对于NX Nastran在SOL112解算方案中计算Shell单元Von Mises Strain的验算

1. 问题的提出

用户提出在使用NX Nastran 进行基于SOL112解算方案的计算时，后处理得到的Von Mises Strain的值与使用公式和计算得到的各方向应变值计算出来的Von Mises Strain值有较大的误差。
   2.SOL112解算方案介绍
模态瞬态响应分析SOL112解算方案是计算结构瞬态响应的一种方法。该方法利用结构的振型来减小尺寸，解耦运动方程（当不使用阻尼或仅使用模态阻尼时），并使数值积分更有效（当运动方程解耦时）。由于振型通常作为结构属性的一部分进行计算，因此模态瞬态响应分析SOL112解算方案是正常模态分析的自然延伸。

3. NX Nastran中计算Shell单元Von Mises Strain的方法

在《Simcenter Nastran Element Library Reference》中的2D Element-》Understanding Plate and Shell Element Output—》Stress章节中，有对Von Mises Strain的详细描述，如下图公式所示：

其中：ε_x ,ε_y 分别为X、Y方向的主应变值，γ_xy为XY面内的剪切应变值。

4. 各主应变值以及剪切应变值的输出

当用户将输入文件提交给Simcenter Nastran进行计算时，软件会生成许多不同的输出文件。某些文件是自动生成的，而其他文件则仅由提交作业时在输入文件或命令行中发出的特定请求生成。下表显示了不同类型的Simcenter Nastran输出文件。
 

File Extension	File Format	How Created	Brief Description
.f06	ASCII	Automatically	Main output file with printed output, such as displacements and stresses.
.f04	ASCII	Automatically	Provides history of assigned files, disk space usage, and modules used during the analysis.
.log	ASCII	Automatically	Gives a summary of the command line options used and the execution links
.DBALL	Binary	Automatically	A database containing the input file, assembled matrices, and solutions. Used also for restarting the run for additional analysis or output.
.MASTER	Binary	Automatically	Contains the master directory of the files used by the run and the physical location of those files on your system. Needed for a restart.
.plt	Binary	By request	Contains the plot information requested by the plotter commands specified in input file.
.pch	ASCII	By request	Contains the punch output as requested in the input file.
.op2	Binary	By request	Results and geometry database file used for post-processing.
.xdb	Binary	By request	Results and geometry database file used for post-processing.
.hdf	Binary	By request	Results and geometry database file used for post-processing.

其中，.f06文件与.pch文件通常用来记录客户关注的某个物理量或计算值。

• .f06文件

.f06文件是最常用的输出文件格式。NX Nastran将该文件写入FORTRAN Unit 6。这个f06文件包含所有要求的分析结果，如位移、应力和单元力，以及任何诊断信息。f06文件对于模型检查和调试至关重要。
数据恢复和绘图模块的输出都是可选的，其选择由案例控制部分中的命令控制。虽然大多数解决方案序列输出是可选的，并在案例控制部分中请求，但一些打印机输出是自动的，或在执行控制部分的DIAG语句的控制下。

• .pch文件

.pch文件（punched file）是一个ASCII文件，包含 "打孔 "输出。它被写入FORTRAN Unit7。在Case Control部分，用户可以指定是否希望NX Nastran将指定的结果输出到.pch文件。

在Simcenter 3D 中定义输出是在Solution-》Case Control中的Output Requests中进行的。以Strain的输出定义为例，选择PRINT就是要将Strain结果输出到.f06文件中；选择PUNCH则是要将Strain结果输出到.pch文件中；如果选择PRINT,PUNCH，则是同时将结果输出至.f06文件与.pch文件中。

5. Shell单元 Von Mises Strain的验算

通过在Case Control中的Output Requests定义好Strain的输出方式并提交NX Nastran计算后，我们可以使用文本编辑器打开.f06文件或者.pch文件进行查看，可以看到类似下面图片的数据显示：

         在这张数据表中，NORMAL-X的值是ε_x ,NORMAL-Y的值是ε_y ,SHEAR-XY的值是γ_xy 。VON MISES的值就是Von Mises Strain的值。将上面数据表中的数据带入到Von Mises Strain的计算公式中可以得到：


可以看到通过公式计算得到的Von Mises Strain的值与NX Nastran输出到.f06文件中的值是完全相同的。

6. 总结

在与用户进行详细交流后了解到，客户使用Hyperview作为NX Nastran的后处理软件。由于Hyperview在提取.f06或者.pch文件时出现错误，导致用户以为NX Nastran计算的Von Mises Strain的值是错误的。所以，我们建议在处理NX Nastran计算结果的时候使用Simcenter 3D作为后处理软件是最佳的选择。