MSC Nastran（二）—— SOL 1013正则模态分析详解
求解序列
SOL 103 实特征值提取(正则模态 Normal Modes)
子工况
SUBCASE 1 · TITLE = LoadCase-1
几何
矩形薄板 100 × 10 × 1.0 mm(长×宽×厚),z=0 平面内
网格
250 个 CQUAD4(2×2 mm 结构化四边形),306 个 GRID
材料
MAT1 #2: E=200000 N/mm², ν=0.3, ρ=7.85e-09 t/mm³(钢)
属性
PSHELL #1: 膜/弯/剪材料均 #2, T=1.0 mm, NSM=0
约束
SPC1 #1 固支两端(全部 DOF 123456);SPCADD #2 引用之
特征值
EIGRL #1: 提取 20 阶,MASS 选项
输出
DISPLACEMENT(ALL, SORT1, PLOT) · MEFFMASS(ALL)=YES
单位制
mm - N - tonne(吨) [因 rho=7.85e-9 t/mm^3 对应钢密度 7850 kg/m^3]
① 模型几何与网格
模型为一块水平放置的矩形钢板,位于 z=0 平面。长边 L=100 mm 沿 x 方向,宽 W=10 mm 沿 y 方向,厚度 1.0 mm 沿 z。网格为 50×5 的 CQUAD4 结构化四边形(单元尺寸 2×2 mm),共 250 单元、306 节点。两条短边(x=0 与 x=100)上的全部节点被固支,长边(y=0 与 y=10)自由。
② 求解控制(CEND / SOL)
GEOMCHECK NONE
关闭几何检查(不校验单元雅可比/翘曲等),求解更快但可能掩盖网格缺陷
SOL 103
实特征值(正则模态)求解——求 Kφ=λMφ 的本征对,输出固有频率与振型
ECHO=NONE
不在 .f06 中回显输入卡片
AUTOSPC(NOPRINT)=YES
自动施加单点约束,且静默。关键作用:CQUAD4 在绕 z 的扭转自由度(DOF 6)无刚度,产生奇异位移,AUTOSPC 自动约束这些 DOF 以消除奇异。两端已全约束,故无刚体模态
SUBCASE 1
SPC=2 引用约束集;METHOD=1 引用 EIGRL#1
③ 卡片逐条详解(字段级)
以下按"控制段"与"Bulk Data"两类,对文件中出现的每一类卡片逐字段说明其在 MSC Nastran 中的含义及在本模型中的取值。字段顺序依据 MSC Nastran Quick Reference Guide。
A. 控制段(Executive / Case Control)
SOL 103 — 求解序列(Executive Control)
SOL 103
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| SOL | — | Solution Sequence 选择命令,位于文件首行区域 |
| 103 | 103 | 实特征值提取 = 正则模态(Normal Modes)分析,求解 Kφ=λMφ,输出固有频率与振型 |
GEOMCHECK NONE — 几何检查(Executive Control)
GEOMCHECK NONE
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| GEOMCHECK | — | 控制求解前自动几何校验(单元畸变、连通性、法向一致性等) |
| 参数 | NONE | 关闭所有几何检查。求解更快,但可能掩盖网格缺陷(本模型为规整结构化网格,风险低) |
CEND — 段分隔标记
CEND
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| CEND | — | Case Control 命令结束标记;其后的 SUBCASE / 输出请求等进入 Case Control 段,直到 BEGIN BULK |
ECHO=NONE — 回显控制(Case Control)
ECHO=NONE
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| ECHO | — | 控制 Bulk Data 在 .f06 中的回显 |
| 参数 | NONE | 不回显任何 Bulk 数据卡片 |
AUTOSPC(NOPRINT)=YES — 自动单点约束(Case Control)
AUTOSPC(NOPRINT)=YES
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| AUTOSPC | YES | 启用自动单点约束:求解器自动为刚度矩阵奇异的自由度补加约束,消除刚体模态/零能模态 |
| (NOPRINT) | NOPRINT | 不打印 AUTOSPC 自动约束诊断表 |
本模型关键点:CQUAD4 四边形壳在绕自身法向 z 的扭转自由度(DOF 6,钻孔自由度)上没有刚度,刚度矩阵该列奇异。AUTOSPC 会自动约束这些 DOF 6 以求得正常解。由于两端已被 SPC 全约束,本模型不存在整体刚体模态。
SUBCASE 1 — 子工况定义(Case Control)
SUBCASE 1
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| SUBCASE | — | 开始定义一个子工况(载荷/约束/输出组合) |
| 编号 | 1 | 子工况 ID;其下各请求只对该子工况生效 |
TITLE = LoadCase-1 — 标题(Case Control)
TITLE = LoadCase-1
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| TITLE | — | 设置打印在输出文件上的问题标题 |
| 文本 | LoadCase-1 | 本例标题文本 |
SPC = 2 — 单点约束集选择(Case Control)
SPC = 2
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| SPC | — | 为本子工况选择使用的单点约束集(SPCSET) |
| 集 ID | 2 | 引用 SPCADD #2(其成员为 SPC1 #1),即两端固支 |
METHOD = 1 — 特征值方法选择(Case Control)
METHOD = 1
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| METHOD | — | 为本子工况选择使用的实特征值提取方法集 |
| 集 ID | 1 | 引用 EIGRL #1(提取 20 阶) |
DISPLACEMENT(PLOT,SORT1) = ALL — 位移输出(Case Control)
DISPLACEMENT(PLOT,SORT1) = ALL
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| DISPLACEMENT | — | 请求位移(平动+转角)输出 |
| (PLOT) | PLOT | 生成绘图数据,供 Patran / HyperView 等后处理查看振型 |
| (SORT1) | SORT1 | 输出按"节点/单元 → 子工况(模态)"排序,便于逐模态查看 |
| = ALL | ALL | 输出全部 GRID 点的 6 个 DOF 位移 |
MEFFMASS(ALL) = YES — 模态等效质量(Case Control)
MEFFMASS(ALL) = YES
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| MEFFMASS | — | 请求模态有效质量(Modal Effective Mass)输出 |
| (ALL) | ALL | 对全部 6 个 DOF(1–6)均输出等效质量与累计分数 |
| = YES | YES | 启用。用于判断所取模态是否足以表征某方向激励(等效质量累计应逼近 1.0) |
BC=1 — 边界条件集选择(Case Control)⚠
BC=1
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| BC | — | 选取由 BCSET / BCBULK 定义的边界条件集(用于静力/气弹等) |
| 集 ID | 1 | 引用 BC 集 #1 |
本文件 BULK 区没有对应的 BCSET / BCBULK #1 卡片。多数情况下 MSC Nastran 会因"BC SET 1 未定义"而报错甚至 FATAL。标准约束已通过 SPC=2 定义,此行多余,建议删除。
B. Bulk Data 段
BEGIN BULK / ENDDATA — 段标记
BEGIN BULK ... ENDDATA
| 字段 | 取值 | 含义 |
|---|---|---|
| BEGIN BULK | — | Bulk Data(节点、单元、材料、属性、约束等)开始 |
| ENDDATA | — | 文件结束标记,必须位于最后一行 |
内容简介：包含模型算例
