Marc 非線性有限元分析標準教程

陈火红，在MSC Software软件公司北京代表处长期从事有限元分析软件开发和应用等技术工作，具有丰富的软件使用和教学经验。先后参与编写、出版了9本教程和专著。

白长安，西安交通大学机械工程专业博士。在汽车高速行驶风噪预测与优化，风机类旋转机械噪声预测与控制，核电管路系统噪声预测与控制等方向具备多年工程经验。

赵建才，上海交通大学博士，高级工程师。建新赵氏集团有限公司技术中心CAE高级工程师。从事橡胶材料工程与计算机仿真研究20余年，发表论文50余篇。

目　錄

第 1章　Marc入門　1

1.1　Marc概述　1

1.1.1　Marc簡介　1

1.1.2　前後處理器Mentat簡介 　2

1.1.3　Marc求解器的4個庫　2

1.2　Marc的安裝與運行　3

1.2.1　軟件安裝　3

1.2.2　Marc程序常用文件 　9

1.2.3　Mentat的啟動與Marc求解器的運行 　9

1.2.4　Marc幫助文檔 　10

1.3　Mentat的常用功能　11

1.3.1　Mentat常用快捷功能圖標簡介　11

1.3.2　Mentat 2020主要菜單簡介　14

1.3.3　模型瀏覽器簡介　14

1.3.4　“文件”菜單　17

1.3.5　“選取”菜單　18

1.3.6　“視圖”菜單　21

1.3.7　“工具”菜單　22

1.3.8　“模式”菜單　24

1.3.9　“窗口”菜單　25

1.3.10　“幫助”菜單　25

1.3.11　輔助功能圖標　26

1.3.12　Mentat的常用快捷方式　26

第 2章　幾何導入與網格劃分　28

2.1　幾何模型導入　28

2.1.1　Mentat的通用CAD接口

（作為實體導入）功能　29

2.1.2　CAD模型的特徵識別和特徵編輯　33

2.2　Mentat中的幾何建模和網格生成　33

2.2.1　格柵的使用　33

2.2.2　幾何對象的生成和編輯　34

2.2.3　網格對象的生成和編輯　36

2.2.4　模型長度單位的設置　39

2.3　自動分網預處理　40

2.3.1　檢查/修復幾何　40

2.3.2　曲線布種子點　41

2.3.3　實體網格種子點　42

2.4　自動分網　42

2.4.1　曲線自動分網　43

2.4.2　二維平面自動分網　43

2.4.3　曲面自動分網　45

2.4.4　體自動分網　46

2.4.5　二維加強筋分網　50

2.4.6　“檢查網格”功能　50

2.5　轉換法生成網格　52

2.6　幾何和網格處理操作　52

2.6.1　關聯/附著　52

2.6.2　單元幾何拓撲種類更改　53

2.6.3　單元檢查 　53

2.6.4　轉換 　53

2.6.5　特徵消除 　53

2.6.6　復制 　53

2.6.7　擴展　54

2.6.8　相交　54

2.6.9　移動　54

2.6.10　鬆弛　54

2.6.11　旋轉　54

2.6.12　實體的操作　54

2.6.13　拉直　55

2.6.14　網格細化加密　55

2.6.15　消除重復對象　55

2.6.16　對稱　56

2.7　實例——臂型結構線彈性分析　56

第3章　結果後處理　67

3.1　模型圖 　67

3.1.1　變形形狀　69

3.1.2　標量顯示　70

3.1.3　其他的顯示　70

3.2　路徑上的結果顯示　70

3.3　變量歷程圖　71

3.4　圖片的顯示和存儲　72

3.5　生成動畫文件與結果動畫　72

3.6　後處理中的模型剪裁功能　73

3.7　全局變量　74

3.8　局部坐標系的變換　75

3.9　結果文件的保存　77

3.10　求解中的常見問題及處理方法　78

3.10.1　監控分析作業運行狀態　78

3.10.2　查看分析診斷信息　79

3.10.3　退出號　82

3.11　實例——臂型結構線彈性分析結果後處理　83

第4章　結構接觸非線性分析　88

4.1　求解接觸問題的數學方法　88

4.1.1　拉格朗日乘子法　89

4.1.2　罰函數法　89

4.1.3　直接約束法　90

4.1.4　面段對面段接觸探測及分析的方法　90

4.1.5　Marc接觸算法的基本流程　91

4.2　摩擦模型的確定　91

4.2.1　庫倫摩擦模型　91

4.2.2　剪切摩擦模型　92

4.2.3　粘－滑摩擦模型　93

4.2.4　雙線性摩擦模型　93

4.2.5　各向異性摩擦系數的定義　94

4.2.6　確定摩擦模型　95

4.3　接觸體的定義和運動描述　96

4.3.1　變形體的定義　96

4.3.2　剛體的定義　99

4.3.3　可傳熱的剛體的定義　101

4.3.4　剛體運動控制　101

4.3.5　接觸體定義技巧　103

4.4　接觸關系的定義　104

4.4.1　粘接接觸參數的設置　105

4.4.2　接觸參數的設置　107

4.5　接觸表的定義　111

4.5.1　接觸表的具體定義　112

4.5.2　接觸檢查順序　113

4.5.3　接觸表參數的設置　114

4.5.4　接觸區域　116

4.6　排除部分的定義　116

4.7　汽車車門密封件接觸分析計算實例　116

4.7.1　問題描述　117

4.7.2　前處理　118

4.7.3　後處理　127

第5章　Marc分析綜合應用實例　129

5.1　螺栓預緊分析實例　129

5.1.1　問題描述　131

5.1.2　前處理　131

5.1.3　後處理　138

5.2　結構過盈配合分析實例　140

5.2.1　問題描述　140

5.2.2　前處理　140

5.2.3　後處理　146

5.3　復合材料脫層分析實例　147

5.3.1　問題描述　148

5.3.2　前處理　148

5.3.3　後處理　155

5.3.4　界面單元技術模擬復合材料脫層　156

5.4　溫度場分析實例　158

5.4.1　問題描述　160

5.4.2　前處理　161

5.4.3　後處理　167

5.4.4　瞬態熱分析　167

第6章　橡膠密封件大變形特性分析實例　172

6.1　密封件大變形有限元分析基礎　172

6.1.1　密封件大變形有限元分析理論　172

6.1.2　密封件有限元分析的步驟　175

6.2　S2000密封件直條的有限元分析　177

6.2.1　問題描述　178

6.2.2　前處理　178

6.2.3　後處理　178

6.3　S2000密封件彎條的有限元分析　180

6.3.1　問題描述　180

6.3.2　前處理　181

6.3.3　後處理　191

6.4　B2密封件的有限元分析　192

6.4.1　B2密封件直條的有限元分析　192

6.4.2　B2密封件彎條的有限元分析　193

6.5　B5密封件的有限元分析　194

6.5.1　B5密封件直條的有限元分析　195

6.5.2　B5密封件彎條的有限元分析　196

6.6　不同結構的車門密封件壓縮變形特性的比較　198

6.7　密封件大變形特性的驗證　198

第7章　玻璃導槽密封件的結構設計模擬實例　204

7.1　玻璃導槽密封件模擬流程　204

7.2　玻璃導槽密封件壓縮載荷模擬　206

7.2.1　問題描述　206

7.2.2　前處理　207

7.2.3　後處理　215

7.3　玻璃導槽密封件插拔力模擬　217

7.3.1　問題描述　217

7.3.2　前處理　217

7.3.3　後處理　226

7.4　玻璃導槽密封件彎曲褶皺模擬　228

7.4.1　問題描述　228

7.4.2　前處理　229

7.4.3　後處理　236

7.5　玻璃導槽密封件結構優化　238

7.6　玻璃導槽密封件結構性能模擬與驗證　239

第8章　網格重劃分與橡膠結構分析實例　241

8.1　全局網格重劃分　241

8.1.1　全局網格重劃分的相關

菜單和操作　242

8.1.2　定義網格重劃分準則　243

8.1.3　網格重劃分網格密度的控制和設置　245

8.1.4　網格重劃分中的特徵保留　249

8.1.5　接觸體局部網格重劃分　250

8.2　承受高壓流體的O型密封圈結構分析　253

8.2.1　問題描述　253

8.2.2　導入幾何模型與網格　254

8.2.3　模型參數設置　254

8.3　封隔器結構分析　267

8.3.1　問題描述　267

8.3.2　前處理　268

8.3.3　後處理　280

8.4　密封件的壓縮永久變形分析　282

8.4.1　問題描述　283

8.4.2　前處理　283

8.4.3　後處理　293

8.5　橡膠件疲勞分析　295

8.5.1　問題描述　295

8.5.2　前處理　296

8.5.3　後處理　299

第9章　Marc 2020與Actran 2020聯合模擬　301

9.1　線性聲學基本理論　301

9.2　Actran的聲學功能與基本理論　305

9.2.1　聲學有限元　305

9.2.2　聲學無限元　306

9.3　Actran的前處理與後處理　309

9.3.1　問題描述　309

9.3.2　問題解析解　310

9.3.3　Actran VI前處理　310

9.3.4　創建域　311

9.3.5　創建直接頻率響應分析　311

9.3.6　指定計算頻率的範圍　312

9.3.7　創建有限元流體組件　312

9.3.8　創建無限元流體組件　313

9.3.9　創建球聲源　314

9.3.10　模型文件的輸出　316

9.3.11　運行Actran模型文件　317

9.4　Marc與Actran聯合聲學分析　322

9.4.1　問題描述　322

9.4.2　Actran VI前處理　323

9.4.3　後處理　333

9.5　玻璃導槽密封件結構靜態隔聲模擬實例　334

9.5.1　玻璃導槽密封件隔聲機理　334

9.5.2　Marc壓縮載荷分析　335

9.5.3　Actran隔聲模擬分析　336