NASTRAN

Das Programmpaket NASTRAN wurde von der US-Raumfahrtbehörde NASA als ein universell einsetzbares Finite-Elemente-Programm entwickelt. MSC/NASTRAN ist das anerkannteste und weltweit führende FE-Programm mit den meisten Installationen.

Installierte Versionen/Hersteller

Hersteller: MacNeal-Schwendler Corporation

Produkt Version Betriebs-
system		 Rechner Parallel-
version
MSC/MDNASTRAN 2008.r3 Linux Linux-Cluster

ja

Bewreitstellung von NASTRAN

module load mdnastran

Anwendungsgebiet von NASTRAN

Das Programmpaket NASTRAN wurde von der US-Raumfahrtbehörde NASA als universell einsetzbares Finite-Elemente-Programm entwickelt. Am LRZ wird MSC/NASTRAN von der Firma MacNEAL-SCHWENDLER-Corporation als eine Weiterentwicklung des ursprünglichen Produktes eingesetzt. Wenn im folgenden von NASTRAN gesprochen wird, ist immer MSC/NASTRAN gemeint. MSC/NASTRAN ist das anerkannteste und weltweit führende FE-Programm mit den meisten Installationen.

Zusammenfassung der Eigenschaften von MSC/NASTRAN:

Anwendungsbereich:
Linear und nichtlinear statische und dynamische Festigkeits- und Wärmeleitungsberechnungen, Akustik
Programmeigenschaften:
Kleine und großse Verschiebungen, kleine Spannungen, Plastizität, thermische Einflüsse, Vibrationen, lineares und nichtlineares dynamisches Response-Spektrum, Knickung, Instabilität
Elementbibliothek:
Stab-, Rundstab-, Balken-, Membran-, Platten-, 3D-Festkörper, axialsymmetrische, isoparametrische, Bruchelemente
Materialbibliothek:
Isotrope, anisotrope, linear und nichtlinear elastische, temperaturabhängige, elasto-plastische Materialmodelle, Kriechen
Belastungsarten:
statische, zeitabhängige, deformationsabhängige, Punkt-, Linien-, Oberflächen-, Volumen-Lasten. Randbedingungen: Elastisches Fundament, Kontakt, vorgeschriebene Mehrfach-Festhaltungen und -Zwangsverschiebungen
Weitere Fähigkeiten:
Lokales Koordinatensystem für alle Elemente möglich, Restart, Substrukturierung (Superelemente)
Lösungsmethoden:
partielle LDL-Aufteilung, Guyan-Reduktion; Eigenwerte (Determinantenmethode, Givens-, QR-, Lanczos-Methode)
Daten-Ein/Ausgabe:
Automatische Netz- und Lastgenerierung, Plot-Routinen, Ergebnisauswahl möglich.
Schnittstellen:
zu PATRAN (vom LRZ unterstützt), SUPERTAB, MSC/XL.

Bei der Erzeugung von Eingabedaten und der Ergebnisauswertung sollte der Benutzer auf die Hilfe des Pre- und Postprozessors PATRAN zurückgreifen. Näheres hierzu im Abschnitt 10 zu finden. Weitere Informationen erhält man auch über die LRZ-Dokumentation zu PATRAN.

Benutzerkreis

Der Benutzerkreis ist bei MSC/NASTRAN vertraglich eingeschränkt. MSC/NASTRAN darf nur für Aufgaben aus dem Bereich der Forschung und Lehre an Instituten der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, der Universitäten und der Fachhochschule eingesetzt werden.

NASTRAN ist sowohl am Linux-Cluster.

 

Die Software zur Installation auf einem lokalen Rechner ist auf der Downloadseite erhältlich. Für das dafür benötigte Passwort kontaktieren Sie bitte den Support.

 

 

NASTRAN Programmsystem

Das NASTRAN-Programm-System besteht aus einer Datenbasis, den Modulen zur Ein-/Ausgabe, den Modellierungsmodulen (Materialkonstanten, Elemente etc.) und den funktionalen Modulen (Addition, Subtraktion, Gleichungslösung etc.).

+------------------+  +--------------------+  +----------------------+
| Modeling Modules |  | Functional Modules |  | Input/Output Modules |
+------------------+  +--------------------+  +----------------------+
          |                      |                      |
      +-----------------------------------------------------+
      |                     EXECUTIVE SYSTEM                |
      |     Direct Matrix Abstraction Programming (DMAP)    |
      |        NASTRAN Data Definition Language (NDDL)      |
      +-----------------------------------------------------+
                                 |
                +---------------------------------+
                |            DATA BASE            |
                |  Collection of Database Files   |
                |  Stiffness, Mass Matrices, etc. |
                |        USER and DELIVERY        |
                +---------------------------------+

Die NASTRAN DATABASE dient:

  • zum automatischen Abspeichern und Bereitstellen von Datenblöcken und Parametern
  • zur Verfolgung der Modellentwicklung
  • zur Beschreibung der Abhängigkeiten der Datenblöcke von neuen Eingabedaten beim Restart.
  • zum Abspeichern von Daten in unterschiedlichen Files (da u.U. die Kapazität eines Files oder Filesystems zur Problemlösung nicht ausreicht
  • Daten von mehreren Projekten und von mehreren Versionen können in einer gemeinsamen Database gehalten werden.
  • Zum schnellen Austausch von Daten innerhalb einer Entwicklergruppe.
  • Zum Austausch von Daten zwischen unterschiedlichen Maschinentypen.

Die Database ist aus verschiedenen DATABASE Sets (DBSets) aufgebaut. Folgende Default DBSets existieren:

MASTER:
Masterdirectory, Data Block- und Parameter Beschreibungen (für Abhängigkeitsansalyse der Datenblöcke voneinander).
DBALL:
Default DBSet für permanente Daten (Geometrie,Steifigkeitsmatrizen etc.)
USRSOU:
DB_Set für benutzereigene DMAP Sources
USROBJ:
DB_Set für compilierte benutzereigene DMAP Sequenzen
OBJSCR:
DB_SET für compilierte DMAP Sequenzen
SCRATCH:
DB_Set für Scratch Daten (wird gelöscht)
DBC:
DB_Set für Postprocessing

Hinzu kommen die vom Hersteller gelieferten DBSets:

USS.MASTERA, USS.MSCSOU, USS.MSCOBJ (Unstructured Solutions Sequences)
SSS.MASTERA, SSS.MSCSOU, SSS.MSCOBJ (Structured Solutions Sequences)

Im Normalfall kommt der Benutzer mit den zuletztgenannten DBSets aber nicht explizit in Berührung.

Solution Sequences

werden durch eine eigene Programmiersprache DMAP (=Direct Matrix Abstraction Programming) kontrolliert. Der DMAP-Sprache unterliegt ein strukturiertes Konzept mit Sprachkonstrukten wie DO WHILE,IF-THEN ELSE, SUBDMAP (analog Subroutinen), aber auch die wichtigsten mathematischen Funktionen sind verfügbar. Für die meisten für den normalen Benutzer in Frage kommenden Aufgaben existiert aber eine große Anzahl fertiger DMAP Sequenzen, die durch einen einzigen Aufruf im NASTRAN Programm aktiviert werden können. Da der Benutzer zu Recht eine Aversion hat, eine neue Programmiersprache zu erlernen, eröffnet ihm dies die Möglichkeit, NASTRAN ohne Kenntnis der DMAP Sprache zu verwenden. Die Flexibilität von NASTRAN zeichnet sich aber dadurch aus, daß der Benutzer eigene Programmabläufe festlegen kann und auch die Möglichkeit hat, nur Teile der SOLUTION SEQUENCES (z.B. für Output) zu verändern (sogenannte RIGID FORMAT ALTERS).

für folgende Analysetypen existieren SOLUTION SEQUENCES

  • Static Analysis
  • Static Analysis with Inertial Relief
  • Normal Mode Analysis
  • Buckling Analysis
  • Direct Complex Eigenvalue Analysis
  • Direct Frequency and Random Response
  • Direct Transient Analysis
  • Modal Complex Eigenvalue Analysis
  • Modal Frequency and Random Response
  • Modal Transient Analysis
  • Static Analysis and Normal Modes with Cyclic Symmetry
  • Static Aeroelastic Response
  • Aerodynamic Flutter and Response
  • Modal Synthesis
  • Design Sensitivity
  • Steady Nonlinear Heat Transfer
  • Transient Heat Transfer
  • Nonlinear Transient Response
  • Design Optimization

Die DMAP Listings für eine bestimmte Solution Sequence erhält man durch Einfügen einer COMPILER LIST Anweisung in das NASTRAN EXECUTIVE CONTROL DECK.

Die SOLUTION SEQUENCES lassen sich in zwei Teile unterteilen:

  • Unstructured Solution Sequences (USS, Sol 0-99)
  • Structured Solution Sequences (SSS, Sol 100-200)

Die UNSTRUCTURED SOLUTION SEQUENCES sind aus den früheren MSC/NASTRAN Versionen übernommen worden und bestehen im wesentlichen nur aus einem SUBDMAP-Aufruf. Kontrollstrukturen wie IF oder WHILE sind nur mittels Jump-Anweisungen realisiert. Die mit der jeztigen NASTRAN Version eingeführten STRUCTURED SOLUTION SEQUENCES sind in mehrere SUBDMAPs, die von einem MAINDMAP-Program aufgerufen werden, unterteilt. Durch die moderneren Kontrollstrukturen sind die DMAP-Anweisungen leichter zu verstehen und zu maintenieren.

Bei einem RESTART mit den UNSTRUCTURED Solution Sequences muß der Benutzer selbst spezifizieren welche Operationen erneut durchgeführt werden sollen (z.B. Matrixassemblierung, -zerlegung, Ergebnisberechnung (u.U. für einzelne Superelemente getrennt), Lastgenerierung etc.)

Die STRUCTURED Solution Sequences erlauben dagegen einen automatischen RESTART von Jobs:

  • bei einem Abbruch des Programms (z.B: wegen Zeitlimitueberschreitung)
  • bei einer Modifikation der Eingabedaten
  • bei zusätzlichen Ausgabeanforderungen
  • bei Plotaufträgen
  • beim Übergang zu einer anderen Solution Sequence

Beim RESTART werden dann nur die unbedingt notwendigen Datenblöcke neu berechnet. Als Beispiel sie hier folgender Fall aufgeführt: Ein Benutzer berechnet die Deformation einer Struktur mit der Lastaufbringung L1. Ohne die Geometrie oder die Materialeigenschaften zu verändern möchte er nun den Lastfall L2 als RESTART-Aufgabe berechnen. Da die Zerlegung der Steifigkeitsmatrix des Systems in der Database vorhanden ist, entfällt dieser sehr rechenintensive Schritt, es müssen nur noch die Data Recovery Modules durchlaufen werden (vergl. Abschnitt 4).

Um einen automatischen RESTART ohne komplizierte Benutzereingaben zu ermöglichen, wurden vom Hersteller die Abhängigkeiten der Datenblöcke untereinander und die Abhängigkeiten von Eingabedaten mittels der NASTRAN DATA DEFINITION LANGUAGE (NDDL) beschrieben. Hierzu ist jeder Datenblock mit einer Reihe von Qualifiern, die diese Abhängigkeiten beschreiben, versehen. Diese Qualifier sind automatisch Bestandteil der Database.

Die Schnittstelle zu dem Postprozessor PATRAN ist bei den STRUCTURED Solution Sequences wesentlich einfacher zu bedienen als bei den UNSTRUCTURED Solution Sequences. Benutzer, die neue Projekte mit NASTRAN beginnen, sollten aus diesen Gruenden hauptsächlich die STRUCTURED Solution Sequences verwenden.

Aufbau des NASTRAN Eingabefiles

Ein NASTRAN-Programm wird durch das vom Benutzer bereitgestellte Eingabefile gesteuert. Ein NASTRAN Eingabefile ist folgendermassen aufgebaut:

  1. NASTRAN Definitions (optional)
  2. File Management Statements (optional)
  3. EXECUTIVE CONTROL Section
    Providing control over the NASTRAN executive functions
    CEND (Terminates Executive Control Deck)
  4. CASE CONTROL Commands
    Providing control over the NASTRAN Input/Output and Plotting
  5. BEGIN BULK (Terminates Case Control Deck)
    BULK DATA Section
    Defining the physical problems or the system of equations
    to be solved
  6. ENDDATA (Terminates Bulk Data Deck)

Bei den NASTRAN DEFINITIONS können u.a. folgende Eingaben vorgenommen werden:

  • die Angaben über Buffergrößen, Größe des Hauptspeichers,
  • die Wahl der Forward-/Backward Substitutions Methode
  • u.v.a.m

In der FILE MANAGEMENT Section werden:

  • die physikalischen Files zu logischen DBSets und logischen Files zugeordnet
  • die DBsets allokiert
  • die Zuweisungen von realem oder virtuellem Memory und Plattenplatz vorgenommen.

Innerhalb der EXECUTIVE Section erfolgt:

  • die Definition der Solution Sequence (mittels SOL-Statement)
  • die Modification der Solution Sequence (mittels ALTER-Statements)
  • die Defintion von Solution Sequences durch den Benutzer
  • die Compilation der veränderten Solution Sequences
  • das Linken der veränderten Solution Sequences.

Die Aufgaben der CASE CONTROL Section ist:

  • Auswahl der Lastfälle, der Anfangs- und Randbedingungen
  • Auswahl der Element- und Knotenpunktergebnisse
  • Auswahl der Lösungsverfahren
  • Definition und Superposition von Lastfällen
  • Kontrolle des Outouts
  • Kontrolle des Plotfiles

Die BULK DATA Section wird benutzt, um die folgenden Größen zu definieren:

  • Knotenpunktkoordinaten
  • Elementverbindungen
  • Elementeigenschaften
  • Materialeigenschaften
  • Rand
  • und Zwangsbedingungen
  • Lasten
  • Parameter für die Lösungsverfahren
  • u.v.a.

Die Reihenfolge der Eingabe der BULK DATA Entries ist beliebig. NASTRAN sortiert die Karten alphabetisch (SORTED BULK DATA DECK).

Zugriff und Ausführung von NASTRAN

Zugriff

MSC/NASTRAN ist am Linux-Cluster installiert. verfügbar. Der Zugriff auf NASTRAN (und auf weitere Hilfsprogramme) erfolgt mit dem PRO JOB einmaligen Aufruf von:

     module load mdnastran

Dieser Aufruf stellt die NASTRAN-Prozeduren als Kommandos und gleichzeitig die folgenden Variablen zur Verfügung:

     RFA_LIB, DEL_LIB, DEMO_LIB, TPL_LIB, ARCHIVE

Das Kommando: nastran

Mit:

     nastran  [jid=]Jobname  [keyword=option, keyword=option]

wird das eigentliche NASTRAN-Programm gestartet.

SYNOPSIS:

nastran jid=jobname [option=parameter]

jobname  is the MSC/NASTRAN input file name. Directories  are  allowed
         for file specification. The default extension is .dat.

OPTIONS:

dbs      The MSC/NASTRAN  Data  Base  name  (without  extension).  The
         default is the input file name.
scr      The data base control flag. If scr=yes, the default data base
         will  be  a  temporary  data  base  on  the  scratch disk (if
         available) and will be deleted. When scr=yes, the dbs keyword
         is ignored. The default is scr=no.
prt      The print control flag for the f04, f06, and  log  files.  If
         prt=no,  these files will not be printed. If print=yes, these
         files will be printed onto the default printer.  The  default
         is prt=no.
out      The output file name (without extensio). The extensions  f04,
         f06, pch, plt, and xdb are appended to this name. the default
         is out='jid name'.
old      {yes|no}: save previous output files with version
pre      A UNIX command (or a shell script) to be  executed  prior  to
         MSC/NASTRAN execution. Shell scripts with paramenters must be
         enclosed in quotation marks. The output of this command  will
         be placed in the log file.
post     A UNIX command (or a  shell  script)  to  be  executed  after
         MSC/NASTRAN execution. Shell scripts with paramenters must be
         enclosed in quotation marks. The output of this command  will
         be placed in the log file.
del      The MSC/NASTRAN Delivery Data Base name (without extentsion).
         The  default value is MSCDEF indicating that MSC.NASTRAN will
         decide on the delivery data base used. The selection will  be
         based on the solution sequence specified on the SOL Executive
         Control directive.
mem      Specifies an increment for MSC/NASTRAN working storage  space
         ("open  core"). This is expressed as nnn, nnnK or nnnM, where
         nnn is an integer, K indicates units of  10**3  words  and  M
         units  of  10**6 words. The maximum value allowed for this is
         the available swap space.
smem     scratch memory value
ncpu     maximum number of cpu's to use
sdir     Scratch file directory to be used for NASTRAN scratch files
system   System specific options.

other parameters:

rcf      file containing additional options
app      append output file together {yes|no|suffix}
bat      execute in background
ncmd     command to notify at end of job
old      save previous output files with version {yes|no}
notify   notify user at job completion {yes|no}
pcmd     command to print output files
pdel     remove files after printing {yes|no}
out      alternate output file name

FILES

jid.dat      Input Data Deck.
jid.f04      Execution Summary File.
jid.f06      Output Data File.
jid.log      System Log Output File.
jid.pch      Punch File
jid.plt      Plot File.
jid.dbx      Databas for Postprocessing
jid.MASTER   Master Data Base Dictionary
jid.DBALL    Data Blocks and Parameters
jid.USROBJ   User DMAP Object Library
jid.USRSOU   User DMAP Source Library

Erläuterungen zu den Parametern des NASTRAN-Kommandos

jid:

Eingabefile für NASTRAN. Der Filename wird auch gleichzeitig als Job-Identification benutzt und aus ihm die Filenamen für die von NASTRAN erzeugten Dateien abgeleitet.

     nastran jid=<jid>

ist der einfachste Weg einen NASTRAN-Job zu starten. Beispiel für die Verwendung des JID-Parameters:

cat >example1.dat <<'EOI'
NASTRAN
  PROJECT 'A SIMPLE PROBLEM'
  TIME 1
  SOL SESTATICS  $ STRUCTURED SOLUTION SEQUENCE
CEND
  TITLE = EXAMPLE1 (A ONE ELEMENT PROBLEM)
  LOAD = 11
  DISPLACEMENTS = ALL
  ELFORCE = ALL
  ELSTRESS = ALL
BEGIN BULK
CBEAM,1,1,10,20,0.,1.,0.
FORCE,11,20,,100.,1.,.8,1.
GRID,10,,0.,0.,0.,,123456
GRID,20,,10.,0.,0.
MAT1,100,1.+7,,.3
PBEAM,1,100,1.,.08,.064,,.1
ENDDATA
EOI
nastran  jid=example1

prt:

Wenn dieser Parameter mit NO belegt wird, werden die Dateien

     <jid>.f04    <jid>.f06    <jid>.log>

nicht auf Standard-Ausgabe ausgegeben (und anschließend gelöscht), sondern im aktuellen Directory abgelegt.

scr:

Dieser Parameter muß mit NO belegt werden, wenn die Database Files nach Beendigung des NASTRAN Laufs nicht gelöscht werden sollen. Mit SCR=NO werden folgende Files nicht gelöscht:

     <jid>.DBALL    <jid>.MASTER
     <jid>.USROBJ   <jid>.USRSOU

Anmerkung: Wenn der Benutzer keine eigenen DMAP Sequences in der Datenbasis speichern will, so kann er getrost USRSOU und USROBJ löschen, um Plattenplatz zu sparen. Der MASTER File wird jedoch noch einen Eintrag für die Generierung dieser Files besitzen. In RESTART Läufen werden diese Files deshalb als "OFF LINE" markiert.

dbs:

Name für die Database Files. Dieser Parameter bewirkt, daß die Database Files nicht unter "<jid>.___" gesucht werden, sondern unter "<dbs>.___"

Beispiel für die Nutzung des SCR und DBS Parameters: Mit dem Job "example1" wird ein Cold-Start durchgeführt und die Datenbase erzeugt. Mit dem JOB "example2" soll nur ein zusätzlicher Lastfall berechnet werden:

cat >example2.dat <<'EOI'
NASTRAN
RESTART PROJECT='A SIMPLE PROBLEM'
  TIME 1
  SOL SESTATICS
CEND
  TITLE = RESTART OF EXAMPLE1 (A ONE ELEMENT PROBLEM)
  LOAD = 12   $ THIS IS AN ADDITIONAL LOAD
  DISPLACEMENTS = ALL
  ELFORCE = ALL
  ELSTRESS = ALL
BEGIN BULK
FORCE,12,20,,200.,1.,.8,1.
ENDDATA
EOI

nastran jid=example1 scr=no          # Cold Start
nastran jid=example2 dbs=example1    # Restart

Am Execution Summary File <jid>.f04 kann der Benutzer nun erkennen, daß einige Operationen beim Restart nicht mehr ausgeführt wurden, z.B. diejenige Operation, die die Steifigkeitsmatrix erstellt.

I/O SEC  DEL_I/O  CPU SEC  DEL_CPU   MODULE/SUBROUTINE MESSAGES
125.2      0.0      5.7       .0     SEMG  /NOT EXECUTED ON RESTART

del:

Hiermit können benutzerspezifische Delivery Database Files (=Files mit compilierten DMAP Sequencen) angegeben werden.

slave:

Dieser Parameter ist nur für die parallele Version  zu verwenden. Mögliche Werte sind

  • yes: Die volle DMAP der Solution-Sequenz wird nur vom Master-Prozessor ausgeführt, während die Slave-Prozessoren nur die vom Master verteilten Matrizen und Loads bearbeiten und zurückschicken (der Master-Prozessor teilt hierbei auch sich selbst Arbeit zu). Vorteil: Sobald der Master-Prozessor das Solution-Modul erreicht, können alle Knoten mit der Arbeit beginnen. Nachteile:Erhöhte Kommunikation; "grid-based reordering" kann nur vom Master-Prozessor ausgeführt werden.
  • no (default): Diese erst seit kurzem verfügbare Option führt die komplette Solution-Sequenz auf allen Prozessoren aus und vermeidet so die oben angegebenen Nachteile.

Leider steht die Option slave=no nicht für alle parallelen SOL's zur Verfügung: Für die SOLs 118 und 200 muß man slave=yes setzen, ebenso für "multiple SUBCASEs" von SOLs 8,11,108 und 111.

system:

Hiermit können Executive System Parameter gesetzt werden (Näheres hierzu im NASTRAN User Manual).

File Management Section und Executive Control Section

Im folgenden werden einige Erläuterungen zum Arbeiten mit der NASTRAN File Management Section und dem NASTRAN Kommando gegeben.

RESTART:

Methode 1: Verwendung des DBS-Parameters beim NASTRAN Kommando:

$Cold Start                $Restart
$Filename run1.dat         $Filename run2.dat
SOL 101                    RESTART
CEND                       SOL 101
                           CEND

nastran jid=run1 scr=no    nastran jid=run2 dbs=RUN1

Methode 2: Verwendung von ASSIGN in der File Management Section:

$Cold Start                $Restart:
$Filename run1             $Filename run2
SOL 101                    ASSIGN MASTER='run1.MASTER' STATUS=UNKNOWN
CEND                       SOL 101
                           CEND

nastran run1 scr=no        nastran run2

ASSIGN: Zuordnung von Files

Mit dem ASSIGN Kommando werden logischen Filenamen physikalische Files zugeordnet. Beispiel:

$ Filename run:
$ Dem logischen OUTPUT2-File mit  der
$ logischen  Kanalnummer  12  wird  ein
$ physikalischer  File zugewiesen
ASSIGN OUTPUT2='run3.f12' UNIT=12 STATUS=UNKNOWN
ASSIGN INPUTT2='MY_INPUT' UNIT=11 STATUS=UNKNOWN
ASSIGN DBC='postprocessing' STATUS=UNKNOWN
$ Beachte: zwei 'T' bei INPUTT2 !!
...
nastran run3

Das ASSIGN-Statement wird auch dann benötigt, wenn die Default File Name Extensions (DBALL, MASTER etc.) vom Benutzer geändert wurden. Gegebenenfalls muß der STATUS (OLD, NEW, UNKNOWN) eines Files angegeben werden.

INIT und EXPAND

Falls der File <jid>.DBALL nicht ausreicht, die anfallenden Daten aufzunehmen, können mit dem INIT-Statement mehrere logische Databasefiles für einen DBSET angegeben werden. Analog kann mit EXPAND eine bestehende Database um weitere Files erweitert werden.

Beispiele:

INIT DBALL LOGICAL=(DB01(8000),DB02(8000))

Der DBSet DBALL besteht nun aus den logischen Files DB01 und DB02, mit je einer Größe von maximal 8000*BUFFSIZE Worten. Mit:

EXPAND DBALL LOGICAL=(DBALLX(8000))

wird der DBSet DBALL bei einem RESTART-Lauf um den logischen File DBALLX erweitert.

Macht der Benutzer keine weiteren Angaben über den physikalischen Filenamen mit Hilfe des ASSIGN-Statements, so wird der physikalische Filenamen aus dem Parameter <jid> und dem logischen Filenamen abgeleitet, im jetzigen Beispiel <jid>.DBALLX. Die Großschreibung der so erzeugten Filenamen zu beachten!

INCLUDE

Mit:

INCLUDE 'physikalischer Filenamen'

können Daten aus anderen Files in den NASTRAN Eingabestrom ein- gespeist werden. Beispiel:

NASTRAN
  TIME 1
  SOL SESTATICS  $ STRUCTURED SOLUTION SEQUENCE
CEND
  TITLE = EXAMPLE1 (A ONE ELEMENT PROBLEM)
  LOAD = 11
  DISPLACEMENTS = ALL
BEGIN BULK
INCLUDE 'nastran/ex1.bdf'
ENDDATA

Ändern von DMAP Sequenzen

MAIN- oder SUBDMAPs können mittels ALTER-Anweisungen modifiziert werden. Hierzu muß die entsprechende DMAP-Sequenz neu compiliert werden, das Linken erfolgt automatisch. Beispiel für die Modifikation der SUBDMAP SOL24:

SOL 24
COMPILE SOL24 SOUIN=MSCSOU
ALTER 33,79 $
   ...
   some ALTER Statements
   ...
CEND

Vom Hersteller und LRZ bereitgestellte ALTER-Anweisungen können mittels:

SOL 24
COMPILE SOL24 SOUIN=MSCSOU
RFALTER Altername

in den Eingabestrom eingelesen werden (RFALTER steht für Rigid Format ALTER). Eine Übersicht über die bereitgestellten RFALTERs erhält man mit:

ls $RFA_LIB

Weitere Informationen zu den vom Hersteller und vom LRZ bereitgestellten RFALTERS sind im NASTRAN User Manual und bei der Beschreibung des Interfaces zu PATRAN zu finden.

Stehen die ALTER-Anweisungen in einem Benutzerfile, so erfolgt die Bereitstellung mit:

COMPILE SOL24 SOUIN=MSCSOU
INCLUDE 'Benutzerfile'

Erstellen von PLOTS

NASTRAN-Statements zur Ploterstellung

NASTRAN hat die Möglichkeit folgende Arten von PLOTS zu erstellen:

  • Undeformed geometric projections of the structural model.
  • Static deformation of the structural model by either displaying the deformed shape (alone or superimposed on the undeformed shape), or displaying the displacement vectors at grid points.
  • Modal deformations resulting from real or complex eigenvalue analy- sis.
  • Complex modes of flutter analysis may be plotted for any user- chosen phase lag.
  • Deformation of the structural model for transient response or fre- quency response.
  • X-Y graphs.
  • Contour plots of displacements, temperature and stress.

Einzelheiten sind im User Manual beschrieben.

Beispiel eines NASTRAN Jobs mit Plotausgabe:

cat >example3.dat <<%%
NASTRAN
PROJECT 'A SIMPLE PROBLEM'
TIME 1
SOL SESTATICS
CEND
  TITLE = EXAMPLE3 (A ONE ELEMENT PROBLEM WITH PLOTS)
  LOAD = 11
  DISPLACMENTS = ALL
OUTPUT(PLOT)
  CSCALE=1.5              $ IM NASPLOT KOMMANDO SCALE_OF_CHAR.
  PLOTTER NAST            $ NASTRAN GENERAL PURPOSE PLOTTER.
  VIEW 90.0,9.0,0.0
  SET 1= BEAM             $ ALLE BEAMS.
  PEN 1 COLOR CDU         $ NUR MELDUNG IM
  PEN 2 COLOR SPD         $ OUTPUT FILE
  PEN 3 COLOR GRUENE      $ KEINE STIFTANWAHL
  PEN 4 COLOR FDP         $ !!!!!!!!!!!!!!!!!
  FIND SCALE , ORIGIN 5 , SET 1
  PLOT SET 1 , ORIGIN 5 , LABEL BOTH , SYMBOL 3, PEN 2
BEGIN BULK
CBEAM,1,1,10,20,0.,1.,0.
FORCE,11,20,,100.,1.,.8,1.
GRID,10,,0.,0.,0.,,123456
GRID,20,,10.,0.,0.
MAT1,100,1.+7,,.3
PBEAM,1,100,1.,.08,.064,,.1
ENDDATA
%%

nastran jid=example3

Übersetzen des NASTRAN Graphikfiles ins Postscript-Format

SYNTAX:

plotps input-plot-file(.neu/.plt) format=(binary,neutral)

weitere Parameter:              Default:

begin=first-frame-to-plot       1
cscale=character-scale-factor   1.0
dump=(no,yes)                   no
end=last-frame-to-plot          999999
format=(binary,neutral)         binary
height=page-height              10.0
output=output-ps-file           name.ps
rotate=(automatic,no,yes)       automatic
s
width=page-width                7.5

NASTRAN Beispielsammlung

In den Verzeichnissen demo, tpl (test problem library) und archive sind ca. 1000 Beispiele von NASTRAN Eingabedatensätzen enthalten. Ein Teil der Probleme ist im NASTRAN VERIFICATION PROBLEM MANUAL bzw. im NASTRAN DEMONSTRATION PROBLEM MANUAL beschrieben. Auch die hier mit "example1" bis "example6" bezeichneten Beispiele sind in der demo aufgeführt, ebenso Beispiele aus den NASTRAN-Manualen und Handbüchern. Eine Übersicht über die Bespiele erhält man mit:

     cat $DEMO_LIB/demoidx.dat
     cat $TPL_LIB/tplidx.dat
     cat $ARCHIVE/archive.idx

Zur Beachtung:
Zahlreiche Beispiele verwenden noch die MSGMESH-Syntax. MSGMESH ist ein in NASTRAN integrierter Preprozessor, der die Netz-Generierung mit Hilfe vom Benutzer bereitgestellter Beschreibungen von ein-, zwei oder dreidimensionalen Gebieten vornimmt. Mit der Einführung moderner interaktiver Preprozessorsysteme wie PATRAN und MSC/XL ist aus Benutzersicht MSGMESH weitgehend überflüssig geworden. Zahlreiche Beispiele verwenden jedoch noch die MSGMESH-Befehle, da die Syntax eine sehr kompakte Schreibweise für Netzgenerierungsbefehle zuläßt.

Pre-/Postprozessoren

Zielsetzung von PATRAN

PATRAN ist ein interaktives Programmsystem für das rechnerunterstützte Entwerfen und Berechnen mechanischer Bauteile. PATRAN ermöglicht es, die Eingabedaten für komplexe Berechnungsprogramme schneller, einfacher und weniger fehlerbehaftet zu erstellen. Durch relativ einfache Befehle, die einer gemeinsamen Syntax unterliegen, wird die Geometrie eines Bauteiles mathematisch beschrieben und in einer Datenbank abgespeichert. Bauteileigenschaften, wie z.B. Volumen, Schwerpunkt, Trägheitsachsen und -momente, sowie das Gewicht bei Angabe des verwendeten Materials können von PATRAN berechnet werden. Vor allem bei größeren Konstruktionsvorhaben sollte auf die Verwendung von PATRAN nicht verzichtet werden.

Schnittstelle zu PATRAN

Die Daten für PATRAN werden mit Hilfe des OUTPUT2-Moduls in binärer Form bereitgestellt. Die Weiterverarbeitung der binären OUTPUT2-Daten erfolgt an einer SUN- Workstation erfolgen. Die Bereitstellung der binären NASTRAN-Output2-Ergebnisdaten erfolgt auf unterschiedliche Arten:

  • Bei den STRUCTURED SOLUTION SEQUENCES ist die Schnittstelle zu PATRAN voll in die Lösungsequenzen integriert; der Benutzer muß hier nur noch: 
            PARAM,POST,-1
        PARAM,DBCOVWRT,NO
    in der BULK DATA Section angeben.
  • Bei den UNSTRUCTURED SOLUTION SEQUENCES stehen für fast alle Solution Sequences spezielle RIGID FORMAT ALTERS bereit; die Einbindung in die Executive Control Section erfolgt mit: 
            SOL xx                     $ xx: Nummer der Solution Sequence
        COMPILE SOLxx SOUIN=MSCSOU NOLIST NOREF $ vor xx kein Blank !
        RFALTER RFxxD66            $ aus RFA-Library laden
    In der BULK DATA Section muss ebenfalls: 
            PARAM,POST,-1
        PARAM,DBCOVWRT,NO
    angegeben werden.

Voreinstellung ist, daß alle Datenblöcke, für die Ausgabeoperationen in der CASE CONTROL Section definiert werden, auch herausgeschrieben werden. Durch Setzen einer PARAM-Directive in der Bulk Data Section kann jedoch das Herausschreiben einzelner Datenblöcke verhindern.

Case Control | PARAM | Default | Erläuterungen
-------------+-------+---------+-----------------------
DISP         | OUG   | YES     | Displacements
ELSTRESS     | OES   | YES     | Element Stress
STRAIN       | OEE   | YES     | Element Strain
ESE          | OESE  | YES     | Element Strain Energy
ELFORCE      | OEF   | YES     | Element Forces
SPCFORCE     | OQG   | YES     | SPC Forces
GPSTRESS     | OGPS  | YES     | Grid Point Stress
GPFORCE      | OGPF  | YES     | Grid Point Forces

Wenn der Benutzer keine weiteren Angaben macht, werden bei den meisten Solution Sequences die Verschiebungen im BASIC-Koordinatensystem ausgegeben. Mit:

        PARAM,OUGCORD,LOCAL

kann erreicht werden, daß die Verschiebungen im lokalen Koordinatensystem ausgegeben werden. Der Benutzer kann dann bei der Ergebnisauswertung mit PATRAN folgende Angaben machen:

        SET,RESCORD,LOCAL

Standardmäßig werden von NASTRAN die OUTPUT2-Files als fort.12 abgelegt. Mittels eines ASSIGN-Statements in der Filemanagement-Section kann der Benutzer hierfür einen anderen physikalischen Filenamen spezifizieren:

        ASSIGN OUTPUT2='<jid>.f12' UNIT=12 STATUS=UNKNOWN

In der DEMO LIBRARY sind als "example5" und "example6" Beispiele für die Verwendung der NASTRAN-PATRAN-Schnittstelle aufgeführt. Weitere Einzelheiten erhält man auf der PATRAN-Seite des LRZ.

Beispiel für das Arbeiten mit PATRAN und NASTRAN

Die folgenden Angaben skizzieren den Programmablauf mit PATRAN und NASTRAN. Weitere Informationen auf der PATRAN-Seite des LRZ.

  1. PATRAN aufrufen, Modell erstellen, Neutralfile erstellen.
  2. NASTRAN Eingabefile erstellen
  3. Ggf. Modifikationen an dieser Datei vornehmen, z.B. FILE MANAGEMENT, EXECUTIVE CONROL, und CASE CONTROL einfügen.
  4. Bei den UNSTRUCTURED SOLUTION SEQUENCES sollten die FILE MANAGEMENT STATEMENT und die EXECUTIVE CONTROL STATEMENT etwa wie folgt aufgebaut sein: 
       NASTRAN
      ASSIGN OUTPUT2='test.f12' UNIT=12 STATUS=UNKNOWN
      PROJECT 'A SIMPLE PROBLEM'
      TIME 1
      SOL 24 $ UNSTRUCTURED SOLUTION SEQUENCE 24 (STATICS)
      COMPILE SOL24 SOUIN=MSCSOU
      RFALTER RF24D66
   CEND
    Bei den STRUCTURED SOLUTION SEQUENCES etwa wie folgt: 
       NASTRAN
      ASSIGN OUTPUT2='test.f12' UNIT=12 STATUS=UNKNOWN
      PROJECT 'A SIMPLE PROBLEM'
      TIME 1
   CEND
    Falls die Zeile mit ASSIGN fehlt, werden die Ergebnisfiles für PATRAN nach fort.12 bzw. ftn12 geschrieben

    In der BULK DATA SECTION sollten in beiden Fällen noch folgende Statements stehen:

       PARAM,POST,-1
   PARAM,DBCOVWRT,NO
  5. Der Start des NASTRAN Programms erfolgt mit: 
       nastran jid=test
    Danach stehen die binären Ergebnisse auf test.f12
  6. PATRAN  aufrufen und die Ergebnisse auswerten

Dokumentation

Auf die Dokumentation kann man mittels des Kommandos:

$READ_DOC

zugreifen.

Kursmaterial zu MSC/NASTRAN und MSC/Patran

Die MacNeal-Schwendler Corp. stellt auf ihrer Homepage unter dem Namen "Application Examples" eine Fülle von Seaminarunterlagen, Workbooks und Tutorials sowie die dazugehörigen Dateien mit Übungsbeispielen zur Verfügung. Das Material is zum einen nach Kursen, aber auch nach speziellen Aufgabenbereichen wie Geometrieerstellung, Vernetzung, Randbedingungen etc. organisiert. Wegen der begrenzten Übertragungsrate in die USA wurde der gesamte Komplex auf den WWW-Server der Universität Karlsruhe übertragen. Alle Unterlagen liegen im PDF-Format vor und können  ausgedruckt werden.

Betreuung

Wenn Sie Fragen wegen eines Fehlers bei einem NASTRAN-Lauf haben, so halten Sie bitte folgende Informationen bereit:

     NASTRAN Eingabefile
     NASTRAN Ausgabefile (".f06")
     NASTRAN Execution Summary (".f04")
     System Logfile  (".log")

Mit Fragen, Anregungen und Wünschen wenden Sie sich bitte an den Support.