Patran&Nastran载荷提取方法介绍

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了在仿真分析中如何获取分析对象的载荷，包括约束反力、多点约束力、接触力、任意截面受力等方法。这些方法可以帮助分析人员获取组件级和零件级的载荷，从而提高仿真结果的准确性。需要注意的是，不同的载荷提取方法都有一定的条件限制，需要根据实际情况选择合适的方法。

载荷几乎可以说是仿真的必备元素之一，没有准确的载荷就没有准确的结果。对于仿真分析人员来说，怎么获取分析对象的载荷是一项重要的任务，在仿真体系成熟的团队中甚至有专门的人来做载荷提取的工作。

分析使用的载荷可以来自规范或者试验，也可以来自仿真。从规范或试验中拿到的载荷往往是系统级的，只有几个关键位置的载荷信息，这对于分系统或供应商远远不够。因此，通过仿真来获取组件级和零件级的载荷就成了必然选择。

载荷获取是一个大的概念，有的情况需要用多体动力学软件，而有的情况更适合用有限元软件。本文基于Patran&Nastran来介绍几种有限元中的载荷提取的场景。

1 约束反力

相较于受力结果，应力结果受网格尺寸和网格质量影响更大，因此工程评估有的时候会将关键位置的受力考虑在内。如果关心的关键位置就是仿真模型的约束位置，那么可以在分析设置时定义输出“constraint forces”，分析后可以在后处理中查看约束反力。

                                                                            图1 设置输出约束反力

                                                                                 图2 约束反力结果

2 多点约束力

多点约束单元是等效连接件的一种建模方式。可以通过多点约束单元绑定被连接的两个零件，通过仿真得到连接力的大小，从而评估连接件的可靠性。当然也可以通过这种方式进行分系统的载荷提取，通过系统级粗模型得到分系统的受力，然后再细化分系统的网格进行相对精确的分析。仿真前需要设置输出多点约束力，在后处理中再去查看该结果。

                                                                            图3 设置输出多点约束力

                                                                                图4 多点约束力结果

3 接触力

除了采用连接单元等效零件之间的相互作用，定义接触也是一种常用的建模方式，尤其是在非线性仿真中。分析设置中定义输出接触结果，然后在后处理中查看接触面的受力情况。需要注意的是Nastran中的线性接触建模方法不能得到接触力结果，只有在非线性求解时才能输出接触力。

                                                                           图5 设置输出非线性接触力

                                                                               图6 非线性接触力结果

4 任意截面受力

以上三种载荷提取方法都有条件限制，约束端、多点约束单元、非线性接触。现实应用中如果能得到任意截面的受力，“子模型方法”使用起来将更加灵活。Patran&Nastran就有提取任意截面受力的功能，只要在分析设置时定义输出“Grid Point Force Balance”，就可以在后处理时提取任意截面的受力。设置节点力输出界面如图7所示。

                                                                                图7 设置输出节点力

仿真后在Patran的后处理中通过Results>Creat>Freebody>Loads界面，选取Freebody Loads结果，框选要待选单元，即可显示截面处的受力，详见图8。

                                                                   图8 后处理中显示任意截面的受力

5 总结

因为以上方式显示的受力结果几乎都是分布到多个节点上，可以通过Patran后处理的Results>Creat>Report>Overwrite file输出这些节点受力，再通过二次后处理得到截面总的受力。在提取多点约束力的时候尤其要注意分清主从节点，可以灵活借助Patran中的List功能，先确定主节点或从节点的编号，然后再提取相应的受力。