap with NX Nastran
ББК 38.5с515
Р93

Р93
Рычков, Сергей Павлович.
Моделирование конструкций в среде Femap with NX Nastran / С. П. Рычков. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 785 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; 
экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-643-2

В книге детально рассмотрен интерфейс программы Femap, в том числе средства 
построения геометрической модели и автоматизированного создания конечно-элементных сеток. Большое внимание уделено описанию библиотеки конечных элементов, способам задания внешних воздействий и граничных условий. Эффективная 
работа с подобной программой требует, кроме знания интерфейса, также обширных 
знаний в предметной области, поэтому книга в той или иной мере затрагивает большое количество дисциплин, таких как теория метода конечных элементов; статика 
и динамика конструкций; теория упругости, сопротивление материалов; строительная механика; устойчивость упругих систем; оптимизация конструкций.
Издание предназначено для специалистов в области проектирования конструкций, которые хотели бы самостоятельно изучить пакет программ Femap with NX 
Nastran и применять его в своей профессиональной деятельности. Книга также будет 
полезна в качестве справочника студентам, аспирантам и преподавателям, а также 
всем пользователям, имеющим опыт работы с подобными пакетами.

УДК 624.01:004.9Femap with NX Nastran 
ББК 38.5с515

Электронное издание на основе печатного издания: Моделирование конструкций в среде 
Femap with NX Nastran / С. П. Рычков. — Москва : ДМК Пресс, 2016. — 784 с. — ISBN 978-597060-421-2. — Текст : непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было 
форме и какими бы то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических 
ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность 
приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты 
авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-643-2
© Рычков С. П., 2012
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2016

Краткое содержание

Предисловие ..............................................................19

Глава1. Применение метода конечных 
элементов в расчете конструкций ........................26

Глава 2. Компоненты программ 
Femap/NX Nastran и их взаимодействие. 
Файлы ..........................................................................45

Глава 3. Интерфейс пользователя  .......................... 54

Глава 4. Средства создания геометрической 
модели ...................................................................... 155

Глава 5. Моделирование конструкций 
конечными элементами ........................................ 203

Глава 6. Средства автоматизированного 
создания сеток конечных элементов ................. 298

Глава 7. Моделирование соединений ................ 338

Глава 8. Нагрузки и граничные условия ............. 349

Глава 9. Управление отображением модели 
и результатов ........................................................... 403

Глава 10. Структура входного файла 
программы Nastran и параметры анализа ........ 444

Глава 11. Задачи статики в линейной 
постановке .................................................................477

Краткое содержание
4

Глава 12. Нелинейный статический анализ 
конструкций ............................................................. 524

Глава 13. Решение контактных задач ................. 547

Глава 14. Анализ устойчивости 
и несущей способности..............................................564

Глава 15. Фрагментация модели ......................... 604

Глава 16. Динамический анализ 
конструкций ............................................................. 618

Глава 17. Нелинейный динамический 
анализ ........................................................................ 683

Глава 18. Оптимизация конструкций .................. 694

Глава 19. Анализ ошибок ....................................... 732

Глава 20. Основы выполнения тепловых 
расчетов .................................................................... 749

Список литературы ................................................. 766

Предметный указатель ............................................... 768

Содержание

Предисловие ..............................................................19

Глава1
Применение метода конечных элементов 
в расчете конструкций .............................................26
1.1. Краткие основы и алгоритмы метода конечных 
элементов  ............................................................... 28
1.1.1. Основные соотношения для дискретных 
систем ..................................................................... 33
1.1.2. Физические и нормальные координаты .......... 34
1.1.3. Метод перемещений ...................................... 35
1.1.4. Метод сил ....................................................... 35
1.1.5. Алгоритм решения статической задачи .......... 36
1.2. Статический расчет конструкций............................... 38

Глава 2
Компоненты программ Femap/NX Nastran 
и их взаимодействие. Файлы .................................45
2.1. Конфигурирование.................................................... 48
2.1.1. Конфигурирование Windows ........................... 48
2.1.2. Конфигурирование Femap/NX Nastran  ........... 49
2.2. Файлы Femap и Nastran  ............................................ 51

Глава 3
Интерфейс пользователя  ........................................... 54
3.1. Окна .......................................................................... 55
3.2. Доступ к командам  ................................................... 56
3.3. Объекты данных ........................................................ 57
3.4. Диалоговое окно выбора объектов – Entity Selection ... 58
3.4.1. Методы выбора объектов ............................... 60
3.4.2. Альтернативные методы быстрого выбора 
объектов .................................................................. 61
3.5. Графический выбор объектов .................................... 62
3.6. Определение координат точки и вектора  .................. 62

Содержание
6

3.6.1. Диалоговое окно задания точки 
в пространстве – Locate Coordinate Definition ........... 64
3.6.2. Диалоговое окно задания вектора – 
Vector Definition ........................................................ 66
3.7. Операции с файлами – меню File ............................... 68
3.7.1. Открытие файла модели  ................................ 68
3.7.2. Сохранение файла модели  ............................ 68
3.7.3. Импорт и экспорт файлов  .............................. 68
3.7.4. Выполнение анализа и виды анализа 
в Femap  ................................................................... 72
3.7.5. Использование примечаний и ссылок  ............ 72
3.7.6. Использование печати и копирования ............ 75
3.7.7. Команды меню Messages  ............................... 77
3.7.8. Перестройка файла модели  ........................... 77
3.7.9. Предварительные назначения ........................ 77
3.8. Инструменты – меню Tools ........................................ 79
3.8.1. Отмена и восстановление выполненных 
операций  ................................................................ 79
3.8.2. Рабочая Плоскость – Workplane ...................... 80
3.8.3. Закрепляемые панели инструментов .............. 82
3.8.4. Инструменты операций – 
Operational Tools  ...................................................... 84
3.8.5. Инструменты объектов – Entity Tools  .............. 87
3.8.6. Инструменты измерений – Measuring 
Tools ........................................................................ 91
3.8.7. Инструменты проверок – Checking Tools  ........ 93
3.9. Создание геометрических объектов – меню 
Geometry  ............................................................... 100
3.10. Создание соединений – меню Connect  ................. 101
3.11. Создание объектов расчетной модели – меню 
Model ..................................................................... 102
3.11.1. Создание систем координат  ...................... 103
3.11.2. Создание функций  ..................................... 105
3.12. Модификация объектов модели – меню Modify  ..... 108
3.12.1. Операции с кривыми .................................. 109
3.12.2. Операции перемещения объектов .............. 111

Содержание
7

3.12.3. Редактирование параметров модели .......... 116
3.12.4. Расширенные средства модификации 
объектов ................................................................ 118
3.13. Вывод информации – меню List  ............................ 126
3.13.1. Вывод информации об объектах подменю 
Tools ...................................................................... 126
3.13.2. Вывод информации о геометрических 
объектах  ............................................................... 127
3.13.3. Вывод информации об объектах 
расчетной модели  ................................................. 129
3.13.4. Вывод результатов расчета  ........................ 131
3.13.5. Вывод информации о группах 
и о модели ............................................................. 137
3.13.6. Назначение вывода  .................................... 138
3.14. Удаление объектов модели – меню Delete  ............ 138
3.14.1. Удаление объектов меню Tools ................... 139
3.14.2. Удаление геометрических объектов  ........... 139
3.14.3. Удаление объектов расчетной модели  ....... 139
3.14.4. Удаление результатов расчета  ................... 141
3.14.5. Удаление объектов из библиотек ................ 142
3.13.6. Удаление групп и видов .............................. 142
3.15. Операции с группами объектов модели – 
меню Group  ........................................................... 142
3.15.1. Создание и установка активной группы  ...... 142
3.15.2. Команды манипуляций группами ................ 143
3.15.3. Команды добавления определенных 
объектов в группу .................................................. 147
3.16. Управление отображением модели 
в графических окнах – меню View  .......................... 149
3.16.1. Управление видами .................................... 150
3.16.2. Модификация видов ................................... 151
3.17. Управление отображением модели 
в графических окнах – меню Window ...................... 153
3.17.1. Команды управления окнами видов ............ 153
3.17.2. Команды перерисовки окон видов .............. 154
3.18. Доступ к справочной системе – меню Help  ........... 154

Содержание
8

Глава 4
Средства создания геометрической модели ... 155
4.1. Создание точек  ...................................................... 156
4.2. Создание кривых ..................................................... 156
4.2.1. Построение прямых линий  ........................... 157
4.2.2. Построение дуг  ............................................ 159
4.2.3. Построение окружностей ............................. 160
4.2.4. Сплайны  ...................................................... 162
4.2.5. Создание кривых из поверхностей ............... 166
4.3. Типы поверхностей ................................................. 167
4.4. Создание граничных поверхностей ......................... 168
4.4.1. Команды подменю Boundary Surface ............ 168
4.5. Построение поверхностей  ...................................... 169
4.5.1. Диалоговое окно задания плоскости  ............ 169
4.5.2. Построение поверхностей по углам 
и кромкам .............................................................. 171
4.5.3. Образование поверхностей 
выталкиванием, вращением и вытягиванием 
по направляющей  ................................................. 172
4.5.4. Создание плоской, цилиндрической 
и сферической поверхностей ................................. 172
4.5.5. Смещение и преобразование 
поверхностей ......................................................... 174
4.6. Серединные поверхности  ....................................... 174
4.6.1. Создание и редактирование простых 
поверхностей ......................................................... 174
4.6.2. Автоматическое создание серединной 
поверхности .......................................................... 175
4.6.3. Полуавтоматическое создание 
серединной поверхности ....................................... 176
4.7. Объемы и твердые тела ........................................... 177
4.8. Твердотельное геометрическое моделирование ..... 177
4.8.1. Активация твердого тела .............................. 178
4.8.2. Создание и редактирование твердых тел ..... 178
4.8.3. Модификация твердых тел ........................... 182
4.8.4. Логические операции с твердыми телами .... 182

Содержание
9

4.8.5. Операции разрезания и рассечения ............. 184
4.8.6. Очистка твердых тел ..................................... 187
4.9. Копирование геометрических объектов .................. 188
4.9.1. Копирование смещением ............................. 188
4.9.2. Радиальное копирование  ............................. 189
4.9.3. Копирование масштабированием  ................ 190
4.9.4. Копирование вращением  ............................. 190
4.9.5. Копирование отражением  ............................ 191
4.10. Геометрический интерфейс ................................... 191
4.10.1. Импорт геометрии ...................................... 193
4.11. Приемы создания твердотельных 
геометрических моделей ....................................... 196

Глава 5
Моделирование конструкций конечными 
элементами .............................................................. 203
5.1. Выбор системы единиц измерения ......................... 205
5.2. Объекты конечного элемента .................................. 206
5.3. Узлы и степени свободы в узле ................................ 207
5.4. Библиотека конечных элементов  ............................ 208
5.4.1. Одномерные элементы  ................................ 208
5.4.2. Двумерные элементы  .................................. 219
5.4.3. Объемные элементы  .................................... 228
5.4.4. Другие элементы  ......................................... 231
5.5. Создание материалов ............................................. 234
5.5.1. Изотропные материалы ................................ 236
5.5.2. Ортотропные материалы .............................. 238
5.5.3. Анизотропные материалы ............................ 240
5.5.4. Нелинейные материалы ............................... 240
5.6. Пакет слоев укладки Layup ...................................... 247
5.7. Создание свойств элементов  ................................. 249
5.7.1. Свойства элементов Rod, Tube 
и Curved Tube ......................................................... 251
5.7.2. Свойства элементов Beam, Bar 
и Curved Beam  ....................................................... 253
5.7.3. Свойства элемента Spring/Damper  .............. 258

Содержание
10

5.7.4. Свойства элемента DOF Spring ..................... 259
5.7.5. Свойства элемента GAP ................................ 260
5.7.6. Свойства элемента Shear Panel .................... 260
5.7.7. Свойства элементов Plate, Bending Only, 
Membrane .............................................................. 261
5.7.8. Свойства элемента Laminate ........................ 262
5.7.9. Свойства элемента Axisymmetric .................. 264
5.7.10. Свойства элемента Solid ............................. 264
5.7.11. Свойства элемента Mass ............................ 265
5.7.12. Свойства элемента Slide Line ...................... 266
5.7.13. Свойства элемента Weld/Fastener ............... 266
5.8. Создание узлов и элементов по одному  ................. 266
5.8.1. Создание узлов ............................................ 266
5.8.2. Создание элементов .................................... 268
5.8.3. Создание элемента GAP ............................... 273
5.8.4. Создание и применение Rigid-элементов ..... 275
5.8.5. Создание элемента Slide Line ....................... 288
5.8.6. Создание элемента соединения 
Weld/Fastener ......................................................... 291

Глава 6
Средства автоматизированного создания 
сеток конечных элементов ................................... 298
6.1. Создание сеток на геометрических объектах  .......... 299
6.1.1. Команды управления параметрами сетки ..... 299
6.1.2. Команды разбиения геометрической 
модели .................................................................. 314
6.2. Создание сеток без использования геометрии ....... 322
6.2.1. Построение сетки в области между 
узлами ................................................................... 322
6.2.2. Построение сетки по заданным группам 
узлов ..................................................................... 323
6.2.3. Построение связей между узлами 
модели .................................................................. 324
6.2.4. Создание сетки в произвольной области ...... 327
6.3. Модификация сеток ................................................ 328