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第1章 程序概况1

1.1 MSC 公司与 MSC.Marc2

1.2 MSC.Marc 的产品3

1.3 Marc 程序结构的特点4

1.4 Marc 安装后的有关目录8

1.5 软件文档9

1.6 Marc 的文件系统10

1.7 软件接口功能10

第2章 基本求解过程11

2.1 线弹性分析有限单元法的基本步骤14

2.2 非线性的分类及有限单元法的基本流程16

2.3 非线性方程组的求解方法18

2.4 非线性迭代的收敛判据19

2.5 单元的使用方法及数值积分21

2.6 Marc 软件的运行23

2.7 运行 Marc 所需的 Job 文件的数据构成26

2.8 求解器30

2.9 内存分配和空间需求30

第3章 几何建模与网格生成33

3.1 Mentat 概况及使用方法34

3.2 单元的类别及质量评定37

3.3 单元的直接定义39

3.4 几何建模42

3.4.1 控制点的生成42

3.4.2 线的生成42

3.4.3 面的生成44

3.4.4 实体的生成45

3.5 用映射法生成网格与操作示范45

3.6 自动生成网格49

3.6.1 Mentat 几何定义51

3.6.2 Mentat 几何修复51

3.6.3 设置种子点56

3.6.4 ADVANCING FRONT 四边形、三角形单元生成器57

3.6.5 DELAUNAY 三角形单元生成器58

3.6.6 Overlay 覆盖网格生成技术59

3.6.7 四面体单元生成器59

3.6.8 六面体单元生成器60

3.7 Mentat 的其他网格处理功能68

3.8 例题76

第4章 Mentat 常用菜单命令87

4.1 边界条件的定义(BOUNDRAY CONDITIONS)88

4.2 初始条件的定义(INITIAL CONDITIONS)93

4.3 材料特性的定义(MATERIAL PROPERTIES)94

4.4 选择功能(SELECT)99

4.5 表格功能的使用(TABLE)100

4.6 几何特性的定义(GEOMETRIC PROPERTIES)105

4.7 接触条件的定义(CONTACT)107

4.8.1 分析种类的选择111

4.8 载荷工况的定义(LOADCASES)111

4.8.2 LOADCASES 的定义113

4.9 定义作业参数并提交运行(JOBS)117

4.10 后处理(RESULTS)125

4.11 静态菜单命令127

第5章 线弹性静力分析131

5.1 二维线弹性静力分析132

5.2 三维线弹性静力分析144

第6章 材料非线性157

6.1 综述158

6.2 弹塑性分析158

6.2.1 概述158

6.2.2 屈服准则159

6.2.3 流动准则159

6.2.4 关联流动和各向同性硬化160

6.2.5 其他屈服准则和硬化定律161

6.2.7 利用 Marc/Mentat 进行弹塑性分析165

6.2.6 塑性求解过程和列式165

6.3.1 概述166

6.3.2 蠕变现象166

6.3 蠕变分析166

6.3.3 本构方程167

6.3.4 求解过程168

6.3.5 利用 Marc 求解蠕变问题168

6.4 橡胶材料特性的分析171

6.4.1 概述171

6.4.2 弹性体的宏观行为172

6.4.3 Mooney 材料174

6.4.4 Rivilin 表达式175

6.4.5 Ogden 模型176

6.4.6 在应力函数中采用 Lagrange 乘子176

6.5.1 概述177

6.5.2 弹性材料行为177

6.5 各向异性行为与复合材料结构177

6.4.7 用 Marc 程序进行弹性体材料分析177

6.5.3 在 Marc 中指定材料模型179

6.5.4 失效准则182

6.6 材料试验曲线拟合183

6.6.1 概述183

6.6.2 材料试验184

6.6.3 读入数据185

6.6.4 采用基于不变量应变能函数拟合数据186

6.7 例题190

6.7.1 厚壁筒的弹塑性分析191

6.7.2 椭圆形管道的蠕变分析200

6.7.3 带孔复合材料板应力分析208

第7章 几何非线性与屈曲分析215

7.1 综述220

7.2.1 几何非线性的应变度量221

7.2 几何非线性问题的有限单元法221

7.2.2 几何非线性的应力度量223

7.2.3 非线性有限元的 Lagrange 格式224

7.3 屈曲分析226

7.3.1 屈曲分析分类226

7.3.2 线性屈曲分析229

7.3.3 非线性屈曲分析231

7.4 失稳路径的弧长法233

7.4.1 增量加载方式233

7.4.2 弧长法235

7.5 材料非线性与屈曲/失稳分析238

7.5.1 材料非线性与几何非线性239

7.5.2 包含材料非线性的屈曲分析240

7.6 屈曲分析实例——部分球壳受外压的屈曲分析241

7.6.1 线性屈曲分析242

7.6.2 失稳路径分析247

7.6.3 Buckle increment 分析250

第8章 接触分析255

8.1 综述256

8.1.1 接触问题的描述方法256

8.1.2 Marc 软件提供的接触算法257

8.1.3 接触算法的基本流程257

8.2 接触体的定义和运动描述258

8.2.1 可变形接触体的定义259

8.2.2 刚性接触体的定义260

8.2.3 允许传热分析的刚性接触体的定义261

8.2.4 刚体运动描述261

8.2.5 描述刚体运动的初始条件263

8.3 接触探测263

8.3.1 接触容限264

8.3.2 偏斜系数265

8.3.3 接触检查顺序266

8.4.1 刚体与变形体之间的接触约束267

8.4 施加接触约束以及修改接触约束267

8.4.2 变形体与变形体的接触约束268

8.4.3 接触约束的满足与接触体定义顺序的关系268

8.5 模拟摩擦269

8.5.1 滑动库仑摩擦模型270

8.5.2 剪切摩擦272

8.5.3 粘-滑摩擦模型272

8.5.4 其他摩擦模型273

8.5.5 关于摩擦的其他说明273

8.6 模拟分离274

8.7 其他接触功能275

8.7.1 粘合275

8.8 厚壁橡胶圆筒受压分析276

8.7.4 对称平面276

8.7.3 过盈检查/过盈闭合量设置276

8.7.2 释放276

8.9 厚壁圆筒过盈配合分析283

第9章 动力学分析289

9.1 综述290

9.2 特征值问题290

9.2.1 数学列式290

9.2.2 求解特征值的数值技术291

9.2.3 刚体模态293

9.3 简谐分析294

9.3.1 复数算式294

9.3.2 采用 Marc/Mentat 进行简谐分析294

9.4 阻尼模型295

9.4.1 减振器及粘性阻尼295

9.4.2 模态阻尼296

9.4.3 瑞利阻尼296

9.5 谱响应分析297

9.4.4 数值阻尼297

9.5.1 从基于谱密度的大地运动298

9.5.2 刚体基运动引起的结构激励300

9.5.3 利用 Marc 程序进行谱响应分析302

9.6 线性动力瞬态分析303

9.6.1 线性动力学分析基础304

9.6.2 直接积分方法304

9.6.3 模态叠加法306

9.6.4 精度和稳定性306

9.6.5 时间步长的选择307

9.6.6 采用 Mentat 进行线性瞬态分析的前处理308

9.7 非线性瞬态分析308

9.7.1 非线性方程的直接积分309

9.7.2 塑性的影响310

9.7.3 几何非线性310

9.7.4 非线性加载和边界条件310

9.7.5 精度和稳定性311

9.7.6 利用 Marc 和 Mentat 进行非线性瞬态分析312

9.8 固支方板的特征频率分析312

9.9 两个变形体之间的动力接触分析318

第10章 断裂力学问题的有限元分析329

10.1 综述330

10.2 断裂力学理论简介330

10.3 有限元分析方法332

10.4 奇异单元法333

10.5 利用 Marc/Mentat 程序进行断裂力学分析333

10.6 承受轴向拉伸双边开槽试样 J 积分计算335

第11章 温度场分析和热应力分析341

11.1 综述342

11.2 热传导分析的有限元法342

11.2.1 热传导问题的数学描述342

11.2.2 热传导问题的有限元法343

11.2.3 非线性热传导分析的收敛判定345

11.3.1 Marc 提供的热传导单元350

11.3 用 Marc/Mentat 实施传热分析350

11.3.2 常规传热分析的数据定义流程351

11.3.3 散热片分析353

11.3.4 用 Marc/Mentat 完成表面间热辐射分析360

11.4 热应力分析365

11.4.1 热应力分析的有限元描述365

11.4.2 热应变366

11.4.3 用 Marc/Mentat 完成热应力分析366

11.4.4 散热片热弹性分析368

第12章 电磁场分析375

12.1 综述376

12.2 静电场分析376

12.2.1 静电场分析方程376

12.2.2 静电场分析单元377

12.2.3 2-D 静电场分析实例377

12.3.1 静磁分析的方程382

12.3 静磁场分析382

12.3.2 静磁场分析单元384

12.3.3 2-D 静磁场分析实例385

12.4 电磁场分析390

12.4.1 瞬态电磁分析列式391

12.4.2 简谐电磁分析列式392

12.4.3 电磁场分析单元392

第13章 网格自适应与重划分393

13.1 综述394

13.2 误差准则395

13.3 单元网格细化对策399

13.4 线性自适应分析算例402

13.5 网格重划分407

13.6 重划分分析算例409

第14章 用户子程序417

14.1 综述418

14.2.3 粘塑性和广义塑性子程序419

14.2.2 用户定义的各向异性材料特性和本构关系419

14.2.1 用户定义的加载、边界条件和状态变量419

14.2 用户子程序分类及常用用户子程序419

14.2.4 粘弹性子程序420

14.2.5 修改几何形状的子程序420

14.2.6 定义输出量的子程序420

14.2.7 定义滑动轴承分析的子程序420

14.2.8 其他子程序420

14.3 利用公共块进行数据传递421

14.4 利用内部子程序进行矩阵运算422

14.5 用户子程序例题——受移动载荷作用的方板分析423

第15章 滑动轴承分析431

15.1 综述432

15.2 单元类型432

15.3 计算结果432

15.4 技术背景433

15.5 滑动轴承润滑分析 dat 文件中参数的含义434

15.6.1 模型描述435

15.6 例题——有限宽度下滑动轴承分析435

15.6.2 边界条件定义436

15.6.3 材料特性436

15.6.4 承载能力436

15.6.5 阻尼和刚度特性436

15.6.6 在新的旋转位置处的承载能力437

15.6.7 Mentat 菜单命令流438

15.6.8 编辑输入文件并提交运算441

15.6.9 后处理441

附录445

附录 A 用 TYING 实现节点自由度间的线性约束446

附录 B Singularity Ratio(奇异比)447

附录 C 重起动功能448

附录 D 输入数据文件示例452

附录 E 输出结果文件示例456

参考文献474