Patran руководство пользователя - Большая энциклопедия инструкций и руководств

Руководство пользователя по MSC/Patran

2004

1. Введение 5

1.1 Первое знакомство с MSC.Patran ………………………………………………………….. 6 Интерфейс задач …………………………………………………………………………………….. 6 Инструменты и Приложения …………………………………………………………………….. 6 Управление Данными ………………………………………………………………………………. 7 Связь с Другим Програмным Обеспечением……………………………………………… 7

1.2 Структура CAE проекта ………………………………………………………………………… 7 Создание конечно-элементной (КЭ) модели. ……………………………………………. 7 Анализ Модели с Учетом Внешних Нагрузок …………………………………………….. 8 Обработка Результатов Анализа ……………………………………………………………… 9 Последовательность Задач ……………………………………………………………………… 9

1.3 Пример. Линейный статический анализ кольцевой пластины. ………………… 9 Процедура Анализа ……………………………………………………………………………….. 12

2. Основы MSC.Patran 24 2.1. Запуск и выход из MSC.Patran ……………………………………………………………. 25 2.2. Краткий обзор MSC.Patran …………………………………………………………………. 25 2.3. Окно MSC.Patran……………………………………………………………………………….. 25 2.4. Как работать в MSC.Patran ………………………………………………………………… 26

3. Хранение и Использование Информации в Базе Данных 43

3.1 Создание Базы Данных ………………………………………………………………………. 44 3.2 Определение Параметров Модели ……………………………………………………… 44 Global Model Tolerance……………………………………………………………………………… 45 3.3 Импорт геометрических моделей из CAD систем. ………………………………… 46

4. Создание Геометрической Модели 48 4.1 Обзор Геометрии ……………………………………………………………………………….. 49 Опции Создания Геометрической Модели. ……………………………………………… 49 Создание Модели. …………………………………………………………………………………. 49

4.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………… 50 Параметрическое Пространство и Connectivity ………………………………………… 50 Connectivity ……………………………………………………………………………………………. 50 Геометрические Примитивы …………………………………………………………………… 51 Конгруэнтность………………………………………………………………………………………. 56

4.3 Cоздание геометрии …………………………………………………………………………… 56 Actions…………………………………………………………………………………………………… 57 Objects ………………………………………………………………………………………………….. 57 Methods…………………………………………………………………………………………………. 58 Создание триммированных поверхностей……………………………………………….. 59 Создание твердых тел типа B-Rep………………………………………………………….. 59

4.4 Работа с импортированными CAD моделями ………………………………………. 60 Удаление лишних деталей……………………………………………………………………… 60 Добавление потерянных поверхностей …………………………………………………… 61 Восстановление незавершенных примитивов………………………………………….. 61

4.5 Проверка геометрии …………………………………………………………………………… 61 Обеспечение топологической конгруэнтности………………………………………….. 62 Обнаружение неконгруэнтностей ……………………………………………………………. 63 Исправление неконгруэнтностей …………………………………………………………….. 63 Избегание малых углов на поверхности ………………………………………………….. 64 Проверка и Выравнивание Нормалей Поверхностей ……………………………….. 64

Дополнительные требования………………………………………………………………….. 65 4.6 Пример расчета проушины …………………………………………………………………. 66

5. Создание Элементов и КЭ Сеток 77 5.1 Обзор Создания КЭ Сеток…………………………………………………………………… 78 Возможности Конечноэлемнтного Моделирования ………………………………….. 79

5.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………… 79 Обзор Типов Конечных Элементов …………………………………………………………. 79 Создание КЭ Сеток………………………………………………………………………………… 80 Плотность КЭ Сетки ………………………………………………………………………………. 84 Смежные КЭ Сетки ………………………………………………………………………………… 85 Equivalencing …………………………………………………………………………………………. 86 Оптимизация …………………………………………………………………………………………. 88

5.3 Создание Конечноэлементной Модели ……………………………………………….. 89 Actions…………………………………………………………………………………………………… 89 Objects ………………………………………………………………………………………………….. 90 Types…………………………………………………………………………………………………….. 91 Примеры Форм и Подформ Приложения Finite Elements ………………………….. 91 Прямое Моделирование Конечных Элементов………………………………………… 94

5.4 Проверка Конечноэлементнонй Модели………………………………………………. 95 Проверка Формы Элементов ………………………………………………………………….. 95 Другие Проверки Элементов ………………………………………………………………….. 96 Создание Новой КЭ Сетки Модели …………………………………………………………. 96 Исправление Отдельных Элементов ………………………………………………………. 97 Проверка Значений Критериев Качества Элементов (tolerance) ……………….. 97

6. Создание Материалов 98 6.1 Обзор Материалов……………………………………………………………………………… 99 6.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………… 99 Однородные Материалы………………………………………………………………………… 99 Композитные материалы ……………………………………………………………………….. 99 Природа Материалов …………………………………………………………………………… 100 Определение Свойств Материалов ………………………………………………………. 101

6.3 Создание Моделей Свойств Материалов …………………………………………… 101 Actions…………………………………………………………………………………………………. 102 Objects ………………………………………………………………………………………………… 102 Methods……………………………………………………………………………………………….. 103 Примеры Использования Приложения Materials…………………………………….. 103

6.4 Проверка Модели Материала ……………………………………………………………. 106 7. Моделирование Сил и Нагрузок 109

7.1 Обзор Сил и Нагрузок……………………………………………………………………….. 110 7.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………. 111 Типы Анализа и LBC…………………………………………………………………………….. 111 Load Cases ………………………………………………………………………………………….. 112 Использование полей…………………………………………………………………………… 112

7.3 Наложение Нагрузок и Граничных Условий………………………………………… 113 Приложение LBCs………………………………………………………………………………… 113 Actions…………………………………………………………………………………………………. 113 Objects ………………………………………………………………………………………………… 114 Types…………………………………………………………………………………………………… 114

7.4 Задание случаев нагружения (Load Cases) ………………………………………… 117 Actions…………………………………………………………………………………………………. 118 Пример Формы Load Cases………………………………………………………………….. 118

7.5 Использование Полей ………………………………………………………………………. 119 Actions…………………………………………………………………………………………………. 120 Objects ………………………………………………………………………………………………… 120 Methods……………………………………………………………………………………………….. 120 Пример Формы Fields …………………………………………………………………………… 121

7.6 Проверка LBC Модели………………………………………………………………………. 122 7.7 Пример Кружки Кофе………………………………………………………………………… 125

8. Подготовка Модели к Анализу 135 8.1 Обзор Приложения Element Properties……………………………………………….. 136 8.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………. 136 Типы Элементов ………………………………………………………………………………….. 136 Балочное Моделирование и Библиотека Балок в MSC.Nastran ………………. 137 Комбинации Элементов ……………………………………………………………………….. 137 Приложение наборов свойств элементов к модели………………………………… 138 Эффект от Изменения Кода и Типа Анализа …………………………………………. 138 Типы, Имена и Номера Свойств Элементов ………………………………………….. 138 Поля Свойств Элементов …………………………………………………………………….. 138

8.3 Создание Свойств Элементов …………………………………………………………… 139 Actions…………………………………………………………………………………………………. 139 Меню Dimension и Type ………………………………………………………………………… 140 Пример Формы Приложения Element Properties …………………………………….. 141

9. Проведение Анализа 143 9.1 Обзор Анализа …………………………………………………………………………………. 144 9.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………. 144 Коды Анализа………………………………………………………………………………………. 144 Application Preferences………………………………………………………………………….. 145 Типы Решений(Solution Types)………………………………………………………………. 145 Результаты ………………………………………………………………………………………….. 145

9.3 Установка Параметров Анализа ………………………………………………………… 146 Actions…………………………………………………………………………………………………. 146 Objects ………………………………………………………………………………………………… 146 Methods……………………………………………………………………………………………….. 146 Пример формы приложения Analysis …………………………………………………….. 146

9.4 Проведение Анализа ………………………………………………………………………… 148 Управление Анализом ………………………………………………………………………….. 149

9.5 Получение Результатов Анализа ………………………………………………………. 149 Actions…………………………………………………………………………………………………. 150 Objects ………………………………………………………………………………………………… 150 Methods……………………………………………………………………………………………….. 150

9.6 Проверка Анализа…………………………………………………………………………….. 150 10. Визуализация Численных Результатов 152

10.1 Обзор Результатов …………………………………………………………………………. 152 Типы Результатов Анализа…………………………………………………………………… 153 Result Cases ………………………………………………………………………………………… 154 Графическое Отображение Результатов……………………………………………….. 154

10.3 Обработка Результатов…………………………………………………………………… 155 Actions…………………………………………………………………………………………………. 155 Objects ………………………………………………………………………………………………… 156 Опции Results………………………………………………………………………………………. 159

10.4 Инструменты приложения Insight …………………………………………………….. 160

Глава

Введение

• Первое знакомство с MSC.Patran

• Структура CAE Проекта

• Пример Кольцевой Пластины

1.1 Первое знакомство с MSC.Patran MSC.Patran позволяет контролировать все стадии CAE процесса. Это

интегрирующая различные пакеты анализа среда, обеспечивающая прямой доступ к геометрическим моделям из разных CAD систем. MSC.Patran объединяет в себе следующие возможности — созднаие или импорт геометрической модели, построение конечно-элементной сетки конструкции, построение конечно- элементной модели конструкции (выбор свойств материалов, граничных условий, нагрузок), а также Patran предоставляет обширный инструментарий для обработки результатов расчетов, проведенных в системах инженерного анализа (таких как MSC.Nastran, MSC.Marc и др.)

Основу патрана формируют пять групп объектов, представленных ниже на

схеме.

Open Architecture

Tools Applications

MSC.Patran

Project Database

Обширный набор инструментов для

создания КЭ моделей иобработки результатов.

База данных — это ваша рабочая среда; хранит информацию о

КЭ модели и об импортированных геометрических

моделях.

Набор модулей для выполнения специальных функций

Модули, обеспечивающие обмен данными с

другими программами.

Ваша панель управления для выполнения CAE задач

в главном меню MSC.Patran. При помощи

этой панели осуществляется открытие баз данных, обмен

данными с другими программами, использование инструментов и приложений.

Интерфейс задач CAE Task Interface — это то, что Вы видите на экране при работе с MSC.Patran.

Интерфейс включает в себя меню инструментов и приложений, формы ввода данных, иконки, показывающие статус выполнения операции и графические окна (viewports), в которых модель выводится на экран. Интерфейс дает доступ ко всем функциям и возможностям MSC.Patran.

Инструменты и Приложения

Tools и Applications — основные средства MSC.Patran. Tools (инструменты) помогают выполнять задачи внутри MSC.Patran. Существуют сотни инструментов по созданию модели, проведению анализа и обработке результатов анализа. Многие инструменты позволяют автоматизировать работу с многократно повторяющимися командами, выполнение которых вручную заняло бы много времени. Другие инструменты используются для отслеживания ошибок. Application modules (модули

приложений) выполняют большие задачи, часто вне MSC.Patran. Модули приложений используются для проведения конечно-элементного анализа.

Управление Данными

Важной особенностью внутренней структуры MSC.Patranявляется интегрированная система базы данных. В ней хранится вся информация по модели и анализу. Это означает, что вам всегда доступна полная информация о созданной модели таким образом, что можно проводить анализ отдельных частей модели, сравнивая получающиеся резудьтаты и меняя исходные условия.

Связь с Другим Програмным Обеспечением

Другой важной особенностью MSC.Patran явлается его открытая архитектура. Вы можете обмениваться информацией с разными источниками и программами, включая лидирующие CADсистемы, пакеты программ кончно-элементного анализа, специализированные моделирующие и графические программы, базы данных по материалам. Использование различных программ на разных стадиях CAE процесса позволяет пользоваться наиболее гибкими инструментами при решении задачи. Это особенно помогает увеличить производительность, так как модели созданные в других программах могут быть импортированы в MSC.Patran, при этом затраты времени на поправку данных бдут минимальны или совсем отсутствовать.

1.2 Структура CAE проекта Четкое представление о задачах CAE позволит вам более эффективно изучать

MSC.Patran.

Анализ КЭ моделиС учетом внешнего нагружения и граничных условий

CAEпроект

Задачи и MSC.Patran

Создание конечно-элементной (КЭ) модели. Этот этап обычно занимает больше всего времени. Модель должна точно

описывать форму и размеры изделия, материал, из которого оно создается, внешние нагрузки, которые изделие должно выдержать. Для этого предназначена основная часть инструментов в MSC.Patran.

Создание Геометрической Модели Изделия.

В MSC.Patarn есть набор инструментов для создания и редактирования геометрии. Используя эти инструменты, вы можете быстро создавать двух- и трехмерные объекты, поверхности и тела. Приложение Geometry имеет более сотни опций для создания основных геометрических объектов, а также большое количество функций по редактированию и проверке. MSC.Patran CAD интерфейс позволяет импортировать и редактировать данные CAD из большинства CAD программ.

Создание Конечно-элементной Сетки (Meshing)

После создания геометрической модели на нее накладывается конечно- элементная сетка. MSC.Patran обладает ведущими в CAE индустрии алгоритмами построения КЭ сеток для разбиения кривых, поверхностей и твердых тел. Также возможно редактирование уже созданной расчетной модели.

Моделирование материалов

В приложении MaterialsВы определяете материалы для анализа модели. Модель материала — это совокупность свойств, описывающих физические свойства данного материала (жесткость, плотность и т.д.). После задания свойств материала вы можете назначить их определенным частям модели.

Моделирование нагружения

В процессе КЭ анализа вычисляется реакция модели на внешнее нагружение с учетом закреплений, то есть в процессе моделирования учитываются определенные нагрузки и граничные условия (Loads and Boundary conditions). Нагрузки — это внешние силовые факторы, такие как сосредоточенная сила, давление, температура и др. Граничные условия описываются в терминах степеней свободы, т.е напрвлений, в которых модель может двигаться поступательно или вращательно.

Анализ Модели с Учетом Внешних Нагрузок

После создания модели, начинается стадия анализа. Для этого существуют

различные коды (решатели). Пользователь сам назначает, каким кодом будет проводиться анализ, исходя из характера самой задачи и желаемых результатов.

Выбор программы-решателя

Вначале каждого CAE проекта вы выбираете тот пакет программ, для которого будете создавать модель. По мере построения модели, MSC.Patran записывает информацию, используя формат выбранного кода. В любое время вы можете сменить решатель. При этом MSC.Patran попытается перевести все данные в новый формат (по мере возможности).

Адаптирование Модели для Выбранной программы-решателя

Создание модели подразумевает использование различных элементов и связанных с ними свойств. Выбор этих элементов должен основываться на указанном в самом начале проектирования решателе, размерах модели и

предположительных результатах анализа.

Запуск Конечноэлементного Анализа

Приложение Аnalysis связывает среду MSC.Patran с программами проведения анализа. Это могут быть программные комплексы MSC, другие доступные решатели или собственноручно разработанные коды. Приложение Analуsis дает возможность:

• Выбора типа анализа. Определения параметров решателя. Выбора последовательности вариантов нагружения. Выбора выходных данных. Отправления модели на анализ. Чтения файлов результатов.

Обработка Результатов Анализа Результаты, полученные на втором этапе проекта (после решения задачи),

обычно представлены в виде чисел, таких как значения перемещений в точке. Однако по ним трудно получить представление о поведении модели. Третий этап CAE проекта использует возможности MSC.Patranпо визуализации результатов компьютерной графикой, анимацией и т.д.

Визуализация Численных Результатов

В MSC.Patran имеется широкий спектр возможностей по отображению, сортировке, масштабированию результатов. Они загружаются прямо в базу данных MSC.Patran и могут быть отсортированы по времени, частоте, температуре и пространственному положению. Приложение Insightпредоставляет возможности 3D визуализации. Оно преобразует большое количество численных значений в графику и отображает на экране для полного и точного понимания результатов КЭ анализа.

Последовательность Задач

Стандартный CAE проект обычно следует представленной выше схеме. Однако следует отметить, что такая последовательность решения не является единственно возможной. В действительности, каждый проект уникален по своим требованиям, ресурсам, данным и исходным допущениям. Эти факторы определяют как задачи, так и последовательность их решения.

Внутри каждой стадии последовательность выполнения может измениться. Например, вы можете задать материал для модели сразу после создания геометрии, а можете сначала создать КЭ сетку. Это зависит от того, как Вы планируете определять материал: в соответствии с геометрией или поэлементно.

1.3 Пример. Линейный статический анализ кольцевой пластины.

Этот пример иллюстрирует возможности MSC.Patran в случае, когда трехмерный объект представляется в двумерном виде. Геометрия создается в MSC.Patran, решателем является MSC.Nastran, постпроцессором — MSC.Patran. Проводится линейный статический анализ. Цель анализа — определение максимума напряжений и деформаций.

Постановка Задачи

В центре пластины находится отверстие, она закреплена по внешнему контуру, приложена распределенная по окружности радиуса r нагрузка, как показано на рисунке 1. Геометрические размеры, нагрузки и свойства материалов описаны в таблице 1 .

Вид Кольцевой Пластины

Размеры и Свойства Кольцевой Пластины

Внеш. радиус, a = 20 дюймов Внутр. радиус, b = 5 дюймов Рад. приложения нагрузки r =

10 дюймов

Нагрузка, W = 1.2 Модуль упруг. E = 10E6 psi Коэф. Пуассона n = 0.3 Толщина t = 0.125 дюймов

Описание Модели

Физически пластина — это объемное тело. Оно может быть смоделировано с помощью объемных конечных элементов и просчитано в рамках объемной теории упругости. Собственно говоря, мы могли бы создать модель из тысяч элементов для достижения максимальной точности решения. Если бы мы провели анализ и просмотрели результаты, то обнаружили бы, что перемещения линейно зависят от толщины, и что компоненты напряжений в направлении толщины малы по сравнению с компонентами в плоскости пластины.

Использование плоского представления вместо объемного ставит вопрос:

почему бы не использовать объемные элементы в этом примере? В конце концов, с возможностями MSC.Patran и MSC.Nastran по созданию и решению больших моделей незачем волноваться о всякого рода приближениях.

Ответ заключается в имеющихся ресурах. Используя плоское представление, можно получить достаточно точное решение с затратой значительно меньших ресурсов. Необходимость на практике быстрого решения задачи делает проблему уменьшения размерности задачи жизненно важной.

MSC.Patran КЭ модель Annular Plate

Теоретическое Решение

Теоретическое решение для этого случая представлено ниже. Максимальное напряжение на внутреннем ребре:

σb3W

2πmt2—————– 2a m 1+( )

a2 b2–————————- a

b—log m 1–( )+=

Где m=1/v, a W — приложенная нагрузка.

Максимальное перемещение:

ymax3W m2 1–( )

4πEm2t3——————————–

a2 b2–( ) 3m 1+( )m 1+( )

——————————————— 4a2b2 m 1+( )m 1–( ) a2 b2–( )

—————————————- ab—log

2+=

Схема Решения Задачи

Мы уже поставили задачу и определили пути создания модели для анализа. Теперь нужно выделить индивидуальные задачи моделирования и анализа, установить последовательность решения задачи и определить ключевые параметры.

Для начала создадим простой список. Его левая часть определяет критические

параметры проекта, а правя часть представляет собой их значения. От выбора этих значений зависит дальнейшее создание проекта.

• Цель решешения задачи

Получить деформации/напряжения Фон Мизеса (линейная статика)

• Что содержит база данных модели

Кольцевая пластина

• Тип решателя MSC.Nastran – Structural • Метод решения

Линейный статический

1.200

123

1231.200

1.200 123

123

1.200

123

1.2001.200

123

• Геометрия Создается в MSC.Patran • Генерация КЭ сетки

IsoMesh – четырехузловые элементы типа CQUAD4

• Нагрузки и граничные условия

Шарнирное опирание, удельная нагрузка

• Свойства материалов

Материал — алюминий, линейная модель изотропного материала

• Спецификация элементов

2D/Shell/Aluminum

• Анализ Линейный статический • Результаты Файл результатов/график деформаций/

представление напряжений в виде изоповерхностей.

Results

Analysis

Model Definition

Build 2

Create 3

Model 4

Define 6

Set Up Project1

Visualize 10

w Define Symmetryw Determine Desired Element

Topologyw Idealize Pinned Conditionw Create Loading Function

Create MSC/NASTRAN Input

Simulate Loads and BCs

C.P

atra

Run the 8

Evaluate 9

C.P

atra

C.N

astr

Схема Решения Задачи

Процедура Анализа • Настройка Анализа

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element Propertie

Loads and Boundary Conditions

Создание Новой Базы Данных 1) В главном меню MSC.Patran

выберите File >> New. Появится форма New Database.

2) Введите имя annular_plate в строке Filename.

3) Нажмите OK. 4) Появится форма New Model

Preferences. Эта форма позволяет Вам определить параметры анализа модели.

5) Выбор Параметров Анализа 6) Установите Tolerance на

Default. 7) Выберите MSC.Nastran из

подменю Analysis Code. Выберите Structural из

подменю Analysis Type и нажмите ОК.

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Создание Геометрии

Geometry

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Finite Elements

Кривые, описывающие радиус кольцевой пластины

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Создание Базы Кольцевой Пластины1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Geometry.

2) В форме Geometry установите Action >> Create, Object >> Curve и Method >> XYZ.

3) В строку Vector Coordinate List введите <5,0,0>, а в Origin Coordinate List — [5,0,0]. Нажмите Apply.

4) Это создаст линию в Х-направлении длиной в 5 дюймов, начинающуюся из [5,0,0].

5) Измените Vector Coordinate List на <10,0,0> и Origin Coordinate List на [10,0,0]. Нажмите Apply. Это создаст Curve 2, представляющую радиус внешнего кольца.

оздание Поверхности Кольцевой Пластины

1) В форме Geometry смените Object с Curve на Surface и установите Method на Revolve.

2) В Sweep Parameters установите Total Angle на 90.0, а Offset Angle на 0.0. Нажмите на созданную ранее Curve 1 (или введите curve 1 в строке Curve List). Нажмите Apply.

3) Чтобы создать Surface 2, введите Curve 2 в строку Curve List и нажмите Apply.

4) То же самое повторите для Surface 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 6.2 и 5.2. Например, введите Surface 1.2 в строку Curve List и нажмите Apply.

Geometry

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Finite Elements

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Поверхность кольцевой пластины

• Создание Конечных Элементов

•

Создайие сетку Surface Mesh элементами Quad 4

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Elements.

2) В форме Finite Element установите Action>>Create, Object >> Mesh, Type >> Surface. Эта комбинация создаст сетку на поверхности.

3) Установите значение Global Edge Length на 2. Это определит размер элементов. Затем отмените Automatic Calculation.

4) Выберите Quad4 из меню Topology. Это определит тип элемента, используемого для создания сетки на поверхности. Метод IsoMesh установлен автоматически.

5) Поместите курсор в строку Surface List и выберите все поверхности на экране (или введите Surface 1:8 и нажмите Apply).

Так как конечные элементы не связаны вдоль геометрических границ, их необходимо “сшить“.

6) Выравнивание КЭ Сетки 7) Наверху формы Finite Element

установите Action >> Equivalence, Object >> All, Method >> Tolerance Cube. Это выровняет узлы вдоль границ поверхностей.

Нажмите Apply.

Geometry Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Моделирование Материалов

Создание Материала 1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Materials.

2) Наверху формы Materials установите Action >> Create, Object >> Isotropic, Method >> Manual Input.

3) В строке Material Name введите “Aluminum.”

4) Нажмите на кнопку Input Properties.

Определение Свойств Материала Аллюминия

5) В форме Input Options введите 10e6 в строке Elastic Modulus.

6) В строке Poisson’s Ratio введите 0.3.

7) Нажмите OK для закрытия Input Option формы, а затем нажмите Apply в форме Materials

Geometry

Finite Elements Material

PropertiesElement

Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Определение Свойств Элементов

Создание Свойства 1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Properties.

2) В форме Element Properties установите Action >> Create, Object >> 2D, Type >> Shell.

3) В строке Property Set Name введите prop_1.

4) Нажмите на кнопку Input Properties.

5) В форме Input Properties наведитесь на строку Material Name и выберите Aluminum из перечня Material Property Set.

6) Установите значение thickness на 0.125 дюймов и нажмите OK.

7) В форме Element Properties поместите курсор в поле Select Members и выделите все поверхности на экране (или введите Surface 1:8).

Нажмите Add и Apply в форме Properties.

Geometry

Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Моделирование Нагрузок и Граничных Условий (LBC)

Создание Распределенной Нагрузки1) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Loads/BCs. 2) В форме Loads/BCs установите Action >>

Create, Object >> Distributed Load, Type >> Element Uniform.

3) В строке New Set Name введите annular_load.

4) Нажмите на кнопку Input Data. 5) В форе Input Data введите < , ,-1.2> для

Edge Distr Load, а поле Edge Distr Moment оставьте пустым. Нажмите OK.

6) Нажмите на кнопку Select Application Region.

7) В форме Select Application Region под Geometry Filter нажмите на Geometry.

Поместите курсор в поле Select Surface Edges. Курсором выберите с экрана 4 внутренних ребра поверхности. Нажимайте Add после каждого выбора, затем нажмите OK.

9) Surface 7.1 1:5:2.3 должно появиться в поле Application Region.

10) Нажмите Apply в приложении Loads/Boundary Conditions.

Geometry

Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Surface 1.3

Surface 5.3 Surface 7.3

Surface 3.3

Создание Условий Закрепления (Перемещений)1) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Loads/BCs. 2) В форме Materials установите Action >>

Create, Object >> Displacement, Type >> Nodal.

3) В строке New Set Name введите pinned. 4) Нажмите на кнопку Input Data. 5) В форме Input Data введите <0,0,0> для

Translations, а поле Rotations оставьте пустым. Нажмите OK.

6) Нажмите на кнопку Select Application Region.

7) Под Geometry Filter нажмите на Geometry. В Select menu нажмите на Edge option. 9) Поместите курсор в поле Select Geometric

Entities. Курсором выделите на экране 4 внешних ребра поверхности. Нажимайте Add после каждого выбора, затем нажмите OK. Должны выбраться ребра Surface 2:6:2.3 7.3.

10) Нaжмите Apply в Loads/Boundary Conditions.

11) Включите вид Iso3.

Geometry

Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Surface 6.3

Surface 4.3

Surface 7.3

Surface 2.3

• Генерация входного файла MSC.Nastran

Создание входного файла MSC.Nastran.

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Analysis.

2) Наверху формы Analysis установите Action >> Analyze, Object >> Entire Model, Method >> Analysis Deck.

3) Нажмите на кнопку Solution Type.4) В форме Solution Type выберите

Linear Static. Нажмите OK. 5) Нажмите Apply в форме Analysis.

Запустите MSC.Nastran с Терминала 6) Кликните на рабочем столе

иконку MSC.Nastran. 7) В ответ на запрос введите имя

файла annular_plate.bdf. Далее Nastran представит вам

командную строку для ввода команд. Введите “scr=yes“ и жмите ok.

9) Анализ займет несколько секунд в зависимости от мощности компьютера.

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Создание входного файла

• Результаты Анализа

Передача Результатов в MSC.Patran для обработки результатов.

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Analysis.

2) На верху формы Analysis установите Action >> Attach XDB, Object >> Result Entities, Method >> Local.

3) Нажмите на кнопку Select Results File.

4) В форме Select File выберите annular_plate.xdb. Нажмите OK.

5) Нажмите Apply в форме Analysis.

Создание входного файла

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Обработка Результатов

Отображение результатов с помощью заливки и деформации модели

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Results.

2) На верху формы Result установите Action >> Create, Object >> Quick Plot.

3) Нажмите на иконку Select Results наверху формы.

4) В поле Select Fringe Result выберите Stress Tensor.

5) в поле Select Deformation Result выберите Displacement, Translational.

6) Нажмите Apply

Создание заливки

Отображение результатов в виде деформации модели

Решатель Обработка результатов

Задание модели

По этому списку составим блок-схему выполнения данного примера.

Глава

Основы MSC.Patran

• Запуск и выход из MSC.Patran

• Краткий обзор MSC.Patran

• Как работать в MSC.Patran

• Использование системы помощи (Help)

2.1. Запуск и выход из MSC.Patran Чтобы зпустить MSC.Patran:

• Для работы вам понадобится компьютер с установленным MSC.Patran и настроенной лицензией

• Запустите MSC.Patran,выбрав Start/Programs/Msc/MSC.Patran vx.x (или чаще — можно кликнуть на иконку патрана на рабочем столе). Окно MSC.Patran появится на верху экрана.

Чтобы выйти из MSC.Patran

• В меню File MSC.Patran выберите Quit. MSC.Patran при выходе автоматически сохраняет все изменения, внесенные в базу данных. При любых ошибках загрузки или открытия окна MSC.Patran обратитесь к

системному администратору или к руководству по установке MSC.Patran (MSC.Pat-ran Installation and Operations Guide, оно доступно по адресу www.mscsoftware.com Support, Training, Documentation.)

2.2. Краткий обзор MSC.Patran Основной элемент пользовательского интерфейса MSC.Patran — это

графическое окно. При старте оно автоматически открывается и не содержит никакой информации о модеи (пустое). Выше и ниже этого окна расположены строка меню, панель инструментов, кнопки приложений, командная строка и строка истории сообщений (history). Справа от графического окна располагаются формы приложений, используемые в процессе создании модели.

2.3. Окно MSC.Patran Строка меню, панель инструментов и кнопки приложений, показанные ниже,

образуют главную панель управления. Работа с ними осуществляется при помощи ниспадающих меню, нажимаемых кнопок и всевозможных иконок. Также они показывают, что именно MSC.Patran делает сейчас и, в случае прерывания операции, сообщают о причинах.

Кнопки приложений Выводит формы создания модели, запускает анализ и обрабатывет результаты.

Командная строка Здесь можно вводить PCL команды с клавиатуры

История (History) Содержит запись всех команд, выполненных в сессии MSC.Patran.

Иконки инструментовДоступ к часто используемым функциям MSC.Patran.

Строка меню Упраляет системными задачами, как выбор кода анализа, работа с графикой и т.д.

Формы приложений Различные формы для ввода данных

2.4. Как работать в MSC.Patran Этот параграф содержит основную информацию по работе с MSC.Patran.

• Работа с графическими окнами • Строка Меню • Кнопки и формы приложений • Системные иконки • Иконки панели инструментов • Командная строка и строка истории • Подбор и Выбор

Цель этого параграфа — помочь вам быстрее начать использовать MSC.Patran. За более детальной информацией обращайтесь к MSC.Patran Reference Manual.

Работа с графическими окнами

В графическом окне отображается вся модель или какая-то ее часть. При создании базы данных появляется постое окно, такое, как показано ниже.

В верхней части окна отображается имя базы данных (в данном случае

test.db), имя графичсекого окна (default_viewport), имя текущей группы (default_group) и режим отображения модели (Entity). Система координат в нижнем левом углу отображает ориентацию глобальных осей координат. Крестик (+) расположен в ее начале (точка с координатами {0 0 0}).

Графические окна в MSC.Patran можно передвигать и изменять их размер.

Чтобы передвинуть графическое окно • Поместите курсор на заглавную строку окна. • Нажмите кнопку мышки и переместите окно на новое положение.

Чтобы изменить размер графического окна • Поместите курсор на границу или в угол окна. • После появления двухсторонней стрелочки нажмите на мышку и измените

размер окна до желаемого размера. В MSC.Patran нет ограничений на количество создаваемых графических окон.

Множественность окон позволяет одновременно выводить различные виды модели, части модели, и результаты анализа.

Чтобы создать новое графическое окно

• В строке меню выберите форму Viewport/Create. В окне MSC.Patran появится форма Viewport Create.

• Введите имя нового окна в строке New Viewport Name и нажмите Apply. Исходное окно является окном по умолчанию, и каждое вновь создаваемое окно появляется в перечне Existing Viewports.

Строка Меню

Строка меню расположена прямо под заглавной строкой MSC.Patran. каждая часть меню содержит ниспадающее подменю с дополнительными командами.

Вид строки меню представлен ниже.

w File При вызове MSC.Patran доступным является только менгю File; остальные

меню становятся активными только после открытия базы данных. Меню File отвечает за работу с различными файлами MSC.Patran, управляет файлами базы данных, импортирует и экспортирует файлы,создает копии файлов, осуществляет выход из сессии и т.д.

w Group

Меню Group содержит опции по объединению геометрических (точки, кривые, поверхности, тела) и конечноэлементных (узлы, элементы, MPC) примитивов модели в группы. Затем содержимое этих групп можно домоделировать и обрабатывать. Например,можно объединить в одну группу конечные элементы из различных материалов. Или в целях просмотра результатов можно создать отдельные группы для отображения полей температур и напряжений в одной модели одновременно.

w Viewport

Графические окна используются для вывода частей модели или всей модели целиком. Каждое окно предоставляет свой независимый вид стационароной модели, который определяют заданный набор параметров.

Меню Viewport используется для создани , редактирования, перемещения и организации графических окон.

О том, как перемещать, изменять размер или сосздавать графические окна см. работа с графическими окнами (выше).

w Viewing

Меню Viewing содержит опции по управлению размером и ориентацией модели в графическом окне. Модель можно вращать, изменять ее размер, положение, тип проекции, менять масштабные множители и режущие плоскости (clipping planes). Также по желаию можно менять плоскость обзора, позицию

наблюдателя, центр окна и фокальную точку. Изменение вида никак не отражается на самой модели.

Изменение размера и позиции с помощью строки инструментов

Часто используемые изменения вида вынесены в качестве набора иконок в строку инструментов. За дополнительной информацией по использованию строки инструментов см.Функции изменения вида (стр. 17).

По мере построения модели MSC.Patran автоматически изменяет размер графического окна при добавлении примитива, выходящего за пределы текущего поля обзора. Окно изменяется так, чтобы в него попадали все примтивы текущей группы. Дополнительно о меню VIEWING

Еще о вращениях вида модели

Вращать модель можно двумя способами: вокруг глобальных осей модели или вокруг осей экрана. Вращение может быть абсолютным (absolute) и относительным (relative),как показано в следующей таблице:

Model Absolute Вращение вокруг глобальной оси, отоностительно начала координат.

Model Relative Вращение вокруг глобальной оси, отоностительно начала координат.

Screen Absolute Вращение вокруг экранной оси, отоностительно начала координат.

Screen Relative Вращение вокруг глобальной оси, отоностительно начала координат.

Дополнительно о меню Display

По мере построения модели база данных постепенно переполняется геометрическими и конечноэлементными примитивами. Меню Display помогает организовать их удобное взаимное отображение на экране. В нем определяется, какие примитивы Вы хотите вывести на экран и как Вы хотите их вывести. Меню Display также содержит дополнительные визуализационные средства, такие как отрисовка и стерание примитивов, подсветка и отображение меток.

Средства меню Display никак не влияют на основыне операции MSC.Patran. Они просто повышают степень удобства отображения модели.

Дополнительно о меню Preferences

В меню Preferences устанавливаются параметры, управляющие процессом построения модели. В нем определяются глобальные параметры, значение которых может быть изменено вотдельных приложениях. Например, при проведении операции выравнивания можно установить локальное значение параметра Global model tolerance. Однако вне данного приложение будет использоваться глобальное значение параметра.

Поменять preference можно только внутри формы Preferences.

Дополнительно о меню Tools

Меню Tools выполняет операции, на которые у Вас есть лицензия (сюда не включается операции выхода из MSC.Patran). Здесь также содержатся новые добавленные средства MSC.Patran, которые используются по дополнительной цене. Если на какой-то модуль приложения нет лицензии, то соответствующая опция в меню Tools будет затемнена; это означает, что ее нельзя выбрать.

Использование списков

Опция List оперирует со списками: • Вы можете, например, создать список примитивов, в который входят все нулевые узлы.

Для создания списков можно комбинировать уже имеющиеся; например,со всеми узлами, равными определенному значению и со всеми элементами, связанными с этим значением.

Над списками можно производить булевские операции.\ w Help

В меню Help можно получить детальную он-лайновую документацию по всем средствам и инструментам MSC.Patran. Также в нем содержится описание функциональных клавиш,функций мышки и т.д.

Кнопки и формы приложений

В MSC.Patran существует несколько приложений, предназначенных для определенных задач. Расположение радио кнопок организовано так, чтобы в процессе проведения стандартного КЭ анализа по ним можно было бы двигаться слева направо. Однако все приложения доступны в любое время после открытия базы данных.

Ниже приведено короткое описание всех приложений MSC.Patran

Приложение Функции Geometry Создает и редактирует геометрические модели.

FEM Устанавливает форму конечных элементов и создает КЭ сетку.

LBCs Накладывает нагрузки и граничные условия.

Materials Определяет свойства материала модели.

Properties Накладывает свойства элементов на примитивы модели.

Load Cases

Определяет варианты нагружений.

Fields Задает переменные поля величин.

Analysis Устанавливает параметрв анализа, передает на анализ и считывает

файлы результатов.

Results Визуализирует полученные результаты анализа.

Insight Обеспечивает расширенные возможности визуализации.

XY Plot

Строит XY графики результатов.

Формы приложений

При нажатии клавиши приложения появляется форма приложения. Большая часть построения модели опирается на работу с формами приложений. Большинство из них содержат дополнительные подформы, как, например, форма Materials и ее подформа Input Options, показанная ниже.

Это форма приложения Material. Большинство из них строится по схеме Action, Object.

Эта подформа появляется при нажатии клавиши Input Properties… в приложении Materials.

В текущий момент может быть выбрано только одно приложение. Как только

Вы вызываете второе приложение, оно появляется на экране, а первая форма закрывается. Кнопки, расположенные внизу текущей формы, позволяют переключаться между формами, открытыми ранее. Чтобы закрыть приложение, нужно нажать на его радио кнопку.

Строка инструментов

Строка инструментов — это набор часто используемых функций, представленных в виде иконок. Они группируются по своему назначению. Моползователь сам может как добавлять новые функции, так и удалять уже имеющиеся.

Системные команды

Режимы работы мыши

Отображение (Viewing)

Отрисовка (Display)

Команды отображения (Viewing)

Команды отрисовки (Display)

Местоположение иконок можно менять. Просто нажмите кнопку мышки и

перетащите выбранный набор на новую позицию.

System Functions

Девять перечисленных ниже иконок являются системными иконками. При

начале работы работающими являются только две из них: File New и File Open. После открытия базы данных все иконки становятся активными.

File New

File Open

File Save

Print Copy to Clipboard

Undo Abort Reset Graphic

Refresh Graphics

Иконка Функция File New Открывает форму New Database. File Open Открывает форму Open Database, в которой можно выбирать уже

существующие базы данных . File Save Сохраняет все изменения, сделанные в базе данных. Print Печатает содержимое графического окна. Можно распечатать одно окно,

а можно сразу несколько.

Copy to Clipboard

Копирует содержимое текущего графического окна в буфер.

Undo Кнопки -Apply- и -OK- выполняют действия добавления, удаления или изменения примитивов в баже данных. Чтобы отменить последнюю операцию, вызванную клавишей -Apply- или -OK-, нажмите на иконку, изображающую перевернутую стрелку. После этого обновляется графическое отображение, все примитивы, удаленные на предыдущем шаге, восстанавливаются, все добавленные примитивы стираются, а измененные возвращаются к предыдущему состоянию.

Abort Бывает, что нужно прервать проводимую операцию до ее завершения. Для этого нужно нажать на иконку с изображением поднятой руки. Если в этот момент значок heartbeat вращается, MSC.Patran выведет

вопросительную форму, спрашивающую “Do you want to abandon the operation in progress?” (Вы хотите прервать опреацию?) Этот вопрос требует ответа да или нет.

Reset Graphics Удаляет все заливки и маркерные графики, все заливки и графики деформированных форм. Перерисовывает содержимое окна в режиме wireframe. При работе в режиме entity эта операция действует на все выведенные графические окна, при работе в режиме group — только на текущее окно.

Refresh Graphics

Обновляет все графические окна.

Mouse Functions

Иконки, показанные ниже, определяют способ, которым нажатие средней кнопки мышки изменяет вид модели.

Mouse Rotate XY

Mouse

Rotate Z

Mouse Translate

Mouse Zoom

Icon Function Mouse Rotate XY Средняя кнопка мышки управляет вращением вокруг осей X и Y.

Mouse Rotate Z Средняя кнопка мышки управляет вращением вокруг оси Z. Mouse Translate XY

Средняя кнопка мышки управляет переносом вдоль осей X и Y.

Mouse Zoom Средняя кнопка мышки приближает и удаляет модель.

Viewing Functions

Меню Viewing содержит опции по управлению видом модели в графическом окне. Некоторые из них вынесены в виде иконок в строку инструментов.

View Corners

Fit View

View Center

Model Cente

Zoom Out

Zoom In

Rotation Center

Иконка Функция View Corners Прибилжает часть модели, обведенную куросором. Fit View Изменяет размер вида так, чтобы все примитивы помещались в

графическое окно.

View Center Перемещает вид модели, сдвигая центр графического окна в указанное

курсором положение.

Rotation Center Определяет центр вращения модели, точку, узел или позицию на экране.

Model Center Устанавливает центр вращения ы центре отображенных примитивов.

Zoom Out Каждый раз удаляет модель в два раза. Zoom In Каждый раз приближает модель в два раза.

Следующий набор иконок определяет ориентацию модели в графическом

окне. Они позволяют рассматривать модель под различными углами. По умолчанию установлен вид front.

Front Rear Top Bottom Left Side

Right Side

Iso1 Iso2 Iso3 Iso4

Icon Function Front X = 0, Y = 0, Z = 0 Rear X = -180, Y = 0, Z = -180 Top X = 90, Y = 0, Z = 0 Bottom X = -90, Y = 0, Z = 0 Left Side X = 0, Y = 90, Z = 0 Right Side X = 0, Y = -90, Z = 0 Iso1 X = 23, Y = -34, Z = 0 Iso2 X = 23, Y = 56, Z = 0 Iso3 X = -67, Y = 0, Z = -34 Iso4 X = -157, Y = 34, Z= 180

Display Functions

Эти два набора иконок управляют способами отображения модели в графическом окне.

Wire Frame

Hidden Line

Smooth Shaded

Show label

Hide label

Иконка Функция Wire Frame Отображает модель в стиле wireframe. Hidden Line Отображает модель в стиле hidden line. Smooth Shaded Отображает модель в стиле smooth shaded. Show Labels Выводит все метки примитивов. Hide Labels Стирает все метки примитивов.

Label Control

Point Size

Node Size

Display Lines

Plot/Erase

Иконка Функция Plot/Erase Выводит форму Plot/Erase. Label Control Выводит форму, управляющую отображением меток выбранных

примитивов. Point Size Переключает размер отображения точки с одного на девятьпикселей и

обратно. Node Size Переключает размер отображения узла с одного на девятьпикселей и

обратно. Display Lines Изменяет количество визуализационных линий с нуля до двух и

обратно.

Home

При нажатии иконки Home в Вашем установленном по умолчанию браузере вызывается страница MSC Software.

Heartbeat

Иконка Heartbeat сигнализирует о том, занят ли MSC.Patran или ожидает Ваших действий. Остановившийся глобус означает, что MSC.Patran ждет Ваших дейчтвий. Вращающийся глобус с синей границей означает, что MSC.Patran занят, но его можно прервать. Красная граница означает, что MSC.Patran занят и его нельзя прервать.

Командная строка и область History

Командная строка и область истории расположены внизу окна MSC.Patran. В командной строке можно вручную вводить команды. В строке history записываются все выполненные команды, а также ошибки изображения и информативные сообщения. Размер окна History можно менять, квеличивая или уменьшая количство видимых строк.

Подборка и выборка (Picking and Selecting)

Часто при работе с приложениями слева от формы появляется меню иконок. С помощью этого select меню необходимые объекты можно выбирать прямо с экрана, не вводя их номера в самой форме. Выбрав один из Picking Filters из Select

меню, Вы определяете тип объектов, которые можно подобрать с экрана. Подборка и выборка с экрана может оказаться довольно трудной задачей.

Этото параграф содержит основную информацию по использованию select меню. • Типы Select меню. Многоуровневость Select меню. Вид меню. Подборка примитивов с экрана. Операции подборки.

w Select меню В MSC.Patran более 25 различных select меню. Оно зависит от приложения, с

которым Вы работаете. Например, при создании новой точки в геометрической модели появляется Point Select меню. Если же Вам необходимо выбрать конечный элемент из созданной сетки, то на экране появится Element Select меню.

Каждое Select меню — это набор иконок. При помещении курсора на иконку радом появляется ее имя. Первые четыре иконки являются общими для всех Select меню и управляют основными возможностями подборки. Остальные иконки меняются в зависимости от активного select меню.

Приер Point Select меню представлен ниже.

Go To Root

Any Point

Node точкана кривой

Пересечение точки с поверхностью

Видимые Объекты

Выбор Многоугольником

Переход В предыдущее меню

Point пересечение кривых

Любаявершина

Точка на поверхности

Указать на экране

Меню выбора точки

Иконка Функция Toggle Visible Entities Only Selection

Определяет, выбирать только видимые объекты или скрытые тоже.

Polygon Pick Выбирает все объекты, лежащие в полигонной области. Go to Root Menu Возвращает к исходному Select меню. Go to Previous Menu Возвращает к предыдцщему Select меню. Any Point Выбирает точку, связанную с геометрическим или

конечноэлементым объектом. Point Выбирает точку. Node Выбирает узел. Curve Intersect Выбирает точку пересечения двух кривых. Point on Curve Выбирает точку на кривой, ближаюшую к точке вне кривой. Any Vertex Выбирает верщину кривой, поверхности или тела. Pierce Выбирает точку пересечения кривой и поверхности. Point on Surface Выбирает положение на поверхности. Screen Position Выбирает X-Y точку экрана.

w Много уровневые select меню

При выборе некоторых иконок появляются select меню второго, а иногда и третьего уровня. Меню каждого следующего уровня автоматически замещает меню

предыдущего. Активной может быть только одна иконка. По мере переключения между иконками меняется метод подборки объектов с экрана.

Две иконки вверху каждого меню предназначены для передвижения между

иерархическими уровнями.

Для передвижения по уровням меню • Нажмите на иконку Go to Previous Menu для возвращения в предыдущее Select меню.

• Нажмите на иконку Go to Root Menu для возвращения в исходное Select меню.

• Вид Select меню

По умолчанию select меню представляет из себя набор вертикально расположенных иконок, находящихся в области используемой формы. Но, как и строку инструментов, select меню можно перемащать в любую позицию. Его можно поместить на левую сторону окна,в нижнюю часть окна или в строку инструментов. Любые сделанные изменения в положении select меню запоминаются в базе данных.

Чтобы переместить select меню

• Поместите курсор на select меню

• Нажмите левую кнопку мышки и перетащите меню на новую позицию. Select меню можно поместить в любое место в графическом окне.

Чтобы закрепить select в другом положении

• Чтобы оставить меню в виде вертикального набора иконок, перетащите его на левую сторону окна и отпустите.

• Чтобы меню выглядело в виде горизонтального набора иконок, перетащите его в строку инструментов, в командную строку или в область history.

Выбор примитивов с экрана

Существует два основных метода подборки примитивов с экрана. Можно обвести границу вокруг примитива, а можно точно указать на него.

Обведение примитва границей

Для выбора любого количества объектов с экрана можно пользоваться методом обведения границы. Это особенно удобно при необходимости выбрать большое количество примитивов за раз.

В select меню есть два типа границ, которые можно использовать для обведения объектов: прямоугольная и полигонная границы. По умолчанию используется прямоугольная. Полигонный метод предоставляет больше возможностей по определению формы границы.

Чтобы обвести объект • Для использования полигонной границы нажмите на иконку polygon, расположенную

в select меню.

Сначала поместите курсор в необходимую строку в форме и нажите мышку. Затем переместите курсор в графическое окно. Нажмите на мышку — это определит первую вершину полигона. Теперь можно передвигать курсор столько раз, сколько необходимо для определения формы полигона.

• При использовании прямоугольной границы нажмите сначала на строку данных в форме и затем переведите курсор в окно. Нажмите на мышку и перетащите кеурсор для определения прямоугольной границы.

Что будет, если объект частично лежит внутри, а частично вне проведенной

границы? Это зависит от установленных настроек. В меню preferences/picking определяется условие подборки объекта: должен ли он быть полностью включен, частично включен в границу или же необходимо, чтобы в область границы попал его центр. По этим установкам MSC.Patran определяет, включать объект, лежащий на границе, в число выбранных или нет.

Выбор отдельных примитивов

В каждом select меню есть несколько иконок, управляющих подборкой отдельных примитивов с экрана. Эти средства бывают полезныч при выборе одного или двух объектов, или когда объекты расположены так, что их затруднительно обвести границей. Каждому приложению в этом случае соответствуют свои иконки. Чтобы выбрать объект

• По умолчанию используется иконка Any. С ее помощью можно выбирать любой

объект, соответствующий данному приложению. Для выбора объекта нажмите на строку данных в форме приложения, затем

поместите стрелку курсора на желаемый объект и нажмите на него. • Для большей гибкости при выборке объектов можно использовать другие иконки

select меню.

• Изменение опреации подборки

С помощью select меню можно добавлять примтив в форму, замещать примитив или удалять уже выбранный примитив из формы. При первом появлении select меню оно находится в режиме замещения. Любой вновь выбранный примитив замещает уже записанный в строке данных, если такой имеется. Данный режим можно изменить на режим добавления или удаления.

Чтобы изменить операцию подборки 1 В строке меню MSC.Patran выберите

Preferences/Picking. Форма меню Picking Preferences появится в окне.

2 Нажмите на строчку Show Picking Icons.

Это заставит MSC.Patran добавить в select меню набор иконок операций выбора. Появится сообщение о том, что для того, чтобы это изменение вступило в силу, необходимо перезапустить MSC.Patran.

3 Выйдите и перезапустите MSC.Patran. 4 Вернитесь к приложению с select меню

Теперь должны появится три дополнительных иконки. Они будут присутствовать во всех select меню, пока Вы не отмените эту установку в форме Picking Preferences.

Add Remove Replace

5 Для изменения режима подборки нажмите на одну из этих иконок.

Подборка объектов может быть весьма сложной задачей. В этом параграфе

описаны лишь основные доступные средства. За дополнительной информацией по select меню, подборке с экрана и иконкам, реализующим выборку, обращайтесь к MSC.Patran Reference Manual, Volume 1, Part I Introduction to MSC.Patran, Chapter 3 Interactive Screen Picking. Использование системы Help

Система Help существует для того, чтобы Вам в использовании средств и инструментов MSC.Patran. В ней содержится детальная информация по темам, описанным в данной руководстве. Также в сисете Help содержится описание каждой формы, подформы, опции, каждого параметра модели.

Помимо простого описания средств и инструментов работы Help аоказывает, как их использовать для проведения анализа. Также в системе находится информация по кодам анализа, типам элементов, CAD системам, пересекающимся с MSC.Patran, и т.д.

Открыть Help при запущенном MSC.Patran можно двумя способами.

• В меню Help выберите Document Library.

Откроется библиотека документов, устроенная, как обычная библиотека. Она разделена на отдельные секции. Каждая секция состоит из нескольких книг. При нажатии на книгу появляется ее оглавление. Нажав на нужный заголовок Вы аолучите интересующую Вас информацию.

• Нажмите клавишу F1. Если при работе с формами у Вас возникают какие-то вопросы, нажимайте на клавишу F1. После этого Help автоматически выведет информацию по данной конкретной форме. Затем, передвигаясь по библиотеке, можно получить любую другую информацию.

MSC.Patran User’s Guide

Глава

Хранение и Использование Информации в Базе Данных

• Создание базы данных • Определение параметров модели • Импорт CAD моделей

3.1 Создание Базы Данных После запуска MSC.Patranвам надо создать новую базу данных или открыть

уже существующую. Если база данных проекта уже существует, откройте ее, выбрав File/Open из главного меню, и дважды нажмите на имя базы данных. Если базы не существует, создайте новую следующим образом. Чтобы создать новую базу данных 1 Зайдите в File/New в главном меню.

File/New откроет форму New Database, показанную ниже . 2 Задайте имя новой базы данных.

Если Вы попытаетесь задать уже существующее имя, то вас спросят, хотите ли Вы перезаписать старую базу данных и создать новую.

3 Выберите директорию, в которую запишется база данных После нажатия OK должно появиться ваше рабочее окно.

Look in: показывает директории, в которые Вы можете поместить новые базы данных.

В Database введите имя базы данных. MSC.Patran автоматически добавит расширение .db.

3.2 Определение Параметров Модели Важно выбрать Analуsis Code, Analуsys Type и Global Model Tolerance перед

началом создания модели. Выбор Analуsys code и Type влияет на материалы, на формы и опции управления типами и свойствами элементов. Создание модели сильно зависит от значения Global Model Tolerance. Эти три параметра вы можете определить в форме New Model Preferences.

Analysis Code и Analysis Type

Форма New Model Preferences автоматически появляется после формы New Database. (Если Вы не видите этой формы на экране,то убедитесь, что в форме New Database кнопка Modify Preferences установлена на ON).

Чтобы определить Analisys Code и Analisys Type • Выберите код анализа из подменю Analisys Code

Вы должны увидеть перечень доступных кодов анализа • Используйте подменю Analisys Type для определения типа анализа.

Вы можете выбрать structural, thermal или fluid dynamicsанализ. Он должен соответствовать возможностям выбранного кода анализа.

Global Model Tolerance Global Model Tolerance определяет минимальное расстояние между

отдельными точками, кривыми, поверхностями и телами. Если вы попытаетесь создать две точки на расстоянии меньшем Global Mоdel Tolerance, то MSC.Patran будет рассматривать их как одну, и вы не сможете создать вторую. Это обеспечивает правильное создание КЭ сетки.

Чтобы определить Global Model Tolerance • В форме New Model Preferences выберите метод, которым вы будете задавать

Global Model Tolerance. Default устанавливает значение Global Model Tolerance

Global Model Tolerance. Две точки рассматриваются как одна, если расстояние между ними меньше или равно Global Model Tolerance. Based on Model считает точность как .05% от значения характерного габаритного размера модели.

Выбор Analysis Code.

Analysis Type зависит от Analуsys Code. Это может быть Structural, Thermal или Fluid Dynamics.

по умолчанию. Оно изначально равно .005 дюймов. (Вы можете изменить значение по умолчанию в Preferences/Globalв главном меню). Если Вы выберите Based on Model, то значение определится как .05% от максимального габаритного размера модели.

3.3 Импорт геометрических моделей из CAD систем. Во многих случаях более эффективно использовать существующую CAD

геометрию, созданную вне MSC.Patran, чем создавать новую. Импорт CAD моделей позволяет избежать дополнительных усилий и обеспечивает большее соответствие между CAD моделью и моделью для анализа. MSC.Patran поддерживает все основные CAD системы. • Unigraphics

CADDS

PRO/Engineer

CATIA Совместимость с другими пакетами обеспечивается форматом IGES (Initial

Graphics Exchange Standard).

Для импорта СAD модели 1. Зайдите в File/Import в главном меню MSC.Patran.

Появится форма Import для импорта CAD модели или базы данных MSC.Patran. В подменю Object выберите Model. Можно выбрать или Model или Results.

2. Определите источник в подменю Source. Source может быть одним из СAD пакетов или файлом, содержащим экспортированные модели.

3. Нажмите Apply

Опции Импорта

Обычно CADмодель содержит больше чем нужно данных для КЭ модели.

MSC.Patran позволяет определять, какие данные импортировать, а какие отфильтровывать. При определении CAD пакета в форме Import появляются вспомогательные формы для установления фильтров импорта. Вы можете фильтровать по типу примитивов, типу поверхности, СAD слоям. Используйте слои и цвета для отделения примитивов, которые Вы хотите исключить из модели анализа.

MSC.Patran User’s Guides

Глава

Создание Геометрической Модели

• Обзор Геометрии • Основные Понятия и Определения

• Создание Геометрии

• Работа с Импортированными CAD Моделями

• Проверка Геометрии

• Пример построения модели проушины

4.1 Обзор Геометрии Компьютерные геометрические модели служат многим целям.

Геометрические модели могут являться источником технических чертежей, иллюстраций или спецификаций комплектующих для их приобретения. Возможности геометрического моделирования в MSC.Patran направлены на создание КЭ модели в отличие от CAD систем. Эта КЭ модель будет в конечном счете включать в себя конечноэлементное представление геометрии, приложенные нагрузки, граничные условия, свойства материалов и свойства элементов. Завершенная КЭ модель — это то, что программа анализа (MSC.Nastran) принимает как входные данные.

Создание геометрической модели упрощает использование одной из самых мощных возможностей MSC.Patran: автоматического создания конечноэлементной сетки. Более того, лучше если вы работаете на геометрическом уровне как можно дольше. После создания геометрической модели вы можете прикладывать нагрузки, граничные условия, свойства элементов и свойства материалов на отдельные геометрические области, а не на конечные элементы. Это позволяет создавать различные КЭ сетки или параметры анализа, не переопределяя модель.

С помощью приложения Geometry вы можете определять физическую структуру модели. Это первая задача при моделировании изделия. Затем, Вы создаете КЭ сетку, прикладываете нагрузки, граничные условия, задаете свойства материалов и элементов. Часто это все проделывается на геометрической модели. Опции Создания Геометрической Модели.

MSC.Patran предлагает широкий выбор возможностей по созданию, модификации и определению качества модели. Вы можете начать создание модели одним их трех способов: • Открыть приложение Geometry, затем выбрать форму для создания новой структуры из более чем 130 возможных действий Create, Transform, Edit.

Импортировать созданную в CAD системе модель в MSC.Patran, используя меню File/Import, и редактировать ее. (Дополнительную информацию по импорту CAD моделей смотрите в Главе 3.)

Скопировать базу данных существующей модели и использовать ее как фундамент новой модели. Создание Модели.

MSC.Patran сохраняет точность описания исходной геометрии, пришла ли она из отдельного CAD файла или создавалась внутри MSC.Patarn. Вне зависимости от того, как создавалась модель, приложение Geometryдает возможность редактировать, управлять и проверять примитивы модели.

Также нет строгой последовательности при выполнении задач геометрии и создания КЭ сетки. Обычно, сначала Вы создаете геометрическую модель целиком, а затем переходите к конечным элементам. Однако можно создав геометрию, создавать конечные элементы на какой-либо части модели.

4.2 Основные Понятия и Определения Этот параграф описывает некоторые основные понятия, связанные с

геометрией в MSC.Patran. Будет полезно осознать их до начала конструирования геометрической модели. Параметрическое Пространство и Connectivity

MSC.Patran использует идею параметрического пространства для более простых и эффективных внутренних вычислений. В параметрическом пространстве кривая определяется только одной параметрической осью ξ1. Поверхность определяется двумя осями ξ1, ξ2. А тело определяется тремя осями ξ1, ξ2, ξ3. Каждый объект по любой оси имеет размер 1. Таким образом, координаты по осям изменяются от 0 до 1. Формы MSC.Patran ссылаются на параметрические координаты как С1, С2, С3, а не ξ1, ξ2, ξ3.

Функции преобразования в патране осуществляют отображение параметрического пространства в трехмерное Декартово (XYZ) и обратно (mapping-функции)

Для каждой кривой, поверхности или тела, созданного в MSC.Patran, существует функция отображения (Ф), устанавливающая соответствие между набором параметрических координат и принятыми трехмерными XYZ координатами. Следующая иллюстрация сравнивает вид поверхности в параметрическом пространстве с тем, как она будет выглядеть в трехмерном XYZ пространстве.

Φ(ξ 1 , ξ 2 )

x y

ξ 1

ξ 2 ξ 2

ξ 1

(0,0) (1,0)

(1,1) (0,1)

0 ≤ ξ 1 ≤ 1

0 ≤ ξ 2 ≤ 1

Параметрическое Трехмерноепространствопространство

Поверхность в параметрическом и глобальном XYZ пространствах. Connectivity

Connectivity — это положение и ориентация параметрических осей. Параметрические оси ξ1, ξ2, ξ3

имеют свои ориентацию и положение на каждой кривой, поверхности, теле. Например, эти две поверхности идентичны, но имеют разную ориентацию параметрических координат (connectivity).

В случае кривой существует два возможных варианта connectivity. Для четырехсторонней поверхности возможны восемь вариантов connectivity. Для трипараметрического шестигранного тела возможны 24 connectivity, три ориентации на каждой из восьми вершин.

ξ2 ξ

ED1

ED2

ED3ED4

ED2

ED3

ED1ED4

ξ2

ξ1

Геометрические Примитивы

Этот параграф дает детальный обзор характеристик геометрических примитивов, которые вы можете использовать как строительные блоки. • Точка.

Кривая. Поверхность: поддерживаемые типы включают двупараметрические (bi-

parametric), общего вида (general trimmed), простые общего вида (simply trimmed), составные общего вида (composite trimmed) и ординарные составные общего вида (ordinary composite trimmed).

Тело: поддерживаемые типы включают трипараметрическое (tri- parametric) и тело, ограниченное поверхностями (boundary representation).

Следующие примитивы служат больше опорными элементами при геометрическром конструировании, чем строительными блоками:

• Плоскость. Вектор. Система Координат.

Точки В MSC.Patran все точки являются непараметризовнными, безразмерными

координатными позициями в XYZ пространстве. Вы можете использовать точки сами по себе для создания точечных элементов, таких как масса, или для создания геометрических примитивов более высокого уровня..

P(X,Y,Z)z

x y

Кривые

Кривые описываются в пространстве одним параметром. Вы можете разбить кривую на одномерные элементы и использовать их в геометрическом конструировании. Кривая имеет одну параметрическую переменную ξ1, используемую для описания положения любой точки Р вдоль кривой.

ξ1

x y

Поверхности

MSC.Patran поддерживает простые и общие поверхности. • Простые — это 3 или 4-сторонние поверхности. Простые поверхности — это двумерный набор точек в XYZ пространстве. Любая точка Р поверхности может быть описана координатами ξ1, ξ2. .

ξ2

ξ1

x y

• Поверхности общего вида могут иметь более 4 ребер, а также содержать внутренние вырезы.

Каждая поверхность общего вида (trimmed) имеет родительскую

поверхность, определяющую ее параметризацию и кривизну. Есть несколько типов поверхностей общего вида: trimmed-поверхность может быть плоской или 3D; сomposite поверхность объединяет несколько поверхностей в один примитив, определенный внутри одной границы.

General Trimmed Surface (planar)

Outer

Inner Edgesor Holes

Edges

General Trimmed Surface (3D)

Composite Surface (3D)

Тела

MSC.Patran поддерживает простые tri-parametric тела и общие boundary representationтела.

Простые тела могут иметь от 4 до 6 граней без внутренних пустот. Большинство тел, созданных в приложении Geometry, являются tri-parametric. Каждое тело — это трехмерный набор точек в XYZ пространстве. Любую точку тела Р можно описать тремя координатами ξ1, ξ2, ξ3 , чьи значения меняются от 0 до 1.

V2ξ3

ξ2

ξ1

Simple Tri-parametric Solid

x y

• Общие Boundary Representation (B-Rep)тела описываются произвольным количеством поверхностей, образующих замкнутый объем. B-Rep тела могут содержать внутренние пустоты. Только внешние поверхности и грани B-Rep тела параметризованы.

General Boundary Representation Solids

Плоскости и Векторы Плоскости и векторы являются полезными примитивами для конструирования

геометрической модели. • Векторы определяют начальную и конечную точку и используются в таких операциях, как перенос в пространстве геометрии или создание геометрии между двумя точками. Вы можете создавать векторы, используя опции Create/Vectors.

Плоскости особенно полезны в операциях симметрии, таких как зеркальное

отображение геометрических компонентов. MSC.Patran предлагает широкий выбор опций Create/Plane.

Системы Координат

Системы координат определяют способ описания операций моделирования. MSC.Patran автоматически определяет глобальную прямоугольную (rectangular, Cartesian) систему координат в каждой базе данных. Начальная система 0 обозначается белым знаком плюса в окне. Глобальные оси в нижнем левом углу окна обозначают текущую ориентацию глобальной координатной системы.

Помимо основной системы координат, Вы можете создавать собственные локальные системы координат. Например, если нужно создать перпендикулярный поверхности цилиндр, то создание цилиндрической системы координат, ортогональной поверхности, может существенно облегчить эту задачу.

Опция Create/Coord в приложении Geometry позволяет создавать 3 типа локальных систем координат:

• Прямоугольные (Cartesian) системы. Цилиндрические (Cylindrical) системы Сферические (Spherical) системы.

Axis 2

Axis 3

Axis 1

Axis 2

Axis 3

Axis 1

T(θ)

θp

Axis 2

Axis 3

Axis 1

P (Φ)

T(θ)

θp

Φp

Rectangular (X,Y,Z) Spherical — (R,θ,Φ)

Cylindrical (R, θ,Z)

Figure41 Системы Координат

Координатные углы цилиндрической и сферической систем координат ( q и F) всегда выражаются в градусах.

Позже, при создании КЭ модели, системы координат помогают установить основные направления отображения результатов анализа. В MSC.Patran очень просто использовать переменные системы координат, и они тесно связаны с операциями геометрического моделирования. Почти все опции, использующие координатные данные, имеют возможность создания локальной системы координат для ввода данных.

Примитивы низшего порядка

Топологические примитивы определяют смежность геометрических примитивов и устанавливают подкомпоненты примитивов более высокого порядка. Каждый геометрический примитив имеет свой номер. MSC.Patran устанавливает номер топологического примитива, соответствующего смежному объекту более высокого порядка. Например, ввод в строку данных Surface 4.2 определит ребро Edge 2 поверхности Surface 4.

Каждая кривая, поверхность и тело в MSC.Patran имеет набор определенных топологических примитивов: Vertex (вершина)

Определяет топологическую конечную точку кривой или угол поверхности или тела. Vertex — это подкомпонент кривой. (Каждая точка ссылается на vertex, но не наоборот)

Edge (ребро)

Определяет топологическую кривую на поверхности или теле. Edge — это подкомпонент поверхности или тела.

Face (грань)

Определяет топологическую поверхность тела. Face — подкомпонент тела.

Конгруэнтность

Топологическая конгруэнтность — это необходимое условие создания правильной КЭ сетки модели. Она гарантирует, что при создании КЭ сетки все части модели будут соединены в один примитив, и анализ даст правильные результаты. Если КЭ модель топологически неконгруэнтна, то анализ может дать неправильные результаты.

Для выполнения условия топологической конгруэнтности смежные области модели должны иметь совпадающие границы и вершины. Более того, геометрические компоненты должны образовывать замкнутую поверхность или тело, не должно быть пересечений смежных областей. Приложение Geometryпредоставляет несколько методов проверки конгруэнтности и корректировки случаев неконгруэнтности. Подробнее смотрите ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ КОНГРУЭНТНОСТИ.

4.3 Cоздание геометрии

Приложение Geometry используется в большинстве случаях

Чтобы открыть приложение Geometry • Нажмите кнопку Geometry в главном

меню MSC.Patran Приложение Geometry появится на экране.

• Выберите комбинацию Action/Object/Method в подменю на верху формы Geometry. Некоторые дополнительные формы появляются в форме Geometry , меняющиеся в зависимости от

выбранных Action, Object и Method.

Actions Аction определяет то, что Вы хотите сделать. Аctions делятся на три

категории: create, modify, verify. Следующая таблица коротко описывает подменю Action приложения Geometry. Table 1: Geometry Actions ???????? ???? Action Create Actions

Create Создает точки, кривые, поверхности, тела, плоскости, векторы и системы координат, основанные на данных, введенных с клавиатуры или посредством мышки.

Transform Создает дополнительные объекты, копируя существующие примитивы в новое место. Вы можете определить новое положение примитива с помощью отступов, вращений, масштабирования, зеркального отображения по оси и т.д.

Modify Actions Edit Модифицирует геометрические объекты для улучшения вида модели и

исправления ошибок. Например, разбивает большие объекты на группы и удаляет двойные точки.

Delete Удаляет объекты из базы данных и стирает их с экрана. Associate / Disassociate

Associate соединяет примитивы, такие как поверхность и лежащую на ней кривую, для создания совместной КЭ сетки. Diassociate разделяет их.

Qualify Actions Verify Определяет проблемные области модели, такие как пропуски между

краями соседних объектов и потерянные поверхности, для их последующей корректировки.

Show Отображает форму с информацией о геометрическом объекте. Для точек Вы можете получить данные по значениям координат и ID узлов.

Objects

Меню Object определяет тип геометрии. Например, если Вы выбрали Create Action, Object определит, какой тип геометрии Вы хотите создать. Table 1: Geometry Objects

Объект Описание Point Curve

Points(светло-голубые) — 0-мерная координатная позиция. Сurves(желтые) — одномерные параметрические кривые.

Simple General

Simple surfaces(зеленые) — параметрические поверхности с 3 или 4 внешними ребрами; без внутренних ребер или отверстий. General surfaces(мажента) — поверхности с более чем 4 внешними ребрами, с внутренними ребрами и отверстиями.

Simple General

Simple Solids(темно-синие) — параметрические тела с 5 или 6 гранями. General Solids(белые) — тела с более чем 6 гранями, внутренними ребрами и отверстиями.

Plane Vector Frame

Planes(розовые) — двухмерные параметризованные поверхности. Vectors(синие) — одномерные кривые с заданными направлением и значением. Frames(пурпурные) — прямоугольные, цилиндрические, сферические системы координат.

Methods Method определяет способ выполнения действия, установленного в меню

Action. Методов слишком много, чтобы их перечислять здесь. Пример метода Glide представлен в конце параграфа. Полный перечень методов смотрите в MSC.Patran Reference Manual, Volume 2, Part 3: Geometry Modeling.

Пример Следующая иллюстрация демонстрирует создание тела методом Glide.

Create/ Solid/Glide создает Solid 1, используя Curve 5 как Glide дорожку и Surface 2 как базовую поверхность. Note: Раздел Geometry MSC.Patran Reference Manual cодержит иллюстрации с

аннотациями, сходные с этой, для большинства вариантов Action/Object/Method.

155

1617

155

1617

192021

XY Z

до

после:

Создание триммированных поверхностей Чтобы создать trimmed surface в MSC.Patran,Вы должны выбрать Create/Surface/ Trimmed в форме Geometry. Эта форма позволяет задать поверхность по ее граничным кривым, образующим замкнутый контур (loop), определяющий как внешние границы поверхности, так и внутренние отверстия. Эта форма также позволяет указать родительскую поверхность, на которой будет строиться новая. Вы можете создавать внешние и внутренние границы поверхности тремя способами:

• Create/Curve/Chain создает продолжительный контур из существующего набора кривых, являющихся продолжением друг друга. Эта операция создает одну новую кривую и удаляет исходные. Опция Auto-Chain визуально помогает в процессе создания кривой с помощью этого меню.

Кнопка Auto-Chain в форме Create/Surface/Trimmed позволяет создавать внешние и внутренние контуры из существующего набора кривых, являющихся продолжением друг друга. Эта операция определяет новую кривую и удаляет исходные. Очевидные опции, такие как Create/Curve/2D Circle и Create/Curve/Conic (когда используется для создания эллипса), создают замкнутые кривые, используемые в качестве контуров при создании trimmed surface. Create/Surface/Composite позволяет создавать единую сложную поверхность из смежных поверхностей типа planar. Это полезно при создании единой поверхности из частей со сложными границами и множеством смежных состовляющих. Создание твердых тел типа B-Rep

Boundary Representation(B-Rep) тела определяется поверхностью, образующей

полную границу тела. Эти тела могут иметь произвольное количество граничных поверхностей, если они образуют замкнутое тело. Тела определяются в Create/ Solid/B-Rep. Но до использования этой опции должны быть созданы или импортированы поверхности, ограничивающие замкнутый объем.

• Убедитесь, что все поверхности топологически конгруэнтны (у них есть общие ребра и вершины). В случае несовпадения ребер поверхностей воспользуйтесь опциями Edit/Surface/Sew или Edit/Surface/Match для совмещения смежных поверхностей.

В случае, если модель импортировна из CAD системы, убедитесь, что ее толеранс попадает в значение толеранса Вашей базы данных. Например, если в базе данных MSC.Patran установлен толеранс .005 (две точки с меньшим расстоянием друг от друга считаются одной), а размеры частей модели меняются от 0 до 0.1, то могут образоваться вырожденные области.

Обратно, если размеры модели на много порядков превосходят значение толеранса, то могут образоваться несовпадения смежных поверхностей. Значение толеранса зависит от базы данных и определяется в самом начале ее создания в меню File/New.

• Чтобы удостовериться, что в модели нет пропущенных поверхностей, используйте Verify/Surface/Boundary в форме Geometry. Или можно воспользоваться опцией Geometric Shrink в меню Display/Geometry, чтобы просмотреть каждую границу.

Проверьте ваше B-Rep тело: • Поверхности, определяющие B-Rep solid, должны образовывать замкнутый объем.

Поверхности должны быть топологически конгруэнтны. Это означает, что смежные поверхности должны иметь общее ребро.. Important: MSC.Patran может создавать B-Rep тела с внешней оболочкой, но не с

внутренней (будущее тело не должно содержать полости).

4.4 Работа с импортированными CAD моделями В некоторых случаях Вы можете использовать импортированную геометрию без модификации. Однако эти модели не всегда сразу готовы к проведению анализа. Приходится корректировать импортированную геометрию, удалять лишние детали и создавать необходимые для топологической конгруэнтности потерянные поверхности. Вот некоторые проблемы, возникающие при работе с импортированной геометрией, и пути их решения в MSC.Patran. Удаление лишних деталей

В импортированной CAD геометрии может быть большое количество элементов, сильно усложняющих модель, например, ряд маленьких отверстий. Если Вы оставите эти не влияющие на результаты анализа элементы, то заметно повысится количество конечных элементов, и увеличится время проведения анализа. Здесь вы должны сами решить, какие элементы не так важны, а какие лучше оставить для точности анализа. Используйте следующие средства MSC.Patran по упрощению модели и удалению лишних деталей:

Important: Спланируйте вашу модель и используйте слои и/или цвета для выделения примитивов, которые Вы хотите исключить из анализа.

Используйте опции фильтрации для ограничения отдельных типов примитивов. Например, импортируйте только тела, или только кривые для перестройки модели в MSC.Patran. Опции фильтрации находятся в форме, расположенной под формой Import (когда Source установлен на IGES, вспомогательная IGES форма содержит опции фильтрации). Используйте импортированную CAD геометрию как базу для создания более простой модели в MSC.Patran, пригодной для анализа. Вершины, кривые и граничные поверхности используются как базис при конструировании геометрии в MSC.Patran. Бывают случаи, когда большая поверхность или тело представлены несколькими меньшими частями, что усложяет конструкцию. Вы можете использовать Create/Surface/Trimmed и Create/Solid/B-Rep для упрощения сложных геометрических форм. В случае наличия большого количества смежных поверхностей, воспользуйтесь Create/Surface/Composite или другими методами для их соединения. Добавление потерянных поверхностей

Объемные CAD модели — это необязатнльно замкнутые 3Dтела. Могут существовать потерянные поверхности. Для выявления таких поверхностей используйте Verify/Surface/Boundary.

Important: В случае регулярного числа краев (3 или 4), окаймляющих область, выполните Create/Surface/Edge для создания пропущенных поверхностей путем определения краев смежных поверхностей.

Если область ограничена более чем 4 сторонами, используйте Create/ Surface/Trimmed. В этом случае вы сначала должны создать кривую, представляющую внешнюю границу. Для этого используйте либо форму Create/Curve/Chain, либо кнопку Auto Chain в форме Create/Surface/ Trimmed. Также Вы можете разбить эту область на несколько простых бипараметрических поверхностей. Восстановление незавершенных примитивов

Распространенные геометрические форматы (например IGES) часто содержат множество различных типов геометрических данных. IGES — очень мощный стандарт, и не каждая CAD система поддерживает все ее типы примитивов. Это может привести к некоторым упрощениям. Например, переданные кривые будут представлены как набор точек, или тело будет представлено своими граничными поверхностями. В таких случаях Вы должны использовать геометрические возможности MSC.Patran для преобразования неполных геометрических форм к понятно определенным примитивам. Например, используйте Create/Curve/Spline для сопоставления кривой набору точек, или Create/Solid/B-Rep для создания тела из окружающих поверхностей.

4.5 Проверка геометрии При создании или импорте геометрической модели в MSC.Patran основной целью является создание модели, пригодной для КЭ анализа. Следующий параграф содержит некоторые требования по эффективному геометрическому

моделированию и предлагает способы контроля за выполнением этих требований. Обеспечение топологической конгруэнтности

Топологическая конгруэнтность является необходимым условием создания правильной КЭ сетки, так как она гарантирует возможность соединения модели в один примитив во время этого процесса. Чтобы модель была топологически конгруэнтна, она должна удовлетворять следующим требованиям:

Important: Смежные геометрические области имеют совпадающие границы и вершины.

Геометрические компонеты образуют замкнутые поверхность или тело. Нет пересечений смежных областей. Следующая иллюстрация дает пример конгруэнтной геометрии.

Пример конгруэнтной геометрии

Если края смежных геометрических областей конгруэнтны (т.е. полностью совпадают), то их КЭ сетки обычно имеют одинаковое количество узлов вдоль общего края. Более того, узлы на общем крае совпадают. Они выстраиваются парами вдоль общей границы геометрической области. Это определяет совпадеие пар угловых узлов или вершин.

На стадии объединения (equivalencing) процесса создания КЭ сетки эти пары

совпадающих узлов на границе геометрических областей сшиваются. Отдельные геометрические области образуют один соединенный примитив, пригодный для анализа.

Обнаружение неконгруэнтностей Verify/Surface/Boundary и Verify/Solid/B-Rep помогают обнаружить

топологически неконгруэнтные области модели. При нажатии Apply в форме Geometry появляется форма Update Graphics. Эта форма позволяет отрисовать неконгруэнтные поверхности модели.

Рисует только неконгруэнтные поверхности. Другие поверхности стираются с экрана. MSC.Patran обозначит края неконгруэнтных

Рисует геометрию, связанную с группой, отображающейся в текущем окне.

Стирает маркеры, обозначающие края неконгруэнтных поверхностей.

MSC.Patran автоматически стирает конгруэнтные поверхности. Не надо нажимать Plot Incongruent Surfaces для обновления экрана поверхностей маркерами.

Исправление неконгруэнтностей Следующая картинка представляет 2 примера неконгруэнтной геометрии.

Edges are Shared, Vertices are Not

10Gap > Global Model

Tolerance

Vertices are Shared, Edges are Not

Неконгруэнтная геометрия с потерянными вершинами. Вы можете получить правильную КЭ сетку для левой поверхности, если край

области 1 содержит вдовое больше элементов, чем области 2 и 3. В этом случае узлы могут быть выравнены. Но если на этой поверхности создавать новую КЭ сетку с назначенными на один из внутренних краев точками mesh seed, то возможно ее (сетку) нельзя будет выровнить.

Если точка 10 находится не точно в центре, КЭ сетки областей 1,2 и 3 скорее всего нельзя будет выровнить. Без выравнивания эти области останутся независимыми и несоединенными. Чтобы сделать эти поверхности конгруэнтными, вы можете использовать следующее: • Edit/Surface/Break, чтобы разбить поверхность 1 по точке 10.

-или- • Edit/Surface/Edge Match с определенной опцией Surface-Point.

Поверхность на правой половине картинки демонстрирует расстояние между двумя парами поверхностей, превышающее Global Model Tolerance. Это означает, что при создании КЭ сетки совпадающие узлы создаваться не будут. Чтобы сделать эти поверхности конгруэнтными, выберите одно из следующих действий.

• Create/Surface/Match. -или-

• Edit/Surface/Edge Match. Избегание малых углов на поверхности

Старайтесь, чтобы внутренние углы поверхности были больше 45 градусов, так как при создании КЭ сетки поверхности с четырехугольными элементами формы элементов определяются общей формой поверхности. Чем острее элементы, тем менее правильными будут результаты анализа. (За дополнительной информацией обращайтесь к документации по конечноэлементному анализу.).

Surfaces With Sharp Corners

Optimal Surface Shapes

) Поверхности с острыми углами и без острых углов

Проверка и Выравнивание Нормалей Поверхностей Направление вектора нормали поверхности является важной характеристикой

при наложении нагрузок, граничных условий и свойств элементов. В основном пытайтесь поддерживать одно направление нормалей для всех поверхностей модели. Следующая картинка показывает противоположные нормали для двух поверхностей..

ξ2

ξ1

ξ2

В приложении Geometry используйте форму Edit/Surface/Reverse для

отображения векторов нормалей поверхностей и для реверсирования или выравнивания нормалей группы поверхностей. На этой форме есть кнопка Draw Normal Vectors, отображающая положительные векторы нормалей на экране. Для

этой же цели может быть использована форма Show/Surface/Attributes. Также Вы можете проверять нормали косвенным образом, отображая

параметрические направления поверхности. Для этого выберите в главном меню Display/Geometry, а затем Show Parametric Direction и нажмите Apply. Параметрические направления будут изображены линиями, исходящими из параметрического начала, и обозначены 1 или 2. Нормаль поверхности может быть определена по правилу правой руки — расположите правую руку так, чтобы пальцы закручивалиь от 1 оси ко 2. Тогда большой палец будет указывать направление нормали.

Для изменения направления нормали используйте Edit/Surface/Reverse. Эта

форма позволяет выбрать одну или больше поверхностей и изменить направление их нормалей, поменяв на противоположные параметрические направления С1 и С2. Дополнительные требования

Некоторые задачи требуют при моделировании с использованием патрана создавать области (части геометрической модели), легко разбиваемые КЭ элементами, либо области с определенными свойствами материалов, либо нагруженные и закрепленные.

Для решения этих задач в MSC.Patran существуют инструменты для

модификации существующей геометрии (например, возможность разбиения геометрии на области, работа в разных системах координат, использование конструирущих операций, таких как пересечение и проекция).

MSC.Patran не только проверяет, соответствеут ли вид модели определенным критериям, но и советует, как их улучшить. Затем вы можете проанализировать результаты внесенных изменений.

Такой итерационный процесс анализа и модификации вида является

основной идеей автоматизированного анализа вида модели, выполняемого MSC.Patran, и он подчеркивает необходимость использования возможностей геометрического моделирования как средства улучшения существующего вида.

4.6 Пример расчета проушины MSC.Patran поддерживает геометрию, созданную в большинстве основных

CAD системах, что снижает усилия по созданию геометрической модели и обеспечивает большую точность результатов анализа.

Описание Задачи Модель проушины закреплена с нижней стороны. К ней приложена

распределенная нагрузка так как это показано на рисунке 4-6. Геометрия, нагрузки и свойства материалов описаны в таблице 4-3..

Pinned

50.012.5

12.5

Расчетная схема проушины

Свойства Модуль Юнга, E = 10E6 psi Коэффициент Пуассона, n = 0.3 Контактные нагрузки 12.5*(|x|-2)**2

Идея модели В отличие от кольцевой пластинки, где мы заменяли объемную модель ее

двумерным аналогом, этот пример демонстрирует универсальность работы MSC.Patran с любыми объемными телами. Мы импортируем Parasolid геометрию в нашу базу данных как основу для анализа. С помощью метода Tetmesh создаем соответсвтующие трехмерные элементы, задаем свойства материалов и граничные условия, подготавливаем модель для анализа.

Процедура Анализа

• Установление анализа проекта

Создание новой базы данных1) В главном меню MSC.Patran

выберите File>>New. Появилась форма New Database.

2) Введите lug в строку Filename. 3) Нажмите OK. 4) Появится форма New Model

Preferences. Эта форма позволяет определить параметры анализа модели.

5) Установление параметров анализа

6) Установите Tolerance на Default.

7) Выберите MSC.Nastran из подменю Analysis Code.

Выберите Structural из подменю Analysis Type и нажмите OK.

Geometry

Finite Elements

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Импорт Геометрии

Импортирование Parasolid геометрии 1) В меню MSC.Patran выберите File>>

Import. Появится форма Import.

2) В форме Import выберите Source >> Parasolid xmt и нажмите на Parasolid xmt Options.

3) В форме Option выберите Model Units. Измените значение на 39.37(Дюймов) в окне Model Unit Override. Нажмите OK , чтобы вернуться в форму Option и еще раз OK, чтобы вернуться в форму Import.

4) Выберите lug.xmt в поле Filename и нажмите Apply.

5) Измените вид на Isoview 1, нажав в главном меню кнопку Isoview 1. Включите кнопку Display Line.

Создание Новой Системы Координат 6) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Geometry. 7) Установите Action >> Create, Object >>

Coord, Method >> 3Point. Измените Coord ID List на 99. Введите

Origin = [3,6,0], Point on the Axis 3 = [3,6,1], и Point on Plane 1-3 = [4,6,1]. Нажмите Apply.

Geometry

Material Properties

Element Properties

Loads and Boundary Conditions

Finite Elements

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Создание Конечных Элементов

Создайте Solid Mesh с элементами Tet10 1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Elements.

2) В форме Finite Element установите Action >> Create, Object >> Mesh, Type >> Solid.Используйте эту комбинацию для создания solid mesh.

3) Измените Global Edge Length на 0.4 и отмените Automatic Calculation.

4) Выберите TetMesh в поле Mesher. 5) Используя подменю Element Topology

установите Tet10. Это установит тип элемента при создании КЭ сетки на теле.

6) Поместите курсор в строку Input List и выберите оба тела(или введите Solid 1 2). Нажмите Apply.

Выравнивание КЭ Сетки 7) В форме Finite Element установите Action >>

Equivalence, Object >> All, Method >> Tolerance Cube. Это выровняет все узлы.

Нажмите Apply.

Geometr

Finite ElementsMaterial

Propertie

Element Propertie

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Моделирование Материалов

Создание Материала 1) В главном меню MSC.Patran нажмите

на приложение Materials. 2) В форме Materials установите Action >>

Create, Object >> Isotropic, Method >> Manual Input.

3) В строке Material Name введите “steel.”4) Нажмите на кнопку Input Properties.

Определение Свойств Материала Steel 5) В форме Input Options введите 30e6 в

строке Elastic Modulus. 6) В строке Poisson’s Ratio введите 0.3. 7) Нажмите OK для закрытия формы

Input Option, затем нажмите Apply в форме Materials.

Geometr

Finite Elements Material

PropertiesElement

Properties

Loads and Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Определение Свойств Элемента

Создание Свойств Элемента1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Properties.

2) В форме Properties установите Action >> Create, Object >> 3D, Type >> Solid.

3) В строке Property Set Name введите prop_1.

4) Нажмите кнопку Input Properties. 5) В форме Input Properties нажмите

на список Material Name и выберите steel из перечня Material Property Set. Нажмите OK.

6) В форме Element Properties нажмите в строку Select Members. Выберите все геометрические примитивы и нажмите Add.

7) Нажмите OK для закрытия формы Input Properties, а затем нажмите Apply в форме Properties.

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element PropertiesLoads and

Boundary Conditions

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Создание PCL Функции, Представляющей Условия Нагрузки

Создание PCL Функции 1) В главном меню MSC.Patran нажмите

на приложение Fields. 2) В форме Loads/BCs установите Action

>> Create, Object >> Spatial, Method >> PCL Function. Введите имя quadratic_loading, и выберите Vector в поле Field Type.

3) Установите Real в Coordinate System Type и введите Coord 99 в строке Coordinate System.

4) В поле second component введите выражение 12.5*(abs(‘x)-2.)**2. Убедитесь, что все числа имеют десятичную точку.

5) Нажмите Apply.

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element Propertie

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Loads and Boundary Conditions

Наложение Нагрузок и Граничных Условий (LBC)

Создание Нагрузки с Помощью PCL Функции1) В главном меню MSC.Patran нажмите

на приложение Loads/BCs. 2) В форме Loads/BCs установите Action

>> Create, Object >> Force, Type >> Nodal. Введите имя Contact_load и нажмите на кнопку Input Data.

3) В форме Input Data нажмите в поле Force и выберите quadratic_loading в поле Spatial Field. Нажмите OK.

4) Нажмите Select Application Region. 5) В форме Select Application Region под

Geometry Filter нажмите Geometry. 6) Поместите курсор в поле Select

Geometric Entities. Затем курсором выберите нижнюю грань верхнего тела на экране (или введите Solid 2.3). Нажмите Add затем OK.

7) Нажмите Apply в форме Loads/Boundary Conditions form.

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element Propertie

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Loads and Boundary Conditions

Создание Перемещений1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Loads/BCs.2) В форме Loads/BCs установите

Action >> Create, Object >> Displacement, Type >> Nodal.

3) Введите имя support. 4) Нажмите на кнопку Input Data. 5) В форме Input Data введите <0,0,0>

для Translations и оставьте поле Rotations пустым. Нажмите OK.

6) Нажмите на кнопку Select Application Region.

7) В форме Select Application Region под Geometry Filter нажмите на Geometry.

Поместите курсор в поле Select Geometric Entities. Затем с помощью курсора выберите нижнюю грань верхнего тела на экране(или введите Solid 1.3).

9) Нажмите Add, а затем OK. 10) Нажмите Apply в форме

Loads/Boundary Conditions.

Geometr

Finite Elements

Material Propertie

Element Propertie

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Loads and Boundary Conditions

• Создание MSC.Nastran Input File

Создание MSC.Nastran Input (Bulk Data) File1) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Analysis. 2) В форме Analysis установите Action >>

Analysis, Object >> Entire Model, Method >> Analysis Deck.

3) Нажмите на кнопку Solution Type. 4) В форме Solution Type выберите Linear Static.

Нажмите OK. 5) Нажмите Apply в форме Analysis.

Запуск MSC.Nastran с Терминала 6) Откройте окно терминала и директорию, где

находится модель MSC.Nastran. 7) Введите “nastran lug.bdf scr=yes” и Enter.

Эта комманда запустит MSC.Nastran annular_plate.bdf как входной файл. scr=yes удаляет побочные файлы.

Анализ займет несколько секунд в зависимости от скорости компьютера.

Передача Результатов в MSC.Patran для Обработки 9) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Analysis. 10) В форме Analysis установите Action >> Attach

XDB, Object >> Result Entities, Method >> Local. 11) Нажмите на кнопку Select Results File. 12) В форме Select File выберите lug.xdb. Нажмите

OK. 13) Нажмите Apply в форме Analysis.

Создание входного файла

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Обработка Результатов

Создание Графиков Fringe и Deformation 1) В главном меню MSC.Patran

нажмите на приложение Results. 2) В форме Result установите Action

>> Create, Object >> Quick Plot. 3) В перечне Select Result Cases

выберите Default, Static Subcase. 4) В Select Fringe Result выберите

Stress Tensor. 5) В Select Deformation Result

выберите Displacement, Translational. Нажмите Apply.

6) Click Apply.

Создание заливки

Отображение результатов в виде деформации модели

Решатель Обработка результатов

Задание модели

Глава

Создание Элементов и КЭ Сеток

• Обзор Создания КЭ Сеток • Основные Понятия и Определения • Создание Конечноэлементной Модели • Проверка Конечноэлементной Модели

5.1 Обзор Создания КЭ Сеток КЭ моделирование является наиболее распространенным методом при

проведении анализа конструкции с использованием компьютера. Одной из сложнейших задач при этом является создание качественной КЭ — сетки. В MSC.Patran Вы можете создавать КЭ — сетку как на уже существующей геометрической модели, так и посредством прямых операций над конечными элементами.

Уравнения, необходимые для описания поведения целой модели, часто настолько сложны, что было бы непрактичным выводить или решать их. Метод конечных элементов решает эту проблему, разделяя всю модель на группу соединенных друг с другом конечных элементов, которая называется конечноэлементной сеткой. Конечные элементы имеют простые геометрические формы, такие как прямоугольники, треугольники и тетраэдры. Они так же включают связующие точки — узлы и обладают заданными свойствами материалов и свойствами элементов.

После того как модель разбита на конечные элементы, программа анализа может использовать математические уравнения для описания каждого элемента, учитывая взаимосвязь смежных элементов и соответствующие элементам свойства. После преобразования геометрической модели в конечноэлементную, составленную из взаимосвязанных кусков, компьютер может просто и точно анализировать поведение модели.

Геометр. модель КЭ модель Figure51 Геометрическая модель в сравнении с КЭ представлением

Во многих структурных анализах каждый элемент рассматривается как набор пружин, привязанных к угловым точкам (узлам) для взаимосвязанного представления вей модели. Каждый элемент математически просчитывается, и результаты организуются в матрицу, известную как матрица жесткости. Она составляется с учетом характеристик материалов и других свойств элементов, образуя общую матрицу жесткости конечноэлементной модели [K]. Эта матрица является частью матричного уравнения, связывающего нагрузки {P} c перемещениями {d}:

{P} = [k]{d}

Программа анализа решает это уравнение, вычисляя перемещения. Перемещения используются для вычисления напряжений и деформаций в точке модели. В зависимости от возможностей программы анализа, Вы можете определять термальные и акустические свойства, используя сходные матричные

уравнения. Возможности Конечноэлемнтного Моделирования

В MSC.Patran большой выбор возможностей по созданию КЭ сеток на геометрической модели, и создание конечных элементов часто может быть в большой степени автоматизировано. Для некоторых моделей будет достаточно одной операции по созданию КЭ сетки.

MSC.Patran дает широкий выбор возможностей конечноэлементного моделирования(FEM): • Возможность Mesh Seed, контролирующая густоту сетки в определенных областях геометрии. • Несколько автоматизированных методов создания КЭ сеток. • Операция Equivalence, соединяющая КЭ сетки в смежных областях. • Инструменты по проверке качества и точности КЭ модели. • Возможности прямого ввода и редактирования данных по конечным элементам.

Эти инструменты помогают минимизировать человеческие усилия по достижению основной цели — понимания поведения геометрической модели. В то же время они дают необходимый контроль над процессом.

5.2 Основные Понятия и Определения Здесь представлены несколько тем, включающих основные понятия и

определения, связанные с приложением Finite Elements. Обзор Типов Конечных Элементов

Конечные элементы определяются топологией и свойствами. Например, элемент, используемый для создания КЭ сетки поверхности, может быть составлен из прямоугольников или треугольников. Один элемент может быть стальной пластинкой, моделирующей структурные явления, такие как перемещения и вращения, а другой может представлять массу воздуха в акустическом анализе. Форма и свойства элементов зависят от программы анализа, используемой в MSC.Patran. Она устанавливается в Analysis Preferences.

На этапе создания КЭ сетки с помощью приложения Finite Elements элементы

определяются только из соображений топологии. Свойства материалов, толщина и другие характеристики определяются в других приложениях, и о них речь пойдет в следующих главах.

Таблица 5-1 описывает топологию элементов, поддерживаемых в MSС.Patran.

• Левая колонка содержит 7 форм элементов и узловую конфигурацию к ним. • Колонка Structural Uses описывает условия использования данной формы элемента. • Колонка Mesher Support содержит информацию о том, какой метод создания КЭ сеток поддерживает данную форму элемента.

Полное описание библиотеки элементов MSC.Patran можно найти в части 4 MSC.Patran Reference Manual.

Топология элементов MSC.Patran

Point

Используйте Point для сосредоточенных масс, пружин и амортизаторов.

Bar

Используйте Bar, если напряжение меняется в одном направлении, или если свойства элемента определены вдоль кривой или прямой линии.

Isomesh поддерживает элементы Bar1, Bar2, Bar4.

Tria

Используйте Tria и Quad, если напряжение остается постоянным по одному из трех направлений. Также используйте эти элементы, если размеры модели по одному из направлений малы по сравнению с другими.

Isomesh и Paver поддерживают элементы Tria3, 4, 6, 7, 9 и 13.

Quad

Isomesh и Paver поддерживают элементы Quad4, 5, 8, 9, 12 и 16 .

Tet

Используйте Tet, Wedge и Hex, когда напряжение меняется по всем трем направлениям, и все размеры сравнимы между собой. MSC.Patran поддерживает несколько конфигураций узлов для каждого элемента

Isomesh поддерживает элементы Tet4, 5, 10, 11, 14, 15, 16 и 40. Tet Mesh — Tet4, 10 и 16.

Wedge

Isomesh поддерживает элементы Wedge6, 7, 15, 16, 20, 21, 24 и 52.

Hex

Isomesh поддерживает элементы Hex8, 9, 20, 21, 26, 27, 32 и 64.

Создание КЭ Сеток

В MSC.Patran существует 4 основных метода создания КЭ сеток: IsoMesh, Paver Mesh, Auto TetMesh и 2-1/2D Meshing. Этот параграф описывает каждый из них. Выбор соответствующего метода должен производиться исходя из инженерных соображений, топологии модели и целей анализа.

IsoMesh

Элементы создаются внутри геометрии простой формы посредством простого разделения..

КЭ сетка на теле, созданная IsoMesh

Вот некоторые особенности метода IsoMesh: Поверхности и тела должны быть простыми. Поверхности должны быть трех-

,четырехсторонними, а тела могут содержать 5 или 6 граней. • По умолчанию Isomesh создает значительное количество элементов по каждому направлению в соответствии с заданным параметром Global Edge Length. Плотность элементов и их расположение контролируется с помощью возможности Мesh Seed. Mesh Seed используется также для создания разной плотности элементов на противоположных краях или гранях области. • Метод может создавать Quad или Tria элементы на поверхности и кирпичные элементы на телах. • Для “неправильных” областей, таких как треугольные поверхности или клинообразные тела, в которых коллапсируются отдельные грани и края, используются соответствующие “неправильные“ Tria и Wedgeэлементы. • Это единственный метод, автоматически создающий сетку с кирпичными элементами.

Paver

Paver — это метод автоматического создания КЭ сетки на произвольной поверхности, включая обрезаные, составные и поверхности неправильной формы. В отличие от IsoMesh, Paver сначала создает точки сетки на границе поверхности, а затем от них создает внутренние элементы..

Пример Paver метода

Некоторые особенности: • Этот метод употребим только для создания КЭ сеток на поверхности. • Он может использоваться для создания Quad или Tria элементов. Из-за алгоритма этого метода Quad сетки могут содержать несколько треугольных элементов. • Для управления плотностью элементов используется параметр Global Edge Length или возможность Mesh Seed. • Метод Paver согласовывает ассоциированную геометрию, такую как кривую, лежащую на поверхности и ассоциированную к этой поверхности с помощью формы Associate/Curve/Surface. Если на такую кривую назначены Mesh Seeds, то Paver гарантирует прохождение сетки через эти точки. • Смежные области могут быть разбиты на сетки как Paver методом, так и IsoMesh методом. Плотность сетки вдоль общего края становится плотностью по умолчанию для смежных с этим краем областей.

Auto TetMesh

Auto TetMesh — это высокоавтоматизированный метод создания КЭ сеток на произвольных телах. Он создает сетки тетраэдральных элементов на любых замкнутых телах, включая boundary representation (B-rep) тела.

Auto TetMesh метод

Некоторые особенности: • Этот метод создает КЭ сетки сложных тел, не требуя большого участия пользователя. • Auto TetMesh создает “хорошие“ сетки на boundary reoresentation телах, т.е. на телах, импортированных из большинства CAD систем. • В областях сильной кривизны создаются качественные сетки. Вы можете определять плотность сетки в искривленных областях. • Proximity-based разбиение позволяет создать качественную КЭ сетку по толщине тонкостенных сечений.

2-1/2D Meshing

На основе плоской двухмерной сетки можно создать трехмерную сетку с помощью операций sweep и extrude.

Sweep Operation Extrude Operation

Важно заметить, что:

• Направление и плотность элементов в направлении развертки (sweep) и выдавливания (extrude) задаются в ходе выполнения этих операций. • Получающиеся элементы не поддерживают ассоциированность с родительской геометрией. Это препятствует заданию нагрузки и граничных условий на эти элементы через геометрическме примитивы. Плотность КЭ Сетки

Для создания КЭ сетки MSC.Patran необходимо знать размеры элементов для каждой геометрической области. Более того, Вы можете захотеть регулировать количество элементов в определенной области модели. Например, Вы можете увеличить число элементов в области высоких напряжений или температур для получения более точного результата, или можно уменьшить число элементов в некритичной области, тем самым снизив время анализа.

В MSC.Patran есть несколько способов управления размером и плотностью КЭ

сетки. Это mesh seeds, mesh density и mesh density of adjacent regions. Комбинирование этих возможностей позволяет быстро создавать КЭ сетку геометрической модели, не теряя в ее качестве.

При создании КЭ сетки в MSC.Patran ее плотность вдоль каждого края

области выбирается в соответствии со следующим порядком приоритетов. • Mesh seeds. • Mesh density of adjacent region. • Global Edge Length

Mesh Seeds

Mesh seeds — это точки, определенные вдоль ребра модели и обозначающие положения узлов сетки. Расстояние между ними может быть постоянным, а может линейно меняться к краю, к обоим краям или к центру ребра. Вы даже можете сами определить положение точки на ребре. .

КЭ сетка с использованием mesh seeds

Mesh seeds создаются в приложении Finite Elements опцией Create/Mesh Seeds и методами Uniform, Bias, Curve Based и Tabular. Как и другие примитивы MSC.Patran, mesh seeds можно переопределить в других Create-опциях или удалить, используя Delete/Mesh Seeds. Смежные КЭ Сетки

При создании КЭ сетки ее плотность вдоль ребра обычно используется для создания сеток смежных областей, содержащих это ребро. При использовании метода IsoMesh MSC.Patran реализует идею mesh paths для разделения геометрических областей.

MSC.Patran распространяет определенную плотность сетки на

противоположный край области, а затем на смежную обасть, до тех пор пока не достигается конец “пути“. Следующая иллюстрация демонстрирует путь определенных плотностей и то, как они влияют на общую сетку модели.

Пример mesh path

Global Edge Length Каждая форма Create/Mesh содержит параметр Global Edge Length,

определяющий примерную длину каждого элемента. MSC.Patran использует этот параметр для разделения каждого граничного ребра модели на целое число элементов, порождающих в свою очередь элементы примерно такой же длины. При этом используется соотношение:

Global Edge Length определяет размеры сетки ,если нет других ограничений,

таких как mesh seeds или смежные сетки.

Важно: Всегда точно устанавливайте это значение при создании сетки. Если значение по умолчанию будет слишком мало по сравению с размерами геометрии, то сетка будет очень плотной.

Equivalencing

Многие геометрические модели в MSC.Patran состоят из множества областей с общими границами. Создание КЭ сетки всегда производится на одной области за раз, даже если указываются сразу несколько геометрических областей.

Число элементов = Длина наибольшей кромки на геометрииGlobal Edge Length

Это означает, что по умолчанию элементы одной области не связаны с элементами другой, и не имея общих узлов, не будут деформироваться совместно. Чтобы быстро устранить эту проблему, в MSC.Patranесть средство equivalencing, соединяющее совпадающие узлы. Операция Equivalence находится в форме приложения Finite Elements.

Важно: Операция equivalencing должна быть выполнена до анализа. Без

этой операции анализ обычно дает неправельные результаты: например, несвязанные области, могущие улететь в пространство при проведении структурного анализа. MSC.Patran не информирует Вас автоматически о том, что операция equivalencing не была проведена до анализа.

Операция equivalencing очень проста: каждый узел проверяется на наличие в

зоне вокруг него других узлов. Размеры этой зоны определяется тем какой точностью производится сшивка узлов. Если расстояние между двумя или более узлами не превышает значения точности сшивки (tolerance), то они преобразуются в один узел с наименьшим номером. Следующая иллюстрация показывает действие операции equivalencing.

Вы можете производить операцию equivalence на всех узлах области или

только на тех, которые соответствуют определенной группе, как это было описано в главе 2. После этой операции все обращения(определение элемета, нагрузки и граничные условия) к более высокому номеру узла автоматически переопределяются на новый номер.

Некоторые узлы можно исключать из поля действия операции equivalencing.

Это полезно, когда есть совпадающие узлы, которые Вы хотите физически сохранить независимыми друг от друга. Кроме того, значение толеранса для

опрации equivalencing может быть установлено в действии Еquivalenсе. Оптимизация

Вне зависимости от того, как создана конечноэлементная модель, Разреженная симметричная матрица

посредством создания КЭ сетки или прямыми операциями конечноэлементного моделирования, есть одна операция, которая может ускорить процедуру анализа. Эта операция называется оптимизация, она просто перенумеровывает узлы и элементы, уменьшая время анализа.

При проведении анализа из данных по всем конечным элементам

формируется симметричная матрица, содержащая много нулевых элементов. Время решения в большой мере зависит от ширины ленты матрицы, под которой понимается максимальная ширина ненулевых элементов от диагонали матрицы.

Другие решатели используют подобный критерий волнового фронта

обработки данных, зависящего от числа активных столбцов в строке матрицы. Перенумеровывая узлы и элементы, можно так преобразовать матрицу, что ширина ленты или волновой фронт уменьшатся, что снижает время анализа. Эту операцию выполняется действием Optimize в приложении Finite Elements. об этом подоробно можно посмотреть в Part 4 of the MSC.Patran Reference Manual.

COLUMN i

ROW i

NULL

SYMMETRIC

5.3 Создание Конечноэлементной Модели Для создания КЭ сеток в MSC.Patran имеются элементы различных форм и с

различными топологиями. Иснтрументы создания КЭ сеток включают в себя несколько автоматизированных методов. Приложение Finite Elements дает множество возможных комбинаций Action/Object/Type, которые создают,модифицируют и проверяют качество конечноэлементной модели, улучшая резульаты анализа. Чтобы открыть приложение Finite Elements • Нажмите кнопку FE приложения в

главной форме MSC.Patran. Приложение Finite Elements появляется на экране.

• Выберите Action, Object и Type,

используя падающие меню на верху формы . Вид остальной части формы зависит от того, что Вы выбрали.

. Actions

Меню Actions создает, модифицирует и проверяет качество всей КЭ сетки. Следующая таблица описывает возможности меню Action приложения Finite Ele-ments. Меню Action Приложения Finite Elements Описание меню Action Создание Create Создает новые сеточные примитивы: КЭ сетки,

создающиеся одним из автоматических методов, Mesh Seeds, регулирующие плотность сетки, отдельные конечные элементы и другие объекты.

Transform Создает узлы и конечные элементы путем перемещения, вращения и зеркального отображения уже существующих.

Sweep Создает новые элементы сетки, протаскивая набор существующих элементов по одному из десяти “путей“, таких как Arc, Extrude, Glide, Glide-Guide и Normal. Sweep может преобразовать поверхностную (2D) сетку в объемную (3D) сетку, протащив ее по направлению нормали к поверхности.

Модификация Modify Модифицирует параметры примитивов, такие как узлы,

элементы и многоточечные закрепления. Это может заключаться в перенумеровывании узлов и элементов,

разделении одного элемента на два и более, и т.д. Modify может использоваться для оптимизации формы элементов и изменения положения точек Mesh Seeds.

Delete Удаляет из модели узлы, элементы и Mesh Seeds. Renumber Изменяет ID номера элементов и узлов. Associate/ Disassociate

Модифицирует узлы и элементы так, чтобы они были либо ассоциированы с геометрическими структурами, либо деассоциированы от них. Для приложения свойств, напряжений и граничных условий сразу на геометрию, сеточные примитивы должны быть ассоциированы с геометрическими примитивами.

Проверка Качества Verify С разных сторон проверяет качество конечноэлементной

модели. Проверяет элементы на искажения и двойственность, тестирует ID нумерацию узлов и элементов.

Equivalence Улучшает качество конечноэлементной модели, удаляя двойные узлы, либо расположенные в одной точке, либо отстоящие друг от друга на расстояние меньшее чем точность сшивки узлов (tolerance).

Optimize Минимизирует время процессора, память и место на диске, необходимые для проведения части анализа, связанной с матрицей жесткости, посредством перенуменрации узлов оптимальным образом. Методы оптимизации зависят от типа и модели анализа, а также от используемого кода.

Show Отображает различную информацию по конечноэлементным объектам. Например, для выбранной группы элементов показывает координатные системы, номера ID, нагрузки и граничные условия, ID номера свойств материалов, свойства элементов и другие результаты.

Objects

Меню Object связано с примитивами КЭ сетки: собственно КЭ сетками, отдельными узлами и элементами. Следующая таблица описывает меню Object приложения Finite Elements. Меню Objects Приложения Finite Elements Описание Меню Object Mesh Метод конечных элементов состоит в разделении модели на

взаимосвязанные части, называющиеся элементами. Набор таких взаимосвязанных элементов называется КЭ сеткой.

Mesh Seed Mesh Seeds — это точки, определенные вдоль ребра модели и указывающие положение узлов сетки на этом ребре. Расстояние между точками может быть постоянным или линейно меняться к одному краю, обоим краям или к центру ребра. Кроме того можно прямо определить положение точки.

Mesh Control Mesh control позволяет определять собственное значение Global Edge Length для выбранных поверхностей при использовании автоматических методов создания КЭ сеток.Эта опция позволяет создавать сетки, не обращаясь

каждый раз к новой поверхности. Node Узел конечноэлементоной модели эквивалентен вершине в

геометрии. Узлы — это связующие точки между смежными элементами.

Element Элемент — это одна дискретная часть сетки. Он может быть одной из нескольких стандартных форм(квадратным, тетраэдральным и т.д.) и иметь различное число узловых точек вдоль ребра.

MPC (multipoint constraint)

MPC заменяют конечные элементы и используются для более простого моделирования некоторых физических явлений, таких как жесткие связи, шарниры, ползунки и т.д. В MSC.Patran элементы MPС рассматриваются как конечные элементы и изображаются линиями между узлами.

Superelement В настоящее время этот объект доступен только MSC.Nastranанализу. Он группирует несколько элементов в один большой элемент.

DOF (Degree of Freedom) List

Перечень DOF(степени свободы) доступен только ANSYS и ANSYS5.

Types

Меню Type определяет, как будет проводиться создание КЭ сетки. Варианты меню Type меняются в зависимости от установленного в меню Object. Несколько примеров представлены в следующих параграфах. За полным описанием обращайтесь в MSC.Patran Reference Manual, Volume 2, Part 4: Finite Element Modeling. Примеры Форм и Подформ Приложения Finite Elements

Три примера моделирования с помощью формы Finite Elements показаны на следующих страницах: • Форма выбора Create/Mesh/Solid. • Подформа Isomesh Parameters. • Форма Create/Mesh Seed/Two-Way Bias.

Форма Create/Mesh/Solid

Генерация КЭ сетки — это процесс автоматического создания конечных элементов из геометрии или других данных в MSC.Patran. Этот процесс контролируется формой FEM Create/Mesh, представленной на следующей иллюстрации.

Пример Подформы IsoMesh Parameters

Node ID List и Element ID List Задает ID номера нового набора узлов и элементов. По умолчанию ID будут присваиваться, начиная с показанного в строке значения.

Global Edge Length Значение, определяющее длину ребра элемента сетки по умолчанию. Оно не имеет приоритета над установленными точками Mesh Seeds. Это значение используется только там, где Mesh Seeds не определены.

Element Topology Выбирает тип элемента из данного перечня. Возможными элементами являются Hex6, Hex9 и Hex20.

Solid List Курсором или прямым вводом соответствующих ID номеров определяютсятела, на которых создается КЭ сетка

Подформа Coordinate Frames Позволяет выбирать вид анализа и ситему координат для создания КЭ сетки на следующих узлах.

Mesher Определяет метод создания КЭ

Подформа Isomesh Parameters Определяет параметры метода IsoMesh.

Эта подформа появляется при нажатии кнопки IsoMesh Parameters в приложении Finite Elements.

Пример Формы Create/Mesh Seed/Two Way Bias

Создает точки Mesh Seed на указанной кривой или на ребре поверхности или тела с симметричным неравномерным распределением вдоль ребра. Закон распределения точек определяется либо общим числом элементов с указанием отношения расстояний между ними, либо действительным значением длины ребра.

Точки Mesh Seed представляются маленькими желтыми кружками и отображаются только, если приложение Finite Elementsустановлено на создание КЭ сетки или создание и удаление точек Mesh Seed.

Finite

Выберите один из двух видов сетки для поверхностей и тел

Выберите вид треугольной сетки для поверхностей и тел с прямыми углами

Совокупность этих параметров управляет действиями метода IsoMesh на стыке областей с различным числом элементов.

Прямое Моделирование Конечных Элементов

Большинство операций моделирования конечных элементов проводится на геометрии. Сначала создается часть геометрической модели, а затем на нее накладываются свойства и КЭ сетка. Однако бывают случаи, когда проще сразу

Для определеня Mesh Seed выберите либо Num Elems and L2/L1 или L1 and L2. Если выбрано Num Elems and L2/L1, то Вы должны ввести целое значение числа элементов и отношение расстояний между точками, как показано на примере. Если выбрано L1 and L2, то вы должны ввести длины ребер последнего и серединного элементов. MSC.Patran просчитывает положения узлов Mesh Seed по формуле геометрической прогрессии с заданным отношением L2/L1.

Укажите курсором на существующие кривые или ребра поверхностей и тел или просто введите их ID номера. Например, Curve 10, Surface 12.1, Solid 22.5.2.

MSC.Patran рисует точки Mesh Seed, связанные с видимой геометрией.

При включенном Auto Execute MSC.Patran автоматически создает Mesh Seeds после выбора каждого ребра. По умолчанию Auto Execute выключено.

работать с узлами и элементами. Вот примеры таких ситуаций: • Изменение КЭ сетки, полученной из программы анализа, такой как MSC.Nastran. • Работа с конечноэлементными моделями, чьи сетки создавались без геометрической модели в других програмных продуктах. • Замена отдельных элементов, не прошедших проверку на качество.

Исходя из времени моделирования и наложения свойств, всегда более предпочтительным является создание КЭ сетки на геометрической модели. Если накладывать свойства прямо на геометрию, то в дальнейшем их не надо будет переопределять при изменении сетки. А свойства, наложенные на узлы и элементы, необходимо задавать заново при любой ее модификации.

Возможности конечноэлементного моделирования в MSC.Patran включают в себя: • Действия, создающие узлы, элементы, MPCs (Multi-Point Constraints) и суперэлементы. • Трансформирующие действия, создающие узлы и элементы с помощью операций над уже существующими узлами и элементами (Transform, Rotate, Mirror). • Действия, создающие элементы высшего порядка протаскиванием по определенному “пути“ элементов более низкого порядка. • Действия, сглаживающие существующую сетку, сортирующие ID номера элементов и узлов, разбивающие элементы типа Bar, Quad или Tria, изменяющие параметры MPC.

5.4 Проверка Конечноэлементнонй Модели Если исключить тривиальные задачи по тестированию работы отдельных

конечных элементов, то хорошие конечноэлементные модели получаются редко. Каждая модель является только приближением к реальному объекту. Одной из причин тому является зависимость точности элемента от того, как он используется. Очень важно проверять правильность конечноэлементной модели и отслеживать двойные элементы или несвязанные группы элементов.

В MSC.Patran можно несколькими путями проверить качество конечноэлементоной модели. Несколько возможных тестов описаны ниже. • Проверяйте элементы с помощью Action

Verify приложения Finite Elements.

• Выберите соответствующие пункты меню Object и Method.

Проверка Формы Элементов

• Aspect измеряет максимальное отношение противоположных ребер, граней или главных направлений элементов поверхности и тела. Например, в элементе Quad aspect отношение представляет отношение длины к ширине. Обычно

конечноэлементная модель дает наиболее точные результаты, если aspect отношение примерно равно 1. • Warp измеряет, насколько угловые точки Quad элемента отклоняются от центральной плоскости элемента. • Taper измеряет геометрическое отклонение Quad элементов от прямоугольной формы. • Skew измеряет угловое отклонение оболочечных элементов от прямоугольной формы. • Edge Angle измеряет максимальный угол между смежными гранями объемных элементов. • Face Warp, Face Skew, Face Taper измеряют warp, skew и taper, как описано выше, для граней объемных элементов. • Twist измеряет максимальный изгиб между противоположными гранями объемных Wedge и Hex элементов. Другие Проверки Элементов

• Boundaries проверяет наличие свободных ребер элементов не связанных со смежными элементами. Это важный тест, отыскивающий области модели, над которыми не была проведена операция equivalence. • Duplicates определяет элементы, присоединенные к одним и тем же узлам. • Normals проверяет направления нормалей смежных элементов поверхности. • Jacobian Ratio, Jacobian Zero базируются на максимальном изменении и минимальном значении якобианов каждого элемента соответственно. • IDs раскрашивает элементы по их ID номерам. Это полезно для визуального определния числа элементов и порядка моделирования.

Другие проверки определяют отклонения узлов на сторонах элементов более высокого порядка, границы суперэлементов и т.д.

В большинстве случаев Вы можете установить допустимое значение для

каждого из вышеперечисленных критериев. Тогда по результатам теста все элементы раскрасятся в определенные цвета. Элементы, вышедшие за пределы толеранса, окрасятся в высший цвет спектра(обычно красный), цвет других элементов будет показывать, насколько близко этот элемент подошел к критическому значению.

Устанавливать допустимое значение нужно с учетом типа элементов.

Например, линейный треугольный элемент может быть очень чувствителен ко всяким искажениям, в то время как треугольный элемент второго порядка даст хорошие результаты даже при сильных искажениях.

При непрохождении элементами проверочных тестов Ваши действия заключаются в следующем: Создание Новой КЭ Сетки Модели

Часто эффективным является замена существующей сетки на новую, особенно если она (новая сетка) существенно не меняет время анализа. Например, создание новой более густой сетки в случае большого aspect отношения в элементе может быстро исправить этот недостаток.

Особенно просто создавать новые КЭ сетки отдельных областей в случае, если исходная сетка создавалась на геометрической модели.

Для создания новой КЭ сетки • Удалите исходную сетку, установив

Delete/Mesh в приложении Finite Elements.

• Создайте новую КЭ сетку одним из описанных выше методов Create/ Mesh.

. Исправление Отдельных Элементов

В MSC.Patran есть возможность автоматизированного исправления Quad элементов, для которых величина одного из критериев качества превышает допустимое значение. Например, если элемент не проходит проверку на aspect отношение, то можно автоматически разделить его в угловых точках на несколько меньших элементов.

С другой стороны, Вы можете прямо создавать и изменять

конечноэлементную модель. Короткое описание по созданию узлов и элементов модели дано в параграфе Прямое Моделирование Конечных Элементов. Другие возможности содержатся в action Modify приложения Finite Elements. Они позволяют сглаживать КЭ сетку, редактировать элементы и узлы или разделять существующие элементы на более маленькие. Проверка Значений Критериев Качества Элементов (tolerance)

MSC.Patran никак не изменяет модель по результатам проверочных тестов, а лишь помогает Вам принять правильное решение. Поэтому Вы можете решить увеличить значение толеранса при использовании элементов высокого порядка, или в случае, если элементы, не прошедшие проверку, находятся в некритичных областях модели.

Проверочные тесты должны стать неотъемлемой частью конечноэлементного

моделирования. Сложность многих КЭ сеток вместе с ограничениями по графической визуализации модели являются причиной того, что не всегда возможно увидеть проблемную часть модели. Например, двойные элементы часто выглядят как один, а искаженный элемент иногда не виден в плотной, сложной сетке критической области.

MSC.Patran User’s Guide

Глава

Создание Материалов

• Обзор Материалов • Основные Понятия и Определения • Создание Модели Свойств Материала • Проверка Модели Материала

6.1 Обзор Материалов В MSC.Patran материал определяется как поименованная группа свойств

материала, требуемых для конечноэлементного анализа. Свойства материала сообщают MSC.Patran, из чего создана модель (сталь, сложный состав и т.д.), и определяют параметры материала (такие как плотность, жесткость, модуль упругости, коэффициент Пуассона и т.д.) Приложение Materials и некоторые другие подформы позволяют создавать, изменять, показывать и удалять материалы.

Каждая программа анализа поддерживает разный набор материалов.

Свойства, которые надо определить для материала, зависят от нескольких факторов: • Типа проводимого анализа (например, structural или thermal). • Выбранной программы анализа (например, MSC.Nastran). • Определяете ли Вы свойства материала самостоятельно, или импортируете откуда-нибудь. • Выбора ключевых характеристик(например, тип материала). • Иногда от типа элемента, к которому прилагается данный материал.

Свойства материала не сразу прикладываются к конечноэлементной модели. Это происходит только после создания свойств элемента. Свойства элемента содержат и модель и материал. Приложение Element Properties описано в главе 8.

После того как материал приложен к модели, его свойства можно отобразить

графически, например, XY графиком. Также можно в табличном виде вывести матрицы жесткости или податливости, получающуюся из свойств материала.

6.2 Основные Понятия и Определения Этот параграф описывает различные типы моделей материалов,

поддерживаемые MSC.Patran, а также методы ввода данных по свойствам материала. Однородные, Композитные и Конституционные Модели Материалов. Однородные Материалы

В MSC.Patran есть пять типов однородных материалов, которые можно выбрать в меню Object приложения Materials: Isotropic (свойства одинаковы по всем направлениям), 2D и 3D Orthotropic(свойства меняются по основным направлениям) и 2D и 3D Anisotropic(свойства меняются по произвольным направлениям). Обычно 2D материалы применяются для плоских элементов, а 3D — для объемных. Table 1: Типы Материалов Тип (Object) Структурные Характеристики Isotropic Одинаковые свойства по всем направлениям (2 константы упругости)2D Orthotropic Свойства меняются по основным направлениям(6 констант

упругости) 3D Orthotropic Свойства меняются по основным направлениям(9 констант

упругости) 2D Anisotropic Свойства меняются по произвольным направлениям(6 констант

упругости) 3D Anisotropic Свойства меняются по произвольным направлениям(21 константа

упругости)

Композитные материалы Помимо однородных материалов, Вы можете определить композитные

материалы, основанные на наслоении однородных материалов одним из нескольких методов. Это наиболее сложный вид материалов; в MSC.Patran имеется несколько

подформ и свойств материалов, предназначенных специально для композитных материалов. Теория композитных материалов MSC.Patranдетально описана в MSC.Patran Reference Manual, Volume 3, Part 5: Functional Assignments.

Чтобы определить композитный материал, надо определить слои однородных

материалов, толщину каждого слоя и угол между слоем и стандартной координатной осью, используемой в модели. Ориентация особенно важна для orthotropic и anisotropic материалов, чьи свойства меняются по разным направлениям.

Следующая таблица описывает 4 метода создания композитных материалов.

• Методы Создания Композитных Материалов Метод Варианты Алгоритм Назначение Laminate Различные правила

укладки слоев (stacking sequence convention) для структурного анализа

Классическая Теория многослойных материалов

Многослойные поверхности и объемы.

Rule of Mixtures нет Осреднение характеристик материала пропорционально объемным долям составляющих его фаз (Volume-weighted averaging)

3-х мерные композиционные материалы состоящие из нескольких фаз с произвольной ориентацией и произвольной долей объема

Halpin-Tsai 1. Волокно бесконечной длины (continuous fiber) 2. Волокно конечной длины (Discontinuous fiber ) 3. Лента бесконечной длины (Continuous ribbon)4. Лента конечной длины (Discont. ribbon) 5. Сыпучий заполнитель (Particulate)

Уравнения Халпина-Тсаи (Halpin-Tsai )

2-х фазные композиционные материалы

Short Fiber 1. 1D композиты (Волокна ориентированы в соответствии с одномерным нормальным распределением или Гаусовой кривой) 2. 2D композиты (Волокна ориентированы в соответствии с 2-х мерным нормальным распределением или Гаусовой поверхностью)

Интегрирование по методу Monte-Carlo с использованием Осреднения характеристик материала пропорционально объемным долям составляющих его фаз

Композиты с короткими волокнами, распределение ориентиентации которых описывается Гаусовой кривой или поверхностью

Природа Материалов

В структурном анализе природа материала описывает харктер зависимости напряжений от деформаций материала. Далее представлены несколько примеров природы материала:

1. Linear elastic: материал деформируется пропорционально приложенной силе и возвращается в исходное состояние при снятии нагрузки. В простейшем случае материал определяется двумя константами • Модулем Юнга (E)- отношение напряжения к деформации.

• Коэффициентом Пуассона — связывает деформации по ортогональным направлениям.

2. Elastoplastic: свойства упругости сохраняются до определенного уровня напряжений, затем наступает состояние пластичности (следствием которого являются постоянные деформации). Для описания такого поведения одного модуля недостаточно и часто при задании такого материала используют координаты точек на зависимости напряжений от деформаций.

Для одного материала можно определять много несколько природ (упругая, пластическая и материал с ползучестью). Например, материал может иметь упругое и неупругое представления одновременно.

До начала анализа можно определить природу как Active или Inactive. Также

можно использовать несколько природ одновременно. При анализе MSC.Patran использует Active модели. Например, чтобы использовать только elastic природу, определите все другие природы как Inactive.

Определение Свойств Материалов

Выбрав подходящую модель материала, Вы определяете сам материал, указывая соответствующие свойства. Для ручного ввода значений свойств материала используется приложение Material Properties. Поля Свойств Материалов

Fields(поля) — это средство MSC.Patran, позволяющее описывать зависимость одной величины от другой. Поля используются для многих целей, в частности, для определения переменных свойств материалов.

С помощью полей можно определить свойство материала как функцию

температуры, деформаций, времени или частоты. Поле свойства материла можно задать таблицей данных в меню Fields. Примером может служить модуль упругости зависящий от температуры.

Можно задавать поля свойста материала, определяющие зависимость любого

свойства от комбинации температуры, деформации и скорости деформации. Созданный материал остается в базе данных. Если его специально удалить, то останется архивная запись. Для отображения зависимостей свойства от температуры, деформаций как в табличном, так и в графическом виде, испоьзуется действие Show приложения Materials. Также можно выводить матрицу жесткости.

6.3 Создание Моделей Свойств Материалов Модель материала — это группа свойств, описывающих, из чего эта модель

сделана (например, из стали или из композитного материала), и параметры материала (жесткость, плотность и т.д.). После того как материал определен, его надо наложить на область модели с помощью Element Properties.

Материалы для модели анализа определяются в приложении Materials.

MSC.Patran предоставляет возможности по созданию и изменению большого числа моделей материалов. Большинство материальных свойств определяются в подформе Input Options. Ее вид и значения, которые Вы в ней определяете, зависят от таких факторов, как программа анализа и тип используемых решателем уравнений. .

Чтобы открыть приложение Mаterials • Нажмите кнопку Materials в главной

форме MSC.Patran. Приложение Materials появляется на экране.

Установите Action, Object и Method в

меню наверху формы. Нижняя часть формы зависит от установленных значений для action, object и method.

Actions

Меню Actions создает, модифицирует, показывает и удаляет модели материалов. Следующая таблица описывает меню Actions приложения Materials. Actions Описание Меню Actions Create Ввод зависящих от программы анализа данных по свойствам

материала и приложение их к выбранным FEM или геометрическим примитивам.

Modify Редактирует существующие данные по свойствам материалов.Delete Удаляет набор материальных свойств из базы данных. Show Отображает таблицы по свойствам материалов .

Objects

Оbjects — это типы возможных моделей материалов.

Objects

Описание Меню Object Isotropic Для материалов, чьи свойства постоянны по всем направлениям 2D Orthotropic Для материалов, чьи свойства меняются по ортогональным

направлениям. 3D Orthotropic Для материалов, чьи свойства меняются по ортогональным

направлениям. 2D Anisotropic Для материалов, чьи свойства меняются произвольно. 3D Anisotropic Для материалов, чьи свойства меняются произвольно. Composite Многослойные материалы. Свойства могут как меняться по

направлениям, так и оставаться постоянными.

Methods Меню Method определяет метод создания модели материала. Создавать

модель можно двумя методами: 1) Manual Input в подформе Input Options. Существующий материал может

использоваться как база для создания нового. 2) Externally Defined. Этот метод позволяет использовать в MSС.Patran данные о

свойствах материалов, полученные из внешних файлов. Следующая таблица кратко описывает возможные методы..

Methods Описание Меню Method Manual Input Форма Input Options используется для ввода данных по свойствам

материалов, меняющихся в зависимости от кода анализа, типа решателя и вида конституционной модели.

Externally Defined

Материал определяется во внешнем файле. Не требуется использование формы Input Options.

Примеры Использования Приложения Materials Далее представлен пример ручного ввода свойств isotropic-материала.

Пример Формы Manual Input

Existing Materials. Выберите материал для перенесения его в поле Material Name

Description. Здесь показывается пользовательская информация по выбранному материалу(1-256 символов). По умолчанию выводится время и дата создания.

Material Name. Материал должен иметь уникальное имя (1-31 символов), которому автоматически дается ID номер.

Preference and Type. Для проверки показываются Analysis Preferences и Type.

Input Properties.Подформа для ввода значений свойств материала.

Change Material Status. Подформа, активирующая и деактивирующая природы

В форме примера выбраны опции Create/Isotropic/Manual Input. В качестве программы анализа выбран MSC/Nstran, а в качестве типа анализа — Structural. В этом меню нет кнопки Apply. После нажатия на Input Properties в форме приложения Materials на экране появляется отдельная подформа Input Options. Кнопка Apply имеется в каждой форме Input Properties, кроме случаев, когда для создания материала используется метод Externally Defined, или когда создается композитный материал.

Пример Подформы Input Options После выбора Manual Input в меню Method приложения Materials Вы должны

открыть и заполнить форму Input Options. Большинство форм Input Options похожи на представленную ниже. Нужно выбрать природу материала (Constitutive Model) и задать значения остальных параметров. Если Вы можете использовать поля свойств материалов, то в форме дополнительно появляется их список. . Materials

Constitutive Model. Выбор природы материала. Один материал может иметь несколько природ.

Material Property Values. Значения, необходимые для определения материала. Это только пример; вид формы зависит от кода и типа анализа.

Current Constitutive Models. Отображаются существующие природы материала и их статус(active или inactive).После заполнения формы и нажатия Apply созданный набор появляется здесь

Для определения более чем одной природы материала заполняйте форму

несколько раз, каждый раз нажимая на Apply.

Пример Формы Constitutive Model Status

Один материал может иметь несколько природ (Constitutive Model), например, упругую и неупругую представления. Какая природа материала будет использоваться при анализе, определяется с помощью формы Constitutive Model Status.

В зависимости от текущего статуса существующие природы материала появляются либо в окне Active, либо в Inactive. Выбор модели в любом из окон автоматически перемещает ее в другое окно.

6.4 Проверка Модели Материала Импортировали ли Вы свойства материалов или вводили их вручную — в

любом случае перед продолжением работы можно проверить окончательную модель материала. Возможности MSC.Patran позволяют просмотреть свойства материалов и матрицу жесткости.

Чтобы проверить модель материала • Используйте действие Show приложения

Materials для отображения свойств материала.

• Установив меню Method на Tabular,

выберите одну из моделей из окна Existing Materials. По умолчанию форма Input Options содержит текущие свойства материалов.

• Выберите либо Show Material Stiffness либо Show Material Compliance для отображения либо матрицы жесткости либо матрицы податливости.

Глава

Моделирование Сил и Нагрузок

• Обзор Сил и Нагрузок • Основные Понятия и Определения • Приложение Сил и Граничных Условий • Load Cases • Использование Полей • Проверка LBC Модели • Пример Кружки Кофе

7.1 Обзор Сил и Нагрузок Большинство задач анализа заключаются в определении отклика модели на

некоторое воздействие — силу, давление или, например, магнитное поле. Эти воздействия называются нагрузками. Также большинство моделей подчиняются некоторым условиям, ограничивающим их поведение. Например, один конец стержня прикреплен к стене. Такие ограничения называются граничными условиями. В этой главе совокупность нагрузок и граничных условий называется LBC.

Модель с точечной нагрузкой и граничными условиями перемещений

В этих понятиях много общего. Оба прикладываются к части модели, и иногда они взаимозаменяют друг друга. Например, фиксированное нулевое перемещение в структурной модели является граничным условием, а приложенное ненулевое перемещение также является и нагрузкой. Поэтому в MSC.Patran множество общих операций используется для задания как нагрузок, так и граничных условий.

Нагрузки и граничные условия, доступные в MSC.Patran, зависят от

используемой программы анализа. Их можно прикладывать и к геометрии, и к конечноэлеметной модели. Важно то, что эти понятия независимы от конечноэлементной модели. Одна модель анализа может содержать много вариантов нагрузок и граничных условий или серию нагрузок, реализующихся в разное время Гибкость такого подхода позволяет моделировать поведение одной конечноэлементной модели при разных воздействиях.

Приложения Fields и Load Cases

FE Model Analysis Results

Geometry

LBCs

Fields Load Cases

Приложения Fields и Load Cases используются вместе с приложением Loads and Boundary Conditions. Следующая иллюстрация демонстрирует взаимодействие этих трех приложений.

Взаимодействие трех приложений связанных с приложением нагрузок и

граничных условий

Помимо нагрузок и граничных условий, остающихся постоянными некоторый период времени на некоторой области модели, можно также определить меняющиеся нагрузки и граничные условия. LBC, меняющиеся во времени или в пространстве, задаются с помощью приложения Fields. Это приложение будет детально описано в этой главе.

В MSC.Patran различные наборы нагрузок и граничных условий образуют так

называемые load cases. Мы их обсудим чуть позже.

7.2 Основные Понятия и Определения Вэтом разделе приводится важная информация касающаяся приложения

Нагрузок и граничных условий (LBC — Loads and Boundary Conditions). Типы Анализа и LBC.

Нагрузки и граничные условия рассматриваются как один тип данных, который прикладывается к геометрии или к конечноэлементной модели. Как уже упоминалось, данные по нагрузкам и граничным условиям сильно зависят от характеристик проводимого анализа. Analysis Preferences, задаваемый во время создания базы данных или позже через меню Preferences/Analysis, определяет, какие опции доступны в приложении Loads/BC.

Поэтому вид данных по граничным условиям и нагрузкам может отличаться от

представленного в примере. Тем не менее, несколько основных видов LBC являются общими для большинства распространенных программ конечноэлементного анализа. Следующий пункт описывает некоторые из них.

Помимо трех основных видов анализа, описанных ниже, существует еще множество других: acoustic, electromagnetic, frequency response и т.д. Каждый из них имеет свои нагрузки и граничные условия, зависящие от возможностей программы анализа, используемой вместе с MSC.Patran. Действительные нагрузки и граничные

условия сильно зависят от поведения модели, которое Вы хотите смоделировать, и от инженерных допущений которые Вы сделаете при создании модели.

Structural LBC

Проводя структурный анализ, Вы обычно хотите определить или отклик модели на физическое нагружение, или частотный отклик. Нагрузки и граничные условия, с которыми Вы можете оперировать — это сила, давление, скорость, инерциальные нагрузки, перемещения, температура и контакт.

Thermal LBC

При проведении термального анализа, когда нужно определить отклик модели и материалов на температурные условия, граничными условиями и нагрузками являются источники тепла, потоки тепла, конвекция и излучение. Важно отметить, что значения температуры, часто являющиеся выходными данными анализа, могут сами выступать в роли нагрузок в других типах анализа, например, структурном. Возможность использовать выходные данные в качестве нагрузок реализуется в MSC.Patran с помощью FEM полей. О них речь пойдет чуть дальше.

Fluid Dynamics LBC

FГидродинамический анализ моделирует поток жидкости с такими входными данными, как поля скоростей, давлений и температур. Load Cases

Load Cases — это совокупность нагрузок и граничных условий, используемых при проведении одного анализа. Например, один Load Case может представлять нагрузки и граничные условия в каждый момент времени во временном анализе, или картину нагружения в задачах статики. Load Cases являются основным инструментом выполнения полного анализа одной модели. Также их можно использовать для определения реакции модели при различных вариантах нагружения.

По умолчанию определен один load case, состоящий из всех имеющихся

нагрузок и граничных условий. Для обычных задач статического структурного или термального анализов этого вполне достаточно. Но для проведения более сложного анализа нужно определять отдельные load cases. Использование полей

Одной из самых изящных возможностей MSC.Patran является использование полей, описывающих переменные величины, например, нагрузки и граничные условия, свойства материалов или свойства элементов.

Если Вы определили набор полей, то их легко можно использовать в

подформе Input Data приложения Loads and Boundary Conditions, не вводя константы. Более того, MSC.Patran предоставляет перечень полей, доступных нажатием на соответствующее окошко. Далее приводится описание четырех основных типов полей: • Spatial Fields. Этот наиболее общий тип полей описывает величины, которые меняются в пространстве. Например, линейно меняющийся источник тепла, квадратичное распределение давления на границе или дискретный набор свойств материала. Такие поля определяются пространственными уравнениями или табличным методом. • FEM Fields. Эти поля основаны на результатах предыдущего анализа. Хорошим примером является использование результатов термального анализа в качестве нагрузок для проведения структурного анализа той же модели. Для задания FEM

поля Вы выводите графики результатов, а затем помещаете их значения в поле. • Time-dependent Fields. Для программ анализа, которые позволяют решать динамические задачи, приложение Loads and Boundary Conditions через определенные промежутки времени обновляет значения нагрузок, меняющихся со временем и частотой. Соответствующие зависимости описываются либо уравнениями, либо таблицами значений, помещающимися в load case, как уже было описано ранее • Material-dependent Fields. Поля свойств материалов могут быть заданы на основе таких зависимых переменных как температура или частота. Эта возможность более полно описана в Главе 8.

7.3 Наложение Нагрузок и Граничных Условий В MSC.Patran информация, связанная с LBC, хранится в наборах нагрузок и

граничных условий. Для каждого варианта LBC нужно определять имя, тип анализа (Structural, Thermal или Fluid Dynamics) и один объект нагрузок или граничных условий (например, давление, перемещения или тепло). LBC наборы бывают либо статические, либо динамические. Их можно прикладывать к геометрическим и FEM примитивам, что определяется в подформе Select Application Region.

Приложения Load Cases и Fields являются вспомогательными к приложению

LBC. Приложение Load Cases обеспечивает возможность объединения отдельных наборов нагрузок и граничных условий в группы. Если Вы не определяете что-то дополнительно, то все LBC наборы автоматически добавляются в load сase с именем “Default“. Для создания нагрузок и граничных условий, меняющихся во времени и в пространстве, необходимо использовать приложение Fields. Сначала Вы описываете соответствующее поле, а затем ссылаетесь на него при создании LBC. Приложение LBCs.

В приложении LBCs задаются нагрузки и граничные условия для модели. С помощью этого приложения можно создавать, изменять, удалять и показывать данные по нагрузкам и граничным условиям.

Чтобы открыть приложение LBCs • Нажмите на Loads/BCs в главной форме

MSC.Patran. Появится приложение Loads/Boundary Conditions.

• Установите комбинацию action, object и type. Вид остальной части формы зависит от выбранной комбинации.

Actions

Следующая таблица коротко описывает возможности меню Action приложения

LBCs. Меню Actions Описание Меню Action Create Создает новый набор, используя опции структурного, термального и

гидродинамического типов анализа. Modify Изменяет свойства и характеристики набора. Delete Удаляет выбранные наборы из базы данных. Show Tabular Отображает данные по наборам в табличном виде. Plot Contours Отображает данные набора на модели в виде заливки. Plot Markers В этой форме можно установить Marker display на ON или OFF для

каждого LBC набора. При создании нагрузок и граничных условий они автоматически отображаются маркерами. Маркерами могут быть стрелки, кружки, квадраты и т.д.

Objects

Следующая таблица перечисляет LBC объекты, доступные каждому типу анализа. LBC объекты меняются в зависимости от выбранного кода анализа. Представленная таблица соответствует коду MSC.Nastran. LBC Objects в MSC.Nastran (Set Types) Тип анализа LBC Object (Set Type) Structural Заданное преремещение (Displacement), Сила (Force),

Давление (Pressure), Температура (Temperature), Инерционная нагрузка (Inertial Load), Начальное перемещение (Initial Displacement), Начальная скорость (Initial Velocity), Скорость(Velocity), Ускорение (Acceleration), и др.

Thermal Температура (Temperature), Конвекция (Convection), Тепловой поток (Heat Flux), Источник тепла (Heat Source), Начальная температура (Initial Temperature), Объемный нагрев (Volumetric Heat), Давление (Pressure), Расход (Mass Flow), и др.

Fluid Dynamics (CFD) Нагрузки для анализа несжимаемого потока: Источник (Inflow (Incomp)), Отток (Outflow (Incomp)), Граница потока Solid Wall (Incomp), Нагрузки для анализа сжимаемого потока: Источник (Inflow (Comp)), Отток (Outflow (Comp)), Открытый поток (неограниченный) (Open Flow (Comp)), Граница потока (Solid Wall (Comp)), а также Объемный нагрев (Volumetric Heat), Энтальпия (Total Heat Load), Симметрия (Symmetry).

Types

Меню Type определяет, с чем ассоциируются созданные нагрузки: с элементами или с узлами. Следующая таблица описывает это меню. Table 1: Меню LBC Type для MSC.Nastran Описание Меню Type Nodal Нагрузки и граничные условия будут в конечном итоге привязаны

к узлам конечноэлементной модели. Например, если Вы определяете граничное условие на перемещение области

геометрической модели, то MSC.Patran создаст граничные условия для каждого узла этой области.

Element Uniform Нагрузки и граничные условия привязываются к элементу КЭ модели. LBC не меняются вдоль элемента.

Element Variable Нагрузки и граничные условия привязываются к элементу КЭ модели. LBC меняются вдоль каждого элемента.

Примеры Форм LBCs Следующая форма накладывает граничные условия на перемещения.

Граничному условию присваивается имя Disp1.

Пример Формы Loads/BCs Input

После установки комбинации action/object/type нужно заполнить несколько дополнительных полей, как показано ниже.

Current Load Case. Набор по умолчанию Default. Нажмите для выбора другого Load case-а в появившейся форме. Динамические (Time-dependent) наборы могут содержаться только в динамических же load case-ах.

New Set Name. Каждому новому набору требуется имя(макимум 31 символ, без пробелов).

Input Data. Форма задания соответствующих переменных для выбранного набора.

Select Application Region.Форма определения примитивов, к которым прикладывается набор. Испоьзуются стандартные методы выборки.

Existing Sets. Здесь перечислены имена всех существующих наборов. Чтобы выбрать одни из них, нужно нажать на него. Load Case.

Пример Подформ Input Data и Select Application Region

Нажатие на кнопку Input Data в форме приложения открывает показанную ниже подформу Input Data. Она используется для задания перемещений как граничных условий. Затем, нажатием на кнопку Select Application Region, вызывается подформа Select Application Region. Она используется для определения области модели, к которой Вы хотите приложить граничные условия. .

LBCs Все LBC данные умножаются на заданное здесь значение. По умолчанию оно равно 1.0

Данные, определяющие значения LBC по поступательным и вращательным степеням свободы.

Укажите геометрические области курсором или вводом ID номеров.

7.4 Задание случаев нагружения (Load Cases) Приложение Load Cases позволяет объединять отдельные наборы нагрузок и

граничных условий в группы. Каждый load case имеет имя, определяемое пользователем. Информация о load case всегда содержится в базе данных (если только load case не удален из нее). Вы можете в любое время модифицировать его.

Даже если Вы сами не создаете load case, Ваши LBC будут помещаться в load case с именем Default, объявленный по умолчанию. Если Вы создаете свой load case и объявляете его текущим, то все вновь создаваемые LBC будут помещаться в него, до тех пор пока он являетеся текущим. Load cases, в которых нагрузки и граничные условия не зависят от времени, называются static load cases, а те, в которых имеется временная зависимость, называются time-dependent или dynamic load cases. .

Чтобы открыть приложение Load Cases • Нажмите на Load Cases в главном меню

MSC.Patran. Приложение Load Cases появится на экране.

• Установите Action на верху формы.

Заметим, что в этом приложении доступно только меню Action. Остальная часть формы зависит от выбранного в меню Action.

Actions

Вы можете выбрать следующие действия в форме Load Cases: Create, Modify, Delete, Show и Assign/Prioritize. Меню Action Приложения Load Cases Описание Меню Action Create Создает новые load cases. Modify Модифицирует существующие load cases, изменяя имя, тип, описание

и включенные наборы LBC. Также можно сменить текущий load case. Delete Удаляет load case из базы данных. При жедании можно также удалить

связанные с ним наборы LBC. Show Выводит информацию по всем load cases базы данных. Для каждого из

них показывает имя, тип, описание и перечень содержащихся LBC наборов.

Assign/ Prioritize Load/ BCs

Приписывает отдельный LBC набор к варианту load case. Разрешает возможные противоречия между типами наборов LBC внутри одного load case. Позволяет задавать масштабный множитель как для всего Load Case-а, так и для каждого LBC набора в рассматриваемом load case-е.

Пример Формы Load Cases

Следующая форма показывает действие Create, создающее новый вариант load case. Каждому новому load case дается имя, тип(static или time-dependent) и описание. В него можно вложить наборы нагрузок и граничных условий. Также load case можно объявить текущим. Все вновь создаваемые LBC наборы помещаются в

текущий load case.

Filter. Фильтрует содержимое поля Existing Load Cases, ограничивая возможные имена load case-ов.

Existing Load Cases. Все load case-ы появляются в этом поле. Выбрав один, Вы можете модифицировать его.

Load Case Name. Здесь показывается имя создаваемого load case-а.

Make Current. Галочка означает, что создаваемый load case будет текущим.

Load Case Type. Типа load case-а (static или time-dependent).

Description. Описание load case-а (до 256 знаков). Полезно заполнять данное поле для облегчения работы с моделью в дальнейшем.

Assign/Prioritize Load/BCs. Выбор LBC наборов для создаваемого Load Case-а. Изменяет приоритет по умолчанию. Приоритетом по умолчанию является сложение (т.е. если в разных LBC наборах заданы граничные условия одного типа для одного и того же объекта,то по умолчанию значения из этих LBC наборов будут складываться). Здесь же устанавливается масштабный множитель.

7.5 Использование Полей В некоторых случаях свойства материалов, элементов, нагрузки и граничные

условия не являются постоянными величинами, а меняются как функции пространства, времени, температуры и т.д. В таких ситуациях используются поля. В качестве примеров можно привести: оболочечный элемент, чья толщина меняется в пространстве, давление, меняющееся со временем, свойство материала, которое зависит от температуры или напряжения.

Поля — это очень гибкий инструмент. Их можно создавать табличными

данными, математическими выражениями, записанными в PCL или скалярно-векторными результатами, полученными из конечных элементов. Приложение Fields позволяет создавать и модифицировать поля. Если необходимое поле создано, то для его использования нужно только выбрать его в соответствующем поле. Чтобы открыть приложение Fields

• Нажмите на Fields в главной форме MSC.Patran. Приложение Fields появится на экране.

• Установите Action, Object и Method. Вид остальной части формы зависит от установленного в верхних меню.

Actions

Следующая таблица коротко описывает меню Action приложения Fields.. Меню Action Описание Меню Action Create Создает новое поле, которое может быть пространственным (Spatial),

описывать свойства материала (Material Property) или не пространственным (временным, частотным, и пр.) (Non-Spatial). Новое поле может основываться на уже существующем. Большинство полей задаются таблично или PCL функциями.

Show Показывает все поля в табличном виде. Modify Изменяет содержимое существующих полей. Delete Удаляет выбранные поля.

Objects

Следующая таблица коротко описывает три типа полей, которые можно установить в меню Оbject приложения Fields. . Fields Objects Тип Поля Описание Spatial Spatial поля определяют в приложении LBCs давления и температуры,

зависящие от точки пространства. Также ими можно определять свойства элементов, например, толщину, перемещения и другие нагрузки. Spatial поля могут быть скалярными или векторными. Областью их приложения может выступать действительное или параметрическое пространства, которые бывают одно-, дву- и трехмерным. Можно прикладывать множество spatial полей одновременно.

Non-Spatial Non-Spatial поля задают нагрузки и граничные условия, зависящие от времени или частоты, и зависящие от частоты свойства материалов.

Material Property

Эти поля используются в форме Input Options приложения Materials. Они могут быть одно, дву- и трехмерными, использующими в качестве независимых переменных температуру, напряжения, время и частоту (вместе или по отдельности).

Methods

Следующая таблица коротко описывает методы ввода данных, которые можно выбрать в меню Method приложения Fields. Меню Method Тип Поля Описание

PCL Function Использеут PCL выражения для определения значений поля. Tabular Input Использеут табличные данные для определения значений поля. General Field General Field можно использовать для создания поля любого типа из

меню Object. Поле описывается математической PCL функцией. FEM FEM поля связываются с конечноэлементной моделью. Используя

этот метод, можно результаты одного анализа прикладывать как нагрузки и граничные условия к текущей модели.

Пример Формы Fields

Форма Create/Spatial/PCL Function создает скалярные или векторные spatial поля в реальном или параметрическом пространстве, используя PCL функции. После нажатия на Apply в окошке Existing Fields должно появится имя нового поля.

Existing Fields. Здесь выписываются уже определенные поля. Их можно использовать для создания новых в действии Create или модификации в действии Modify. Имя выбранного поля появится в строке Field Name.

Field Name. Здесь можно изменить существующее имя поля или ввести новое.

Field Type. Выберите Scalar или Vector. От этого зависит вид нижней части формы.

Coordinate System Type. Выберите Real, если поле описано в X,Y,Z пространстве, Parametric, если в C1,C2,C3 пространстве.

Scalar Function. Введите PCL команду, описывающую поле, или имя внешнего файла, содержащего PCL функцию.

7.6 Проверка LBC Модели Ошибки в нагрузках и граничных условиях являются одними из самых тонких и

серьезных ошибок. Например,отображение одного набора нагрузок может выглядеть так же, как отборажение другого, только отличающегося по значениям в 10 раз. Это сильно влияет на результаты анализа. А граничные условия, приложенные к выборочному числу конечных элементов, не отличаются от приложенных к целой области геометрической модели. Все это усложняет проверку нагрузок и граничных условий до анализа.

Есть два основных метода проверки нагрузок и граничных условий,

приложенных к модели: • Визуальная проверка с помощью графического отображения, определяющая

расположение нагрузок и граничных условий на модели. • Численная проверка, когда Вы проверяете LBC по табличным значениям.

Как уже говорилось, приложение LBCs предоставляет две основных возможности графического отображения данных LBC: Plot Markers и Plot Contours. Первый из них, Plot Markers, автоматически реализуется для большинства случаев моделирования нагрузок и граничных условий.

Если Вы создаете или изменяете данные LBC, то по умолчанию они

отображаются маркерами. Эти символы имеют разные цвет и форму, чтобы соответствовать специфике Ваших нагрузок и граничных условий. Вот некоторые примеры.

Перемещение

Поворот

Перемещение и поворот

Темпиратура

Сила

788.0

100.0

Примеры Plot Markers для LBCs Эти символы будут постоянно присутствовать на экране, если только их не

отключить. Для управления маркерами, выключения и включения, изменения их цвета существует меню Display/Loads/BCs/Elem.Props.

Entity Color/Label/Render… Plot/Erase… Highlight… Geometry… Finite Elements… Load/BC/El. Props… Named Attributes… Coordinate Frames.. . Titles… Spectrums… Ranges… Color Palette…Shading… Light Sources…

Display

Figure71 Меню Display для Loads/BCs/El.Props

Вы можете активизировать переключатель Show on FEM Only, чтобы отображать LBCs данные прямо на конечных элементах, даже если изначально они были приложены к геометрическим примитивам. Это также является дополнительным видом проверки, так как символы, отображенные на геометрии, показваются только вдоль линий визуализации, которые определяются в меню Display/Geometry.

Если переключатель Show on FEM Only включен, то маркеры отобажаются на каждом узле и элементе конечноэлементной модели. Поэтому становится понятным, как программа анализа воспринимает приложенные нагрузки и граничные условия.

Для скалярных значений можно использовать метод Plot Contours,

производящий цветную раскраску данных по нагрузкам, приложенным к поверхности

модели. Эти скалярные значения могут быть собственно скалярными величинами, такими как температура, или скалярными компонентами векторных величин, например Х- компонента приложенной силы.

Пример отображения нагрузки заливкой

Распределение цветов установлено по умолчанию, но оно может быть изменено в меню Display/Spectrums. Если Вы больше не хотите осуществлять цветную раскраску, то нажмите на кнопку Reset Graphicsв форме меню Plot Contours.

Для численной проверки LBCs значений можно использовать действие Show Tabular приложения LBCs. Тогда появится нижеследующая таблица данных по текущему варианту load case.

Численное отображение LBCs данных действием Show Tabular

Все возможности отображения и проверки прикладываются к текущему

варианту load case. Чтобы просмотреть результаты с другим вариантом load case, сделайте его текущим в приложении LBCs или Load Case.

Но более эффективным методом проверки является внимательная оценка

результатов анализа и сравнение их с тем, что Вы ожидали получить на самом деле. Если результаты анализа сильно отличаются от ожидаемых, то первым делом нужно проверить значения нагрузок и граничных условий.

7.7 Пример Кружки Кофе Помимо создания новой геометрии и импорта CAD модели можно

использоваь MSC.Patran для преобразования модели анализа. Для этого Вы импортируете существующую FEM модель из подходящего источника, такого как база данных MSC.Patran или входной файл MSC.Nastran.

Преобразование модели анализа может существенно повысить возможности

визуализации входного файла и проверки точности матемтической модели. При необходимости можно легко изменить параметры модели, такие как свойства материалов и элементов, а так же нагрузки и граничные условия. Все эти изменения могут быть проведены с помощью графического интерфейса MSC.Patran.

Описание Задачи В этом примере мы попытаемся заново проанализировать кружку кофе,

предположив, что она теперь наполнена ртутью. Мы используем масштабный множитель 13.51, чтобы учесть разницу в плотности. Поскольку гравитация и размеры кружки не меняются, то самым быстрым методом перезадания нагрузки является увеличение масштабного множителя давления, действующего на кружку.

Процедура Анализа

Установка Проекта Анализа

Создание Новой Базы Данных 1) В главно меню MSC.Patran

выберите File >> New. Появится форма New Database.

2) Введите имя cup в строке Filename.

3) Нажмите OK. Появтся фома New Model Preference. Эта форма позволяет определять параметры анализа модели.

4) Установка Параметров Анализа

5) Установите Tolerance на Default. 6) Выберите MSC.Nastran в меню

Analysis Code. 7) Выберите Structural в меню

Analysis Type и нажмите OK.

Geometry

Finite Elements

Material Propertie

Element Properties

Решатель Обработка результатов

Loads and Boundary Conditions

Задание модели

• Импортирование Геометрии

Импортирование Модели Анализа1) В главном меню MSC.Patran выберите

File >> Import. 2) Появится форма Import. 3) В форме Import установите Source >>

MSC.Nastran Input. 4) Введите имя cup в строке Filename и

нажмите Apply. 5) Нажмите на Fit view а затем на Iso3

View.

Geometry

Finite Elements

Material Propertie

Element Properties

Решатель Обработка результатов

Loads and Boundary Conditions

Задание модели

Модель кружки

Отображение Нагрузок и Граничных Условий(LBC)

Отображение Граничных Условий, Приложенных к Кружке.

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Loads/BCs.

2) Наверху формы Loads/BCs установите Action >> Plot Marker.

3) В Current Load Case смените Default на Untitled.SC1.

4) В Assigned Load/BC Sets выберите все наборы LBC, у которых имя начинается с Displ и default_group в окне Select Groups.

5) Так Вы выберите все перемещения, приложенные к модели.

6) Нажмите Apply. 7) Выбранные LBC отобразятся на

экране. Отображение Давления,

Приложенного к Кружке 9) Наверху формы Loads/BCs

установите Action >> Plot Contour и Object >> Pressure.

10) Убедитесь, что в Current Load Case установлено Untitled.SC1.

11) Выберите pload4.1.2D В поле Existing Sets и Top Surf Pressure в Select Data Variable.

12) Выберите default_group в поле Select Groups и нажмите Apply.

13) На экране отобразится давление.

Geometry

Finite Elements

Material Propertie

Element Properties

Решатель Обработка результатов

Loads and Boundary Conditions

Задание модели

• Приложение Нового Варианта Давлений к Модели

Увеличение Давления, Приложенного к Кружке

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Loads/BCs.

2) На верху формы Loads/BCs установите Action >> Modify, Object >> Pressure, Type >> Element Variable.

3) В поле Select Sets to Modify выберите LBC набор pload4.1.2D и нажмите на кнопку Modify Data.

4) На верху формы Modify Data установите Load/BC Set Scale Factor на 13.51. Нажмите OK, а затем Apply в фрме Loads/BCs.

5) Масштабный множитель характеризует разницу плотностей ртути и кофе. Приложенное давление задается PCL функцией “rgh”, и поэтому, чтобы задать новую нагрузку, легче всего увеличить масштабный множитель давления, действующего на кружку. При этом учитывается, что гравитация и высота не меняются.

Geometry

Finite Elements

Material Propertie

Element Properties

Решатель Обработка результатов

Loads and Boundary Conditions

Задание модели

• Создание MSC.Nastran Input File

Создание the MSC.Nastran Input (Bulk Data) File1) В главном меню MSC.Patran нажмите на

приложение Analysis. 2) На верху формы Analysis установите

Action >> Analyze, Object >> Entire Model, Method >> Analysis Deck.

3) Нажмите на кнопку Solution Type. 4) В форме Solution Type выберите Linear

Static. Нажмите OK. 5) В форме Subcase выберите Untitled.SC1

из поля Subcase For Solution Sequence. Нажмите на Default в поле Subcase Selected, чтобы стереть load case по умолчанию. Нажмите OK.

6) Нажмите Apply в форме Analysis. 7) Запустите MSC.Nastran с Терминала. Откройте директорию на вашем

компьютере, где находится входной файл для MSC.Nastran.

9) Введите “nastran cup.bdf scr=yes” и нажмите enter.

10) Эта команда запустит файл MSC.Nastran cup.bdf как входной.

11) Анализ займет несколько секунд в зависимости от скорости компьютера.

Создание входного файла

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Возврат Результатов Анализа

Передача Результатов в MSC.Patran для обработки результатов.

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Analysis.

2) На верху формы Analysis установите Action >> Attach XDB, Object >> Result Entities, Method >> Local.

3) Нажмите на кнопку Select Results File.

4) В форме Select File выберите cup.xdb. Нажмите OK.

5) Нажмите Apply в форме Analysis.6) Нажмите Apply в форме Analysis.

Создание входного файла

Запуск анализа

Загрузка результатов анализа

Решатель Обработка результатов

Задание модели

• Постпроцессирование Результатов

Отображение результатов с помощью заливки и деформации модели

1) В главном меню MSC.Patran нажмите на приложение Results.

2) На верху формы Result установите Action >> Create, Object >> Quick Plot.

3) Нажмите на иконку Select Results наверху формы.

4) В поле Select Result Cases выберите SC1:Untitled.SC1, A1 Static Subcase.

5) В поле Select Fringe Result выберите Stress Tensor.

6) в поле Select Deformation Result выберите Displacement, Translational.

7) Нажмите Apply

Создание заливки

Отображение результатов в виде деформации модели

Решатель Обработка результатов

Задание модели

MSC.Patran User’s Guide

Глава

Подготовка Модели к Анализу

• Обзор Приложения Element Properties • Основные Понятия и Определения • Создание Свойств Элементов

8.1 Обзор Приложения Element Properties Приложение Element Properties используется для создания, изменения,

удаления и показа наборов свойств (property set), связанных с типами конечных элементов, а так же для приложения этих наборов свойств к геометрическим или FEM примитивам модели. Перечисляя типы элементов, можно назвать shell, beam, rod и spring. Примерами свойств элемента являются толщина shell элемента, область bar элемента. Материалы также прикладываются к модели как свойства элемента.

Возможности по выбору свойств элементов зависит от типа и кода анализа.

За полной информацией нужно обратиться к документации по коду анализа. Внутри определенного кода анализа комбинациям свойств элемента часто даются отдельные имена. Например, в MSC.Nastran часто используется элемент Standard Homogenous Plate. Этот элемент образуется комбинацией 2D, Shell, standard и homogenous опций, а также топологией Quad4 в приложении Elements Properties.

8.2 Основные Понятия и Определения Этот параграф описывает несколько важных понятий и функций, связанных с

приложением Element Properties. Типы Элементов

Типы элементов помогают определять физические характеристики модели. Следующая таблица перечисляет поддерживаемые типы элементов для структурного анализа в MSC.Nastaran(они зависят от кода и типа анализа). Можно заметить, что 2D плоскость может быть типа shell, bending panel, 2D-solid, membrane, shear panel. Все эти типы элементов могут быть построены с помощью одной топологии(используя quad или tria формы с различными узловыми конфигурациями). MSC.Nastran Structural Element Types

Dimension Type 0D (point) Mass, Grounded Spring, Grounded Damper 1D (line) Beam, Rod, Spring, Damper, Gap, 1D Mass 2D (plane) Shell, Bending Panel, 2D-Solid, Membrane, Shear Panel 3D (volume) Solid

Параметры различных типов элементов являются важным вопросом, и

описание всех их вариаций выходит за пределы данного курса. Они могут различаться по поведению структуры при наложении на нее определенных нагрузок. Например, останутся ли напряжения и деформации внутри плоскости, и какое количество степеней свободы у структуры.

Балочное Моделирование и Библиотека Балок в MSC.Nastran Моделирование структур из балок может быть более сложным, чем создание

оболочек, пластин или тел. Во-первых, необходимо задать продольную, изгибную и крутильную, которые могут быть сложными функциями поперечного сечения балки. Затем нужно определить ориентацию сечения в пространстве. Наконец, если центр сечения имеет отступ от двух узлов, определяющих балку, этот отступ необходимо точно задать. К счастью, MSC.Patran позволяет все это делать.

Для облегчения этой задачи в MSC.Patran имеется библиотека балок, расширяющая свойства основных элементов. Использование библиотеки балок — это самый простой способ задания свойств для стандартных поперечных сечений балок. Комбинации Элементов

Приложение Element Properties позволяет устанавливать всевозможные комбинации в полях Dimension, Type, Options и Topology. Следующая таблица перечисляет большинство возможных комбинаций для двухмерного элнмента в MSC.Nastran. Комбинации 2D элементов в MSC.Nastran Dimension Type Option 1 Option 2 Topology 2D Shell

(оболочка) • Homogeneous (гомогенная) • Laminate

(Многослойная) Equivalent Section (Возможность задавать разные свойства при работе эл-та на изгиб, сдвиг в плоскости эл-та и мембранные усилия)

• Standard,Revised и P-element

Standard,Revised и P-element

Quad и Tria с меняющимися узловыми конфигурациями

Bending

Panel • Standard,Revised и

P-element Quad и Tria с

меняющимися узловыми конфигурациями

2D-Solid • Axisymmetric

(осисимметричный)• Plane Strain

(плоское деформированное состояние)

• Standard, Revised

Quad и Tria с меняющимися узловыми конфигурациями

Membrane • Standard, Revised Quad и Tria с

меняющимися узловыми конфигурациями

Shear Panel Quad и Tria с

меняющимися узловыми конфигурациями

Некоторым комбинациям опций приложения Property назначены собственные

имена. В MSC.Nastran часто используется элемент Standard Homogenous Plate. Он является комбинацией 2D, Shell, standard, homogenous и топологии quad4 в форме

Element Properties. Приложение наборов свойств элементов к модели

Чтобы приложить к модели нобор свойств элемента, необходимо заполнить поле Application Region. В него нужно ввести несколько FEM или геометрических примитивов. Это можно сделать либо введя их имена, либо выбрав их на экране.

Свойства, связанные с геометрией, будут заново приложены к модели при

создании новой КЭ сетки. Если же свойства приложены к FEM примитивам, то их надо будет связывать с новой сеткой снова. Эффект от Изменения Кода и Типа Анализа

Состав набора свойств зависят от типа и кода анализа, установленных в меню Preferences/Analysis или в форме New Model Database. Если их изменить, то изменятся и состав свойств входящих в свойства элементов, причем таким образом, чтобы наиболее соответствовать старым. Все свойства, имеющие аналоги при использовании нового анализа, переносятся автоматически.

Если теперь установить первоначальный код, то совершенно не обязательно

все свойства преобразуются к своему исходному виду. Чтобы решать одну задачу разными кодами, сохраняя изначальные свойства элементов, необходимо скопировать базу данных, а затем уже менять параметры анализа и все остальное. Типы, Имена и Номера Свойств Элементов

Свойство — это информация, требуемая кодом анализа для описания FEM примитива. Это, например, толщина, степень свободы, отступы, направления, массы, имена материалов и т.д. Каждое свойство относится к определенному типу, которых всего девять: Integer (целое), Real (действительное), Scalar (скаляр), Real Sacalar List (список скалярных величин), Vector (вектор), Material Name (имя материала), Character String (строка символов), Node (узел), Coordinate frame (система координат), Nodal Field Name (имя узлового поля) .

Каждый набор свойств имеет имя и номер. Имена могут содержать до 31

символа. Номера присваиваются последовательно. Номера наборов Вы видите только в опции Show/Marker. Поля Свойств Элементов

Поле — это скалярная или векторная функция максимум трех независимых переменных. К имени поля приставляется f:. Поле может быть задано таблицей или PCL выражением. Например, полем задается распределение толщины в оболочке. В приложении Element Properties поля обычно описывают свойства, меняющиеся в пространстве. Просмотр Наборов Свойств Элементов

Действие Show позволяет просматривать свойства элементов, приложенные к модели, с помощью marker plot , scalar plot и tabular plot.

Show/Marker Plot.

Это действие с помощью маркеров и графических символов дает информацию о расположении, значении и направлении свойств элементов. Чтобы удалить их с экрана, отключите General Marker display в меню Display/Functional Assignments или нажмите на иконку Broom.

Show/Scalar Plot.

Это действие поволяет просматривать определенные свойства элементов в виде цветной заливки. Чтобы удалить ее с экрана, откройте меню Display/Entity Types и смените Render Style на Wireframe или нажмите на иконку Broom. Пользователь может по желанию изменять спектр, метод, затемнение и т.д. В качестве данных заливки может выступать любое невекторное свойство элемента.

Show/Tabular Plot.

По-другому можно просмотреть свойства элементов модели в виде таблицы, перечисляющей все элементы с выбранным свойством, расположенные в текущем окне или же во всех окнах.

8.3 Создание Свойств Элементов Важно Свойства элементов определяются в зависимости от кода

анализа. Удостоверьтесь, что в меню Preferences/Analysis установлены правильные код и тип.

В приложении Element Properties Вы определяете тип элемента(beam, shell и

т.д.), свойства элемента, а затем прикладываете все это к геометрическим или FEM примитивам. Тип элемента зависит от размеров модели и от ее предполагаемого поведения. Дополнительные свойства описывают такие параметры как толщина пластины, область балочного элемета, материалы и т.д.

Свойства элементов группируются в наборы. Для каждого набора Вы

определяете имя. Набор связан с кодом анализа, типом анализа и типом элемента (например, MSC.Nastran/Structural/Shell). Меняющиеся свойства описываются полями. Например, с помощью поля можно определить толщину, меняющуюся пространственно(имена полей начинаются с f:). Чтобы открыть приложение Element Properties Нажмите на Properties в главной форме MSC.Patran.

Приложение Element Properties появится на экране.

Установите комбинацию Action, Dimension и Type наверху формы.

Нижняя часть зависит от установленной комбинации.

Actions

Следующая таблица описывает меню Action формы Element Properties.. Описание Меню Action

Create Вводит зависящие от кода анализа данные по свойствам элементов и прикладывает их к выбранным геометрическим или FEM примитивам.

Modify Модифицирует существующие наборы свойств. Delete Удаляет наборы свойств из базы данных. Show Показывает таблицы, перечисляющие геометрические и FEM

примитивы и связанные с ними свойства. Создает скалярные, векторные и маркерные графики выбранных свойств.

Меню Dimension и Type Следующая таблица описывает меню dimension и type для структурного

анализа в MSC.Nastarn.

Dimensions и Element Types (MSC.Nastran Structural)

Dimension Type 0D (Point Elements) Mass, Grounded Spring, Grounded Damper 1D (Line Elements) Beam, Rod, Spring, Damper, Gap, 1D Mass 2D (Plane Elements) Shell, Bending Panel, 2D-Solid, Membrane, Shear Panel 3D (Volume Elements) Solid (Standard, P-element)

Пример Формы Приложения Element Properties Приложение Element Propertiesпозволяет задавать имя набора свойств,

определять область приложения и устанавливать опции, зависящие от кода анализа.

Existing Property Sets. Здесь перечислены имена ранее созданных наборов свойств.

Property Set Name. Если Вы выбрали существующий набор свойств из доступного перечня(или с экрана), то его имя появляется здесь.

Options. Эти опции зависят от кода анализа. За их описанием обращайтесь к документации по коду анализа.свойств.

Input Properties. Открывает подформу Input Properties, зависящую от типа элемента.

Select Members. Введите ID номера примитивов, которые Вы хотите добавить или удалить из поля Application Region. Их можно вводить с клавиатуры или курсором. Это могут быть FEM, ASM или SGM примитивы.

Пример Подформы Input Properties Подформа Input Properties позволяет задавать дополнительную информацию.

Ниже представлен пример подформы Input Properties. Имена свойств, представленные без рамочки, необходимы данному коду анализа. Если Вы не заполните необходимое поле, то получите сообщение об ошибке. Свойства, представленные в рамке, являются необязательными. Вы можете задать их, если нужно, для условий анализа.

Element Props

MSC.Patran User’s Guide

Глава

Проведение Анализа

• Обзор Анализа • Основные Понятия и Определения • Установка Параметров Анализа • Проведение Анализа • Получение Результатов Анализа • Проверка Анализа

9.1 Обзор Анализа Приложение Analysis является переходным звеном между возможностью

препроцессирования и постпроцессирования в MSC.Patran и различными кодами анализа, которые можно использовать для анализа модели и получения результатов. MSC.Software позволяет использовать ряд собственных (patran-а) модулей анализа и кроме того предоставляет интерфейсы для нескольких наиболее распространенных кодов анализа.

Более того, MSC.Patran поддерживает разработку кодов анализа третьих лиц

с помощью соответствующих средств, таких как PCL. Уровень интеграции между приложением Analysis и собственными модулями анализа, интерфейсами других програм анализа и интерфейсами модулей анализа, разработанными пользователями идентичен.

После определения и создания модели анализа, выбора кода анализа можно

начать подготовку к передаче модели на анализ и получению результатов. Эта глава содержит примеры, демонстрирующие необходимые для этого действия. Короткий Обзор Процедуры Анализа

Ниже представлены основные вопросы,которые необходимо решить для запуска любого анализа: • Выбор кода анализа. • Определение желательного типа решения. • Выбор последовательности вариантов load cases. • Выбор выходных данных. • Передача на анализ. • Прочтение файлов результатов обратно в MSC.Patran для обработки результатов.

9.2 Основные Понятия и Определения Этот параграф должен помочь Вам установить параметры анализа и выбрать

правильный путь создания модели анализа. Коды Анализа

Код анализа и програмное обеспечение к нему выбираются в зависимости от целей анализа. Вы можете использовать как коды, разработанные в Вашей компании, так и другие доступные программы.

Следующие коды анализа часто используются вместе с MSC.Patran.

• MSC.Nastran позволяет решать основные задачи анализа и оптимизации для линейного и нелинейного структурных и термального анализов. MSC.Nastran предоставляет широкий выбор типов решений для анализа напряжений, вибраций, динамических, акустических, аэроупругих и тепловых характеристик структур и механических компонентов. • MSC.Advanced FEA позволяет проводить нелинейный анализ. Этот код решает структурные и тепловые задачи с большим количеством нелинейных параметров в моделях со сложными материалами. Этот код используется для решения очень сложных задач. • MSC.Patran FEA позволяет решать основные линейные и нелинейные задачи структурного и теплового анализов.

Далее представлено несколько специализированных MSC кодов. • MSC.Thermal позволяет решать сложные тепловые задачи, включающие теплопроводность, конвекцию, радиацию и адвекцию. • MSC.Dytran решает высоконелинейные динамические задачи с большими структурными искажениями или с взаимодействием жидкости и структур. • MSC.Fatigue — это средство оценки долговечности изделий, обладающее встроенными инструментами, позволяющими проводить оптимизацию

долговечности изделия на ранней стадии разработки. • MSC.Droptest позволяет определять деформации и другие последствия от бросания объекта (например, компьютера или телефона) с определенного расстояния на определенную поверхность. Application Preferences

Application Preferences — это дополнительные интерфейсы к наиболее распространенным кодам анализа. Они преобразуют базу данных MSC.Patran к виду, требуемому кодом анализа.

После проведения анализа Application Preferencе преобразует файл результатов в базу данных результатов MSC.Patran. Этими интерфейсами являются: • MSC.Patran ABAQUS • MSC.Patran ANSYS • MSC.Patran DYNA • MSC.Patran LMS CADA-X • MSC.Patran MARC • MSC.Patran NASTRAN • MSC.Patran SAMCEF

MSC.Patran позволяет интегрировать в систему собственные коды анализа. Можно определять зависящие от кода анализа свойства материалов, свойства элементов, MPC и параметры анализа, необходимые в MSC.Patran.

Также возможен доступ к базе данных MSC.Patran для переноса данных из файлов результатов. За дополнительной информацией обращайтесь к части 9 в MSC.Patran Reference Manual. Типы Решений(Solution Types)

Создавая базу данных модели в начальной стадии препроцессирования, Вы вибирате код и тип анализа, например, MSC.Nastran Structural. В приложении Anal-ysis Вы выбираете тип решения.

Типы решений — это различные модули, являющиеся частью определенных кодов и типов анализа. Например, если Вы выбрали код MSC.Nastran и тип Structural, то можно установить следующие типы решений: MSC.Nastran Structural Solution Types Linear Static Complex Eigenvalue Nonlinear Static Frequency Response Normal Modes Transient Response Buckling Nonlinear Transient

Различные типы решений используются для предполагаемого поведения

модели и часто применяются вместе с определенными нагрузками и граничными условиями. Каждый тип решений использует свой набор уравнений для анализа. Результаты

Важной частью проведения анализа является определение выходных данных кода анализа. Необходимые результаты — это перемещения, напряжения, деформации и т.д. После обработки они отобразятся в виде графиков и отчетов.

Большинство кодов анализа предоставляют возможность указывать, какие результаты должны содержаться в выходных данных. В MSC.Nastran это реализуется в формах Basic и Advanced Output Request. Пример формы Basic будет представлен далее. В ней всегда установлен набор по умолчанию.

9.3 Установка Параметров Анализа Разные коды и типы анализа поддерживают разные группы форм элементов,

узловых конфигураций, свойств материалов, свойств элементов, нагрузок и граничных условий. В начале создания модели выбирается код анализа, и затем MSC.Patran предоставляет только возможности, поддерживаемые этим кодом. Код анализа можно изменить, но при этом нужно будет переопределить некоторые части модели.

После создания конечноэлементной модели используйте приложение Analysis для начала проведения анализа. Чтобы открыть приложение Analysis

Actions

Меню Action зависит от кода анализа. Обычно в нем cодержится Analyze, Read, Results и Read Input. Для запуска своего анализа вы должны выбрать действие Analyze. Objects

Это меню определяет, какую часть модели включить в анализ: Entire Model (вся модель) или Current Group (только текущая группа). Чаще используется Entire Model. Methods

Меню Method определяет какие этапы анализа будут выполнены. Оно содержит Full Run (полный анализ), Check Run (проверка модели), Analysis Deck (подготовка файла исходных данных для анализа), Model Only. Если установлено Full Run, и ввод исходных данных пройдет успешно, тогда решатель начинает проводить анализ.

Пример формы приложения Analysis Для собственных модулей Patran-а действие Analyze отправляет модель

Нажмите на кнопку Analysis в главной форме MSC.Patran Main. Приложение Analysis появится на экране.

Установите Action, Object и Method на верху формы.

Проверьте код и тип анализа. Текущие код и тип анализа

отображаются на верху формы. Ихможно изменить в форме Preferences/Analysis.

прямо на анализ. Для других программ анализа действие Analyze создает входные данные, которые затем передаются на анализ. Ниже представлен пример формы, начинающей анализ в MSC.Nastran. Это форма проведения структурного анализа всей модели с помощью MSC.Nastran.

Available Jobs. Перечень всех доступных коду задач.

Jobname. Задается имя задачи, которое будет даваться всем файлам, связанным с проведением анализа этой задачи.

Job Description. Коментарий для текущей задачи.

Translation Parameters. Отображает форму Translation Parameters, в которой определяется информация по созданию выходных данных для программы анализа.

Solution Type. Отображает форму, в которой выбирается тип решения.

Subcase Select. Форма Subcase Select активирует и деактивирует различные расчетные случаи

Subcase Create. Форма создания отдельных расчетных случаев (subcase) для анализа.

Direct Text Input. Форма, определяющая параметры для ввода в файл исходных данных.

Пример Подформы MSC.Nastran Solution Type

Если нажать на кнопку Solution Type в форме Analysis, то появится следующая подформа. Она используется для определения типа решения анализа. .

9.4 Проведение Анализа Процедура анализа в приложении Analysis зависит от выбранного модуля и

типа анализа. Ниже представлены три сценария проведения анализа с помощью MSC.Nastran. Каждый сценарий иллюстрирует процедуру анализа с различными типами решений и различным выбором расчетных случаев. • В случае проведения линейного статического анализа в MSC.Nastran с одним расчетным случаем можно просто нажать на кнопку Apply приложения Analysis. Соответствующие установки по умолчанию будут сделаны автоматически. Для выбора другого типа решения или реализации нескольких расчетных случаев необходимо воспользоваться другими подформами. • Для реализации нескольких расчетных случаев для линейностатического анализа необходимо открыть форму Subcase Select и выбрать оттуда расчетные случаи, созданные на основе имеющихся случаев нагружения (load case), для включения их в задание на расчет. Чтобы изменить параметры для расчетных случаев, например,

Analysis

выходные данные, нужно открыть форму Subcase Create, выбрать расчетный случай и найти соответствующую форму (например, Output Request). Затем нажать на Apply. • Чтобы выбрать тип решения, отличный от линейной статики, сначала откройте форму Solution Type и выберите то, что Вам нужно. Затем можно воспользоваться формой Solution Parameters, изменяющей параметры, влияющие на весь анализ. Расчетный случай (Subcase) создается автоматически для каждого случая нагружения (Load Case). Их можно выбрать в форме Subcase Select или изменить в форме Subcase Create. Термины load case и subcase взаимозаменяемы. нажмите на Apply.

Чтобы Запустить Анализ в MSC.Nastran • Заполните соотвествующие формы и

подформы приложения Analysis Описано Выше.

• Нажмите на Apply. Анализ начнется.

Управление Анализом

Если Вы используете MSC.Nastran, то в поле history будет появляться информация по текущему состоянию анализа. В случае возникновения каких-либо проблем в поле history появится красное сообщение об ошибке, а на экране выскочит отдельное окно диагностики. После завершения анализа соответствующее сообщение появится в поле history.

9.5 Получение Результатов Анализа После проведения процедуры анализа файл результатов нужно вернуть

обратно в MSC.Patran. Как это сделать зависит от используемой программы

анализа. Чтобы получить результаты анализа • В приложении Analysis установите

комбинацию Action, Object и Method. Остальная часть формы зависит от Вашего выбора.

• Нажмите на Select Results File. Выберите Файл результатов.

Actions

Меню Action зависит от используемого кода анализа. Например, в MSC.Nastran Вы можете установить Read Output2 (читать файл с расширением op2) или Attach XDB (подключить файл с расширением xdb). По умолчанию MSC.Patran ищет файл XDB. Objects

Меню object определяет то, что Вы получаете. в MSC.Nastran Вы можете выбрать results entities (результаты), model data (модель) или и то и другое. Если Вы хотите получить результаты, то нужно установить Results Entities. Methods

Меню method определяет, как Вы получаете результаты. В большинстве случаев оно устанавливается на local.

9.6 Проверка Анализа Различные коды анализа имеют разные методы оценки результатов анализа.

Это описано в документации к коду. Однако есть основные моменты, на которые всегда нужно обращать внимание. • Сообщения об ошибках. Каждый код анализа имеет свои сообщения об ошибках. В MSC.Nastran отслеживанием ошибок занимается модуль Analysis Manager.Он вычисляет коээфициент точности конечноэлементной модели Epsilon, который можно проверить после проведения структурного анализа. Принимаются значения меньшие чем 0.000000001. • Сходимость результатов. Спустя некоторое время, пройдя несколько итерационных шагов, модель анализа должна вернуть соответствующие результаты. Если этого не происходит, то проблема либо в параметрах анализа, либо в самой модели. • Большой градиент в данных результатов. Если значения перемещений или напряжений сильно колеблятся в небольшой области модели, то на ней надо создать лучшую КЭ сетку. • Состоятельность получающихся данных. Если есть возможность, то сравните получившиеся результаты с результатами экспериментов над реальными объектами. • Соответствие предполагаемым результатм. Зачастую Вы предсатвляете себе, какими должны быть результаты, и Вашей целью является определение точных значений параметров, выдерживаемых моделью. Если получившиеся результаты существенно отличаются от предполагаемых, то скорее всего в модели или в установках анализа что- то не так.

Как Решать Проблемы, Связанные с Результатами Анализа Если качество результатов Вас не устраивает, необходимо некоторым

образом изменить Вашу модель. Проблемные области зависят от типа тестируемой модели и используемого кода анализа. За дополнительной информацией обращайтесь к документации по коду анализа. Далее перечислены некоторые основные причины, вызывающие неправильные результаты: • Потерянные элементы . • Жесткий элемент рядом с гибким элементом. • Неправильно смоделированные связи балки с оболочкой (beam/plate), балки с объемным телом (beam/solid), или оболочки с объемным телом (plate/solid). • Неправильно смоделированное смещение сечение балки относительно узлов. • КЭ сетка не дает необходимой точности в ключевых по нагружению областях модели.

MSC.Patran User’s Guide

Глава

Визуализация Численных Результатов

• Обзор приложения Results • Основные Понятия и Определения • Обработка Результатов • Инструменты постпроцессора Insight

10.1 Обзор Результатов Результаты конечных элементов обычно представляются в численном виде,

например, напряжения и деформации в каждой узловой точке модели. Но только по численным значениям трудно понять настоящее поведение модели. Средства визуализации результатов с помощью компьютерной графики и анимации значительно расширили возможности компьютерного анализа, давая четкое представление о поведении модели.

Приложение Results в MSC.Patran реализует двойственный подход к визуализации, известный как “postprocessing“(обработка). • Наиболее общие возможности отображения и анимации соединены в одном удобном меню. Для отображения результатов требуется главным образом просто выбрать отображаемые результаты и способ отображения. • Другие опции меню предоставляют более широкий диапазон возможностей по отображению и выдаче результатов в сочитании с большей гибкостью в областях таких как управление результатами, отображение результатов для частей модели и настройки отображения.

Помимо приложения Results существует также приложение Insight, позволяющее интерактивно просматривать трехмерные и переходные состояния модели. Основным преимуществом MSC.Patran является возможность работы с большими сложными моделями и базами данных результатов, а приложение Insight использует последние 3D технологии для быстрой визуализации многомерных результатов. Приложение Insight использует множество разных средств, позволяющих исследовать поведение области модели и анимировать ее во времени.

Интерактивное представление результатов связывает конечноэлементный

анализ и Ваши инженерные представления. Посмотрев на цветную заливку результатов, деформированные формы, анимацию движения модели и на численные результаты, Вы можете сделать соответствующие выводы по улучшению Вашего продукта. 10.2 Основные Понятия и Определения

Результаты анализа в высшей мере зависят от типа анализа, программы анализа и установленных опций. А MSC.Patran приводит их к удбобному для обработки виду.

Важно отметрить, что результаты анализа не считываются во время обработки. Они считываются и к ним обращаются в приложении Analysis. В случае, если Вы открываете форму обарботки и не видите там никакиз результатов, то либо анализ не закончен, либо MSC.Patran не может определить местоположение файла резульатов.

Типы Результатов Анализа Большинство результатов представляются в одной из трех форм: скалярной,

векторной и тензорной. • Скалярные результаты представляют одну переменную, например, температуру точки. Также они млгут являться компонентой многомерного результата, например, X-компонента вектора перемещений или значение эквивалентного напряжения в точке. Скалярные величины отображаются цветными заливками, в которых цвет соответствует значению результата или используется как переменная в X(Y) графиках значений результатов.

Цветная заливка скалярных результатов

• Векторные результаты — это трехмерные величины, связанные с осями системы координат. Другими словами, это пространственные результаты. Векторными результатами являются, например, перемещения, напряжения или электромагнитные поля. Пространственные векторные результаты, такие как перемещения, могут быть представлены в виде деформаций КЭ модели, причем для наглядности деформации могут быть отображены в сильно увеличенном масштабе, или в виде графика marker plot, отображающего символы (стрелочки), соответствующие векторным величинам, на некоторых точках модели.

График деформированных форм

• Тензор можно рассматривать как “вектор векторов“. В основном такие результаты получаются, когда векторные рузультаты зависят друг от друга. В качестве примера тензора в структурном анализе можно привести касательное напряжение, когда его компоненты связаны с несколькими координатными направлениями сразу. Тензор состоит из девяти значений в каждой точке модели и может быть отображен с помощью marker plot. В приложении Insight тензорное поле можно отобразить силовыми линиями. Также можно выводить действительные тензорные значения. Result Cases

Значения результатов группируются в так называемые result cases, содержащие все данные по одному шагу анализа. Этот шаг может состоять из отдельного варианта статической нагрузки и граничных условий или представлять результаты соответствующие какому-либо моменту времени при интегрировании переходного процесса или вынужденным колебаниям при какой-либо одной частоте возбуждения. Вне зависимости от источника результатов анализа MSC.Patran единообразно отображает эти один или несколько result case-ов в своих меню.

Даже если существует всего один result case, он все равно должен быть

выбран перед отображением результатов. После того как Вы выбрали Result сase, в соседенем поле появится перечень доступных результатов.

Метод отображения должен соответствовать типу отображаемых результатов.

Для скалярного отображения векторных величин, таких как напряжения или перемещения, появится поле, позволяющее выбирать компоненты этих результатов.

MSC.Patran позволяет комбинировать разные наборы результатов. Однако

для начала необходимо понять, как выводить результаты, получаемые напрямую из программы анализа. Графическое Отображение Результатов

Вы можете визуализировать численные результаты тремя способами. • Цветные заливки. Эти графики схожи с топографическими картами. Они используют цвет для изображения скалярных значений на поверхности модели. Каждый цвет представляет свой диапазон значений, а границы между

закрашенными областями выделяются линиями постоянных значений результатов. Обычно “теплые” цвета(красный) представляют более высокие значения, а “холодные” (голубой) — меньшие значения, хотя это можно изменить, о чем речь пойдет далее. • Деформации модели. Эти графики отображают модель в ее деформированной позиции. По умолчанию для лучшей видимости используется масштабный множитель, увеличивающий эти перемещения. Он может являться множителем реальных перемещений, а может масштабировать максимальные перемещения в процентах от размера экрана (в зависимости от выбора пользователя). • Анимация заливки и/или деформаций модели. При выборе опции Animate возникает анимированное представление, варьирующее цвета заливки с нулевого (все белое) до полных цветов и меняющее форму модели с начального до деформированного состояния.

10.3 Обработка Результатов

Чтобы открыть приложение Results Выберите Results в главном меню MSC.Patran. Приложение Results появится на экране.

Установите Action и Object из падающих меню наверху формы. Нижняя часть формы зависит от вашего выбора.

Приложение Results располагает мощным средствами отображения результатов. Эти результаты можно сортировать, масштабировать, комбинировать, фильтровать или удалять.

Приложение Results визуализирует данные разными типами графиков,

позволяющих графически оценить результаты анализа. Есть также возможность одновременного вывода нескольких графиков, что помогает понять зависимость между результатами. Actions

В приложении Results Вы можете выбрать следующие действия: create, modify, post и delete. Actions Описание Меню Action Create Создает новое визуальное отображение результатов. Modify Изменяет существующий график. Post Выводит или удаляет график с экрана. Delete Удаляет графики из базы данных.

Objects

Следующая таблица описывает меню Objects Objects График Описание Quick Plot График заливки и/или деформаций, использующий установки по

умолчанию. Deformation Изображение модели в деформированном состоянии. Fringe Цветная заливка, представляющая значения результатов. Marker Цветные отмасштабированные символы, представляющие вектор

или тензор. Graph XY графики различных величин. Можно отображать результаты от

разных значений, расстояний, глобальных переменных или по произвольным геометрическим линиям (например, по кривой).

Animation Это не график; большинство графиков можно анимировать если с ними связано более одного варианта load case.

Report Это также не график. Но настройки Report результатов хранятся в базе данных так же, как и другие типы графиков. Их можно создавать или изменять, записывая в текстовые файлы или выводя на экран.

Results Вы можете соединять и разделять результаты, создавать фиктивные результаты для тестирования и демонстрации возможных результатов.

Freebody Это freebody диаграмма MSC/Nastrana, доступная исключительно при обработке результатов этой системы анализа, отображающая баланс сил в узлах модели.

Пример вывода Quick Plot Графика

Эти иконки открывают Display Attribute .

Выберите вариант result case. Поля Fringe result и deformation Result будут заполняться. Если они пусты, то в базе данных нет никаких результатов. Результаты импортируются из приложения Analysis.

Выберите тип результата для отображения в виде заливки.

Выберите результаты перемещений, из которых создается график деформаций. Заливка также отобразится на деформированной структуре.

В наиболее общем случае обработки результатов график Quick Plot можжет

быть использован для быстрого отображения результатов на экране. Часто кроме этого простого меню для вывода результатов в MSC.Patran ничего больше и не требуется.

Fringe создает цветную заливку по значениям. Так как заливка соответствует

скалярным величинам, то выбор вектора или тензора повлечет за собой возникновение дополнительных операций, определяющих, какие компоненты отображать.

Deformation создаст график деформированных форм. Значения деформаций

будут умножены на масштабный множитель, основанный на максимальном размере модели, что обеспечит лучшую визуализацию. Масштабный множитель можно устанавливать самому.

Пример Графика Деформаций

Существует много способов наблюдения и интерпретирования результатов анлиза, как численных так и графических. Более того, другие варианты (не Quick Plot) дают гораздо больше контроля над данными, типом изображения и параметрами графика. Они устанавливаются в меню Object. Вот пример формы Create/Deformation

Шаг 1: Установите Action на Сreate, а Object на Deformation.

Шаг 2: Выберите Result Case из данного перечня.

Шаг 3: Из данного перечня выберите результаты, связанные с вариантом Result Case.

Шаг 4: Нажмите Apply. Появится график.

Использование Других Возможностей Отображения Результатов

Предыдущие примеры иллюстрировали только некоторые настройки отображения и выбор результатов. Другие возможности, такие как параметры экрана и свойства графиков, реализуются посредством других иконок на этой форме. Они будут описаны ниже.

Вот что надо сделать для проведения обработки результатов: • Установите Action на Create. • Выберите тип грфика, используя одну из опций, описанных ниже. • Выберите отображаемый результат. • Выберите для каких узлов или элементов отображать результаты (target

entities), укажите настройки отображения (display attributes) и включать или не включать анимацию.

• Нажмите Apply, чтобы отобразить результаты. Кроме Quick Plot, в приложении Results MSC.Patran-а доступны следующее

операции:

• Deformation. Показывает деформированную форму модели, как описано выше, с полным контролем над параметрами вывода, такими как масштабный фактор, тип отображения модели (сетка, удалиение невидимых линий, тени, заливка модели, отображение только свободных граней) и отображаемые результаты.

• Fringe. Выводит цветную заливку. Полный контроль над большинством параметров результатов и экрана.

• Marker. В масштабном виде выводятся векторные и тензорные величины, такие как напряжения и поля переменных. Эти величины могут отображаться на узлах или элементах, в локальной или основной системе координат.

• Graph. Большинство скалярных результатов можно использовать как независимые переменные для XY графиков от времени, частоты или других величин. Кроме возможностей отображения XY графиков в меню results MSC.Patran, Вы также можете ссылаться по имени на отдельные кривые из приложения XY-Plot — другого основного приложения MSC.Patran и отображать их совместно с другими кривыми например, результаты расчета вместе с экспериментальными данными или результаты нескольких расчетов.

• Animation. Эта форма позволяет анимировать ранее выведенные результаты. С другой стороны, если данные выведены не через Quick Plot, то их можно анимировать сразу, используя опцию Animate или в форме Animation Options (описана ниже).

• Report. Численные результаты можно рассматривать как выходные данные для печати или как входные данные для других приложений.

• Results. Эта форма позволяет создавать новые result case на основе уже существующих, а также демонстрационные результаты, позволяющие оценить графические возможности MSC.Patran при отсутствии действительных результатов. Методы создания результатов включают maximum (максимальные значения среди нескольких result case-ов), minimum, sum (суммирование нескольких result case-ов), average (осреднение по нескольким result case-ам) и создание result case-а используя PCL функцию.

• Freebody. Эта опция создает диаграмму балланса сил для нагрузок и сил реакции. Методы генерации каждого типа результатов довольно похожи.

Соответствующие опции определяются в поле Object приложения Result. Затем выбираются значени и result case вместе с экранными опциями (например, ширина линии для деформированных форм). Отображение выводится кнопкой Apply.

Для регулирования вывода результатов имеется широкое разнообразие

опций, описанных ниже. Помимо действия Create, отображение можно изменять, помещать во viewport или удалять другими дествиями поля Action приложения Results. Опции Results

Для каждого из описанных выше методов существует множество управляющих опций: опции параметров отображения, опции анимации, опции выделения конкретных примитивов. Эти меню открваются нажатием на соответствующие иконки в форме Results. вот некотороы из них:

Select Results. Форма являющаяся активной когда Вы только что вызвали приложение Results. Данная форма позволяет выбирать форму результатов которые будут отображаться (скалярная, векторнеая или тензорная), и какие компоненты используются для отображения векторных или тензорных данных.

Target Entities. Позволяет фильтровать результаты по диапазонам значений и по таким параметрам, как свойства материалов, типы элементов, свойства элементов или определенное множество примитивов.

Display Attributes. Позволяет изменять параметры отображения, зависящие от метода, такие как ширина линии и масштабные факторы.

Plot Options. Зависящий от метода набор опций для кажого типа графика. Например, кнопка Plot Options опции Create/Fringe контролирует в какой системе координат отображать компоненты векторов и тензоров, как осреднять и экстраполировать результаты.

Animation Options. Контролирует параметры анимации, такие как проводить ли анимацию с линейным изменением результатов от кадра к кадру или с синусоидальным, число кадров, методы межкадровой интерполяции.

Помимо этих основных опций существуют другие, зависящие от метода.

Напрмер, опции заливки и деформации для формы Quick Plot, сохранения данных для функции Report.

Остальные параметры отображения можно менять в меню Display главного

меню: • Ranges. Display/Ranges меню позволяет контролировать соответствие

диапазона значений результатов спектру цветов. • Spectrums. The Display/Spectrums меню позволяет определить, какие цвета

используются при отображении результатов. Можно использовать несколько спектров. По умолчанию спектр начинается с холодного цвета (голубого) для малых значений к горячим цветам (красный) для высоких значений. Это можно изменять для лучшего отображения ключевых результатов или для отделения положительных значений от отрицательных.

10.4 Инструменты приложения Insight Возможности приложения Insight в MSC.Patran позволяют визуализировать

сложное трехмерное поведение модели. В отличие от приложения Results, отображающего отдельные результаты, Insight предназначен для их совместной оценки. Это приложения располагает множеством методов отображения результатов.

В настоящее время Insight является отдельной возможностью MSC.Patran со своим собственным экраном и и своими выходными данными. Чтобы открыть это приложение, нужно нажать на кнопку Insightв главном меню MSC.Patran. Чтобы выключить его, необходимо нажать на эту кнопку повторно.

В приложении Insight 13 инструментов:

• Isosurface. Это поверхности, отображающие результаты в 3D модели. Есть две их разновидности: Result isosurface можно рассматривать как аналогию к контурному графику и заливке; это поверхность постоянных значений скалярных результатов в 3D модели. Coordinate isosurface — это совокупность плоскостей, расположенных через равные интервалы, на которых осуществляется цветное отображение результатов. Обе возможности позволяют осознать результаты трехмерного поведения модели.

• Streamlines (линии тока). Отслеживание траектории из одной или более точек через векторное поле.

• Stream Surfaces. Поверхности вдоль линий тока векторного поля. • Threshold. Представляет поверхности, обрезающие части модели выше и

ниже контрольного значения, отображая внутреннее поведение модели. • Fringe. Цветная заливка, сходная с возможностью приложения Result. • Contour plot. Это сеточное представление информации, содержащейся в

заливке. Цвет контура показывает расположение постоянных значений скалярных результатов, заключенных в определенном диапазоне. Такое представление можно совмещать с другими возможностями Insight для лучшего понимания трехмерного поведения модели.

• Element. Элементы раскрашиваются в соответствии со значениями результатов. Эта возможность отслеживает разрывы в результатах и усредняет результаты по центру элемента.

• Tensor. Отображает символы, соответствующие тензорным величинам. • Vector. Отображает символы, соответствующие векторным величинам. • Marker. Отмасштабированные по цвету символы, представляющие скалярные

результаты. • Value. Показывает текстовое отображение скалярных, векторных и тензорных

результатов выбранной точки модели. • Deformation. Создает график деформированных форм модели. • Cursor. Присоединяет результаты к мышке на экране. • Ниже представлен пример Insight Display.

Пример изображения результатов в Insight с координатными

изоповерхностями и маркерами

Работа в режиме Insight делает активным меню Insight Options, поддерживающее разные опции, контролирующие изопопверхности, диапазоны, анимацию и т.д.

Источник

Руководство пользователя поMSC/Patran20041.Введение 51.1 Первое знакомство с MSC.Patran ………………………………………………………….. 6Интерфейс задач …………………………………………………………………………………….. 6Инструменты и Приложения …………………………………………………………………….. 6Управление Данными ……………………………………………………………………………….

7Связь с Другим Програмным Обеспечением……………………………………………… 71.2 Структура CAE проекта ………………………………………………………………………… 7Создание конечно-элементной (КЭ) модели. …………………………………………….

7Анализ Модели с Учетом Внешних Нагрузок …………………………………………….. 8Обработка Результатов Анализа ……………………………………………………………… 9Последовательность Задач ………………………………………………………………………

91.3 Пример. Линейный статический анализ кольцевой пластины. ………………… 9Процедура Анализа ……………………………………………………………………………….. 122.Основы MSC.Patran 242.1. Запуск и выход из MSC.Patran ……………………………………………………………. 252.2. Краткий обзор MSC.Patran …………………………………………………………………. 252.3.

Окно MSC.Patran……………………………………………………………………………….. 252.4. Как работать в MSC.Patran ………………………………………………………………… 263.Хранение и Использование Информации в Базе Данных433.1 Создание Базы Данных ………………………………………………………………………. 443.2 Определение Параметров Модели ……………………………………………………… 44Global Model Tolerance………………………………………………………………………………

453.3 Импорт геометрических моделей из CAD систем. ………………………………… 464.Создание Геометрической Модели484.1 Обзор Геометрии ……………………………………………………………………………….. 49Опции Создания Геометрической Модели. ……………………………………………… 49Создание Модели. …………………………………………………………………………………. 494.2 Основные Понятия и Определения ………………………………………………………

50Параметрическое Пространство и Connectivity ………………………………………… 50Connectivity ……………………………………………………………………………………………. 50Геометрические Примитивы …………………………………………………………………… 51Конгруэнтность………………………………………………………………………………………. 564.3 Cоздание геометрии …………………………………………………………………………… 56Actions…………………………………………………………………………………………………… 57Objects …………………………………………………………………………………………………..

57Methods…………………………………………………………………………………………………. 58Создание триммированных поверхностей……………………………………………….. 59Создание твердых тел типа B-Rep………………………………………………………….. 594.4 Работа с импортированными CAD моделями ……………………………………….

60Удаление лишних деталей……………………………………………………………………… 60Добавление потерянных поверхностей …………………………………………………… 61Восстановление незавершенных примитивов………………………………………….. 614.5 Проверка геометрии …………………………………………………………………………… 61Обеспечение топологической конгруэнтности………………………………………….. 62Обнаружение неконгруэнтностей ……………………………………………………………. 63Исправление неконгруэнтностей …………………………………………………………….. 63Избегание малых углов на поверхности ………………………………………………….. 64Проверка и Выравнивание Нормалей Поверхностей ………………………………..

64Дополнительные требования………………………………………………………………….. 654.6 Пример расчета проушины …………………………………………………………………. 665.Создание Элементов и КЭ Сеток 775.1 Обзор Создания КЭ Сеток…………………………………………………………………… 78Возможности Конечноэлемнтного Моделирования ………………………………….. 795.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………… 79Обзор Типов Конечных Элементов …………………………………………………………. 79Создание КЭ Сеток…………………………………………………………………………………

80Плотность КЭ Сетки ………………………………………………………………………………. 84Смежные КЭ Сетки ………………………………………………………………………………… 85Equivalencing …………………………………………………………………………………………. 86Оптимизация ………………………………………………………………………………………….

885.3 Создание Конечноэлементной Модели ……………………………………………….. 89Actions…………………………………………………………………………………………………… 89Objects ………………………………………………………………………………………………….. 90Types…………………………………………………………………………………………………….. 91Примеры Форм и Подформ Приложения Finite Elements ………………………….. 91Прямое Моделирование Конечных Элементов………………………………………… 945.4 Проверка Конечноэлементнонй Модели……………………………………………….

95Проверка Формы Элементов ………………………………………………………………….. 95Другие Проверки Элементов ………………………………………………………………….. 96Создание Новой КЭ Сетки Модели …………………………………………………………. 96Исправление Отдельных Элементов ………………………………………………………. 97Проверка Значений Критериев Качества Элементов (tolerance) ……………….. 976.Создание Материалов986.1 Обзор Материалов……………………………………………………………………………… 996.2 Основные Понятия и Определения ………………………………………………………

99Однородные Материалы………………………………………………………………………… 99Композитные материалы ……………………………………………………………………….. 99Природа Материалов …………………………………………………………………………… 100Определение Свойств Материалов ………………………………………………………. 1016.3 Создание Моделей Свойств Материалов …………………………………………… 101Actions………………………………………………………………………………………………….

102Objects ………………………………………………………………………………………………… 102Methods……………………………………………………………………………………………….. 103Примеры Использования Приложения Materials…………………………………….. 1036.4 Проверка Модели Материала……………………………………………………………. 1067.Моделирование Сил и Нагрузок 1097.1 Обзор Сил и Нагрузок………………………………………………………………………..

1107.2 Основные Понятия и Определения ……………………………………………………. 111Типы Анализа и LBC…………………………………………………………………………….. 111Load Cases ………………………………………………………………………………………….. 112Использование полей……………………………………………………………………………

1127.3 Наложение Нагрузок и Граничных Условий………………………………………… 113Приложение LBCs………………………………………………………………………………… 113Actions…………………………………………………………………………………………………. 113Objects ………………………………………………………………………………………………… 114Types…………………………………………………………………………………………………… 1147.4 Задание случаев нагружения (Load Cases) …………………………………………

117Actions…………………………………………………………………………………………………. 118Пример Формы Load Cases………………………………………………………………….. 1187.5 Использование Полей ………………………………………………………………………. 119Actions…………………………………………………………………………………………………. 120Objects ………………………………………………………………………………………………… 120Methods……………………………………………………………………………………………….. 120Пример Формы Fields ……………………………………………………………………………

Источник

C O N T E N T SMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualContents iii Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

1Introduction to Finite Element Modeling

■ General Definitions, 2

■ How to Access Finite Element Modeling, 5

■ Building a Finite Element Model for Analysis, 6

■ Helpful Hints, 7

■ Features in MSC.Patran for Creating the Finite Element Model, 8

2The Create Action (Mesh)

■ Introduction, 12❑ Element Topology, 13❑ Meshing Curves, 14❑ Meshing Surfaces with IsoMesh or Paver, 15❑ Meshing Solids, 17❑ Mesh Seeding, 19❑ Surface Mesh Control, 20❑ Remeshing and Reseeding, 21

■ Mesh Seed and Mesh Forms, 29❑ Creating a Mesh Seed, 30

— Uniform Mesh Seed, 30- One Way Bias Mesh Seed, 31- Two Way Bias Mesh Seed, 32- Curvature Based Mesh Seed, 33- Tabular Mesh Seed, 34- PCL Function Mesh Seed, 36

■ Creating a Mesh, 38❑ IsoMesh Curve, 38❑ IsoMesh 2 Curves, 39❑ IsoMesh Surface, 40

— Paver Parameters, 41❑ Solid, 42

— IsoMesh, 42- TetMesh, 45- Node Coordinate Frames, 48

■ Mesh Control, 49❑ Auto Hard Points Form, 50

C O N T E N T SMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualContents iv Options

3The Create Action (FEM Entities)

■ Introduction, 54

■ Creating Nodes, 54

■ Creating Elements, 55

■ Creating MPCs, 56❑ Create MPC Form (for all MPC Types Except Cyclic Symmetry and Sliding

Surface), 60- Define Terms Form, 61

❑ Create MPC Cyclic Symmetry Form, 62❑ Create MPC Sliding Surface Form, 63

■ Creating Superelements, 65❑ Select Boundary Nodes, 66

■ Creating DOF List, 67❑ Define Terms, 68

4The Transform Action

■ Overview of Finite Element Modeling Transform Actions, 70

■ Transforming Nodes, 71❑ Create Nodes by Translating Nodes, 71❑ Create Nodes by Rotating Nodes, 72❑ Create Nodes by Mirroring Nodes, 74

■ Transforming Elements, 76❑ Create Elements by Translating Elements, 76❑ Create Elements by Rotating Elements, 77❑ Create Elements by Mirroring Elements, 78

5The Sweep Action ■ Introduction, 80

■ Sweep Forms, 81❑ The Arc Method, 82❑ The Extrude Method, 83❑ The Glide Method, 84

— Glide Control, 85❑ The Glide-Guide Method, 86

— Glide-Guide Control, 88❑ The Normal Method, 89❑ The Radial Cylindrical Method, 90❑ The Radial Spherical Method, 91

C O N T E N T SMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualContents v Options

❑ The Spherical Theta Method, 92❑ The Vector Field Method, 94❑ The Loft Method, 96

— FEM Data, 97- Mesh Control Data, 98

6The Renumber Action

■ Introduction, 102

■ Renumber Forms, 103❑ Renumber Nodes, 104❑ Renumber Elements, 105

7The Associate Action

■ Introduction, 108

■ Associate Forms, 109❑ The Point Method, 110❑ The Curve Method, 111❑ The Surface Method, 112❑ The Solid Method, 113❑ The Node Forms, 114

8The Disassociate Action

■ Introduction, 116

■ Disassociate Forms, 117❑ Elements, 118❑ Node, 119

9The Equivalence Action

■ Introduction to Equivalencing, 122

■ Equivalence Forms, 124❑ Equivalence — All, 125❑ Equivalence — Group, 126❑ Equivalence — List, 127

C O N T E N T SMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualContents vi Options

10The Optimize Action

■ Introduction to Optimization, 130

■ Optimizing Nodes and Elements, 132

■ Selecting an Optimization Method, 133

11The Verify Action ■ Introduction to Verification, 136

■ Verify Forms, 137❑ Verify — Element (Boundaries), 140❑ Verify — Element (Duplicates), 141❑ Verify — Element (Normals), 142❑ Verify — Element (Connectivity), 143❑ Verify — Element (Geometry Fit), 144❑ Verify — Element (Jacobian Ratio), 145❑ Verify — Element (Jacobian Zero), 146❑ Verify — Element (IDs), 147❑ Verify — Tria (All), 148❑ Verify — Tria (All) Spreadsheet, 149❑ Verify — Tria (Aspect), 150❑ Verify — Tria (Skew), 151❑ Verify — Quad (All), 152❑ Verify — Quad (All) Spreadsheet, 153❑ Verify — Quad (Aspect), 154❑ Verify — Quad (Warp), 155❑ Verify — Quad (Skew), 156❑ Verify — Quad (Taper), 157❑ Verify — Tet (All), 158❑ Verify — Tet (All) Spreadsheet, 159❑ Verify — Tet (Aspect), 160❑ Verify — Tet (Edge Angle), 161❑ Verify — Tet (Face Skew), 162❑ Verify — Tet (Collapse), 163❑ Verify — Wedge (All), 164❑ Verify — Wedge (All) Spreadsheet, 165❑ Verify — Wedge (Aspect), 166❑ Verify — Wedge (Edge Angle), 167❑ Verify — Wedge (Face Skew), 168❑ Verify — Wedge (Face Warp), 169❑ Verify — Wedge (Twist), 170❑ Verify — Wedge (Face Taper), 171❑ Verify — Hex (All), 172❑ Verify — Hex (All) Spreadsheet, 173

C O N T E N T SMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualContents vii Options

❑ Verify — Hex (Aspect), 174❑ Verify — Hex (Edge Angle), 175❑ Verify — Hex (Face Skew), 176❑ Verify — Hex (Face Warp), 177❑ Verify — Hex (Twist), 178❑ Verify — Hex (Face Taper), 179❑ Verify — Node (IDs), 180❑ Verify — Midnode (Normal Offset), 181❑ Verify — Midnode (Tangent Offset), 182❑ Superelement, 183

■ Theory, 184❑ Skew, 184❑ Aspect Ratio, 187❑ Warp, 191❑ Taper, 192❑ Edge Angle, 193❑ Collapse, 195❑ Twist, 196

12The Show Action ■ Show Forms, 200

❑ Show — Node Location, 201❑ Show — Node Distance, 202❑ Show — Element Attributes, 203

— Write to Report, 204❑ Show — Element Coordinate System, 205❑ Show — Mesh Seed Attributes, 206❑ Show — Mesh Control Attributes, 207❑ Show — MPC, 208

— Show — MPC Terms, 209

13The Modify Action ■ Introduction to Modification, 212

■ Modify Forms, 213❑ Modifying Mesh, 214

— Smoothing Parameters, 215❑ Mesh Improvement Form, 217

— General Parameters, 218- Process Control, 219- Collapse Ratio, 220- Jacobian Minimum, 221

❑ Modifying Mesh Seed, 222

C O N T E N T SMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualContents viii Options

❑ Sew Form, 223❑ Modifying Elements, 225

— Edit Method, 225- Reverse Method, 226- Separate Method, 227

❑ Modifying Bars, 228❑ Modifying Trias, 229

— Splitting a Tria into Two Trias, 229- Splitting a Tria into Three Trias, Four Trias, or Three Quads, 230- Splitting a Tria into a Tria and a Quad, 231- Splitting Tet Elements, 232

❑ Modifying Quads, 233- Splitting a Quad into Two Quads, 233- Splitting a Quad into Three Quads, 234- Splitting a Quad into Four Quads or Four Trias or NxM Quads, 235- Splitting a Quad into Two Trias, 236- Splitting a Quad into Three Trias, 237

❑ Modifying Nodes, 238- Move Method, 238- Offset Method, 239- Edit Method, 240- Project Method, 241

❑ Modifying MPCs, 242- Modify Terms, 243

14The Delete Action ■ Delete Action, 246

■ Delete Forms, 247❑ Delete — Any, 248❑ Delete — Mesh Seed, 249❑ Delete — Mesh (Surface), 250❑ Delete — Mesh (Curve), 251❑ Delete — Mesh (Solid), 252❑ Delete — Mesh Control, 253❑ Delete — Node, 254❑ Delete — Element, 255❑ Delete — MPC, 256❑ Delete — Superelement, 257❑ Delete — DOF List, 258

C O N T E N T SMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualContents ix Options

15The MSC.Patran Element Library

■ Introduction, 260

■ Beam Element Topology, 262

■ Tria Element Topology, 264

■ Quad Element Topology, 271

■ Tetrahedral Element Topology, 277

■ Wedge Element Topology, 290

■ Hex Element Topology, 307

■ MSC.Patran’s Element Library, 320

INDEX ■ MSC.Patran Reference Manual, 335Part 3: Finite Element Modeling

C O N T E N T SMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualContents x Options

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling § 1 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

1 Introduction to Finite Element Modeling

■ General Definitions

■ How to Access Finite Element Modeling

■ Building a Finite Element Model for Analysis

■ Helpful Hints

■ Features in MSC.Patran for Creating the Finite Element Model

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling §1.1 2 Options

1.1 General Definitions

analysis coordinate frame

A local coordinate system associated to a node and used for defining constraints and calculating results at that node.

attributes ID, topology, parent geometry, number of nodes, applied loads and bcs, material, results.

connectivity The order of nodes in which the element is connected. Improper connectivity can cause improperly aligned normals and negative volume solid elements.

constraint A constraint in the solution domain of the model.

cyclic symmetry A model that has identical features repeated about an axis. Some analysis codes such as MSC.Nastran explicitly allow the identification of such features so that only one is modeled.

degree-of-freedom DOF, the variable being solved for in an analysis, usually a displacement or rotation for structural and temperature for thermal at a point.

dependent DOF In an MPC, the degree-of-freedom that is condensed out of the analysis before solving the system of equations.

equivalencing Combining nodes which are coincident (within a distance of tolerance) with one another.

explicit An MPC that is not interpreted by the analysis code but used directly as an equation in the solution.

finite element 1. A general technique for constructing approximate solutions to boundary value problems and which is particularly suited to the digital computer.

2. The MSC.Patran database entities point element, bar, tria, quad, tet, wedge and hex.

finite element model A geometry model that has been descritized into finite elements, material properties, loads and boundary conditions, and environment definitions which represent the problem to be solved.

free edges Element edges shared by only one element.

free faces Element faces shared by only one element.

implicit An MPC that is first interpreted into one or more explicit MPCs prior to solution.

independent DOF In an MPC, the degree-of-freedom that remains during the solution phase.

IsoMesh Mapped meshing capability on curves, three- and four-sided biparametric surfaces and triparametric solids available from the Create, Mesh panel form.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling §1.1 3 Options

Jacobian Ratio The ratio of the maximum determinant of the Jacobian to the minimum determinant of the Jacobian is calculated for each element in the current group in the active viewport. This element shape test can be used to identify elements with interior corner angles far from 90 degrees or high order elements with misplaced midside nodes. A ratio close or equal to 1.0 is desired.

Jacobian Zero The determinant of the Jacobian (J) is calculated at all integration points for each element in the current group in the active viewport. The minimum value for each element is determined. This element shape test can be used to identify incorrectly shaped elements. A well-formed element will have J positive at each Gauss point and not greatly different from the value of J at other Gauss points. J approaches zero as an element vertex angle approaches 180 degrees.

library Definition of all element topologies.

MPC Multi-Point Constraint. Used to apply more sophisticated constraints on the FEM model such as sliding boundary conditions.

non-uniform seed Uneven placement of node locations along a curve used to control node creation during meshing.

normals Direction perpendicular to the surface of an element. Positive direction determined by the cross-product of the local parametric directions in the surface. The normal is used to determine proper orientation of directional loads.

optimization Renumbering nodes or elements to reduce the time of the analysis. Applies only to wavefront or bandwidth solvers.

parameters Controls for mesh smoothing algorithm. Determines how fast and how smooth the resulting mesh is produced.

paths The path created by the interconnection of regular shaped geometry by keeping one or two constant parametric values.

Paver General meshing of n-sided surfaces with any number of holes accessed from the Create/Mesh/Surface panel form.

reference coordinate frame

A local coordinate frame associated to a node and used to output the location of the node in the Show, Node, Attribute panel. Also used in node editing to define the location of a node.

renumber Change the IDs without changing attributes or associations.

seeding Controlling the mesh density by defining the number of element edges along a geometry curve prior to meshing.

shape The basic shape of a finite element (i.e., tria or hex).

sliding surface Two surfaces which are in contact and are allowed to move tangentially to one another.

sub MPC A convenient way to group related implicit MPCs under one MPC description.

term A term in an MPC equation which references a node ID, a degree-of-freedom and a coefficient (real value).

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling §1.1 4 Options

Tetmesh General meshing of n-faced solids accessed from the Create/Mesh/Solid panel form.

topology The shape, node, edge, and face numbering which is invariant for a finite element.

transitions The result of meshing geometry with two opposing edges which have different mesh seeds. Produces an irregular mesh.

types For an implicit MPC, the method used to interpret for analysis.

uniform seed Even placement of nodes along a curve.

verification Check the model for validity and correctness.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling §1.2 5 Options

1.2 How to Access Finite Element Modeling

The Finite Elements Application. All of MSC.Patran’s finite element modeling capabilities are available by selecting the Finite Element button on the main form. Finite Element (FE) Meshing, Node and Element Editing, Nodal Equivalencing, ID Optimization, Model Verification, FE Show, Modify and Delete, and ID Renumber, are all accessible from the Finite Elements form.

At the top of the form are a set of pull-down menus named Action and Object, followed by either Type, Method or Test. These menus are hierarchical. For example, to verify a particular finite element, the Verify action must be selected first. Once the type of Action, Object and Method has been selected, MSC.Patran will store the setting. When the user returns to the Finite Elements form, the previously defined Action, Object and Method will be displayed. Therefore, MSC.Patran will minimize the number steps if the same series of operations are performed.

The Action menu is organized so the following menu items are listed in the same order as a typical modeling session.

1. Create

2. Transform

3. Sweep

4. Renumber

5. Associate

6. Equivalence

7. Optimize

8. Verify

9. Show

10. Modify

11. Delete

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling §1.3 6 Options

1.3 Building a Finite Element Model for AnalysisMSC.Patran provides numerous ways to create a finite element model. Before proceeding, it is important to determine the analysis requirements of the model. These requirements determine how to build the model in MSC.Patran. Consider the following:

Table 1-1 lists a portion of what a Finite Element Analyst must consider before building a model.The listed items above will affect how the FEM model will be created. The following two references will provide additional information on designing a finite element model.

• NAFEMS. A Finite Element Primer. Dept. of Trade and Industry, National Engineering Laboratory, Glasgow,UK,1986.

• Schaeffer, Harry G, MSC⁄NASTRAN Primer. Schaeffer Analysis Inc., 1979.

In addition, courses are offered at MSC.Software Corporation’s MSC Institute, and at most major universities which explore the fundamentals of the Finite Element Method.

Table 1-1 Considerations in Preparing for Finite Element Analysis

Desired Response Parameters

Displacements, Stresses, Buckling, Combinations, Dynamic, Temperature, Magnetic Flux, Acoustical, Time Dependent, etc.

Scope of Model Component or system (Engine mount vs. Whole Aircraft).

Accuracy First “rough” pass or within a certain percent.

Simplifying Assumptions

Beam, shell, symmetry, linear, constant, etc.

Available Data Geometry, Loads, Material model, Constraints, Physical Properties, etc.

Available Computational Resources

CPU performance, available memory, available disk space, etc.

Desired Analysis

Type

Linear static, nonlinear, transient deformations, etc.

Schedule How much time do you have to complete the analysis?

Expertise Have you performed this type of analysis before?

Integration CAD geometry, coupled analysis, test data, etc.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling §1.4 7 Options

1.4 Helpful HintsIf you are ready to proceed in MSC.Patran but are unsure how to begin, start by making a simple model. The model should contain only a few finite elements, some unit loads and simple physical properties. Run a linear static or modal analysis. By reducing the amount of model data, it makes it much easier to interpret the results and determine if you are on the right track.

Apply as many simplifying assumptions as possible. For example, run a 1D problem before a 2 D, and a 2D before a 3D. For structural analysis, many times the problem can be reduced to a single beam which can then be compared to a hand calculation.

Then apply what you learned from earlier models to more refined models. Determine if you are converging on an answer. The results will be invaluable for providing insight into the problem, and comparing and verifying the final results.

Determine if the results you produce make sense. For example, does the applied unit load equal to the reaction load? Or if you scale the loads, do the results scale?

Try to bracket the result by applying extreme loads, properties, etc. Extreme loads may uncover flaws in the model.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling §1.5 8 Options

1.5 Features in MSC.Patran for Creating the Finite Element ModelTable 1-2 lists the four methods available in MSC.Patran to create finite elements.

Isomesh. The IsoMesh method is the most versatile for creating a finite element mesh. It is accessed by selecting:

Action: Create

Object: Mesh

IsoMesh will mesh any untrimmed, three- or four-sided set of biparametric (green) surfaces with quadrilateral or triangular elements; or any triparametric (blue) solids with hedahedral, wedge or tetrahedral elements.

Mesh density is controlled by the “Global Edge Length” parameter on the mesh form. Greater control can be applied by specifying a mesh seed which can be accessed by selecting:

Action: Create

Object: Mesh Seed

Mesh seeds are applied to curves or edges of surfaces or solids. There are options to specify a uniform or nonuniform mesh seed along the curve or edge.

Paver. Paver is used for any trimmed (red) surface with any number of holes. Paver is accessed in the same way as IsoMesh except the selected Object must be Surface. Mesh densities can be defined in the same way as IsoMesh. The mesh seed methods are fully integrated and may be used interchangeably for IsoMesh and Paver. The resulting mesh will always match at common geometric boundaries.

TetMesh. TetMesh is used for any solid, and is especially useful for unparametrized or b-rep (white) solids. TetMesh is accessed the same way as IsoMesh, except the selected Object must be Solid. Mesh densities can be defined in the same way as IsoMesh. The mesh seed methods are fully integrated and may be used interchangeably for IsoMesh and TetMesh. The resulting mesh will always match at common geometric boundaries.

Table 1-2 Methods for Creating Finite Elements in MSC.Patran

IsoMesh Traditional mapped mesh on regularly shaped geometry. Supports all elements in MSC.Patran.

Paver Surface mesher. Can mesh 3D surfaces with an arbitrary number of edges and with any number of holes. Generates only area, or 2D elements.

Editing Creates individual elements from previously defined nodes. Supports the entire MSC.Patran element library. Automatically generates midedge, midface and midbody nodes.

TetMesh Arbitrary solid mesher generates tetrahedral elements within MSC.Patran solids defined by an arbitrary number of faces or volumes formed by collection of triangular element shells. This method is based on MSC plastering technology.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling §1.5 9 Options

MPC Create. Multi-point constraints (MPCs) provide additional modeling capabilities and include a large library of MPC types which are supported by various analysis codes. Perfectly rigid beams, slide lines, cyclic symmetry and element transitioning are a few of the supported MPC types available in MSC.Patran.

Transform. Translate, rotate, or mirror nodes and elements.

Sweep. Create a solid mesh by either extruding or arcing shell elements or the face of solid elements.

Renumber. The Finite Element application’s Renumber option is provided to allow direct control of node and element numbering. Grouping of nodes and elements by a number range is possible through Renumber.

Associate. Create database associations between finite elements (and their nodes) and the underlying coincident geometry. This is useful when geometry and finite element models are imported from an outside source and, therefore, no associations are present.

Equivalencing. Meshing creates coincident nodes at boundaries of adjacent curves, surfaces, and ⁄or solids. Equivalencing is an automated means to eliminate duplicate nodes.

Optimize. To use your computer effectively, it is important to number either the nodes or the elements in the proper manner. This allows you to take advantage of the computer’s CPU and disk space for the analysis. Consult your analysis code’s documentation to find out how the model should be optimized before performing MSC.Patran’s Analysis Optimization.

Verification. Sometimes it is difficult to determine if the model is valid, such as, are the elements connected together properly? are they inverted or reversed? etc. This is true—even for models which contain just a few finite elements. A number of options are available in MSC.Patran for verifying a Finite Element model. Large models can be checked quickly for invalid elements, poorly shaped elements and proper element and node numbering. Quad element verification includes automatic replacement of poorly shaped quads with improved elements.

Show. The Finite Element application’s Show action can provide detailed information on your model’s nodes, elements, and MPCs.

Modify. Modifying node, element, and MPC attributes, such as element connectivity, is possible by selecting the Modify action. Element reversal is also available under the Modify action menu.

Delete. Deleting nodes, elements, mesh seeds, meshes and MPCs are available under the Finite Element application’s Delete menu. You can also delete associated stored groups that are empty when deleting entities that are contained in the group.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingIntroduction to Finite Element Modeling §1.5 10 Options

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) § 11 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

2 The Create Action (Mesh)

■ Introduction

■ Mesh Seed and Mesh Forms

■ Creating a Mesh

■ Mesh Control

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 12 Options

2.1 IntroductionMesh creation is the process of creating finite elements from curves, surfaces, or solids. MSC.Patran provides the following automated meshers: IsoMesh, Paver, and TetMesh.

IsoMesh operates on parametric curves, biparametric (green) surfaces, and triparametric (blue) solids. It can produce any element topology in the MSC.Patran finite element library.

Paver can be used on any type of surface, including n-sided trimmed (red) surfaces. Paver produces either quad or tria elements.

IsoMesh, Paver, and TetMesh provide flexible mesh transitioning through user-specified mesh seeds. They also ensure that newly meshed regions will match any existing mesh on adjoining congruent regions.

TetMesh generates a mesh of tetrahedral elements for any triparametric (blue) solid or B-rep (white) solid.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 13 Options

Element TopologyMSC.Patran users can choose from an extensive library of finite element types and topologies. The finite element names are denoted by a shape name and its number of associated nodes, such as Bar2, Quad4, Hex20. See The MSC.Patran Element Library (Ch. 15) for a complete list.

MSC.Patran supports seven different element shapes, as follows:

• point

• bar

• tria

• quad

• tet

• wedge

• hex

For defining a specific element, first choose analysis under the preference menu, and select the type of analysis code. Then select Finite Elements on the main menu, and when the Finite Elements form appears, define the element type and topology.

When building a MSC.Patran model for an external analysis code, it is highly recommended that you review the Application Preference Guide to determine valid element topologies for the analysis code before meshing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 14 Options

Meshing CurvesMeshes composed of one-dimensional bar elements are based on the IsoMesh method and may be applied to curves, the edges of surfaces, or the edges of solids. For more information on IsoMesh, see Meshing Surfaces with IsoMesh or Paver (p. 15).

Bar or beam element orientations defined by the bar’s XY plane, are specified through the assignment of an element property. For more information on defining bar orientations, see Element Properties Application (Ch. 3) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 5: Functional Assignments.

IsoMesh 2 Curves. This method will create an IsoMesh between two curve lists. The mesh will be placed at the location defined by ruling between the two input curves. The number of elements will be determined by global edge length or a specified number across and along. For more information on IsoMesh, see Meshing Surfaces with IsoMesh or Paver (p. 15).

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 15 Options

Meshing Surfaces with IsoMesh or PaverMSC.Patran can mesh a group of congruent surfaces (i.e., adjoining surfaces having shared edges and corner points). Both surfaces and faces of solids can be meshed. MSC.Patran provides a choice of using either the IsoMesh method or the Paver method depending on the type of surface to be meshed.

IsoMesh is used for parametrized (green) surfaces with only three or four sides.

Paver can mesh trimmed or untrimmed (red) surfaces with more than four sides, as well as parametric (green) surfaces.

IsoMesh. IsoMesh will create equally-spaced nodes along each edge in real space—even for nonuniformly parametrized surfaces. IsoMesh computes the number of elements and node spacing for every selected geometric edge before any individual region is actually meshed. This is done to ensure that the new mesh will match any existing meshes on neighboring regions.

IsoMesh requires the surfaces to be parametrized (green), and to have either three or four sides. Surfaces which have more than four sides must first be decomposed into smaller three- or four-sided surfaces. Trimmed (red) surfaces must also be decomposed into three- or four-sided surfaces before meshing with IsoMesh. For complex n-sided surfaces, the Paver is recommended.

For more information on decomposing surfaces, see Building a Congruent Model (p. 31) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 2: Geometry Modeling.

Mesh Paths. After selecting the surfaces to be meshed, IsoMesh divides the surfaces’ edges into groups of topologically parallel edges called Mesh Paths. Mesh Paths are used by IsoMesh to calculate the number of elements per edge based on either adjoining meshed regions, mesh seeded edges, or the global element edge length.

If a mesh seed is defined for one of the edges in the path, or there is an adjoining meshed region on one of the mesh path’s edges, IsoMesh will ignore the global element edge length for all edges in the path. IsoMesh will apply the same number of elements, along with the node spacing, from the adjoining meshed region or the mesh seeded edge to the remaining edges in the path.

IsoMesh will use the global element edge length for a mesh path if there are no neighboring meshed regions or mesh seeded edges within the path. IsoMesh will calculate the number of elements per edge by taking the longest edge in the mesh path and dividing by the global edge length, and rounding to the nearest integer value.

Figure 2-1 shows two adjoining surfaces with mesh paths A, B, and C defined by IsoMesh. Edge “1” is a member of mesh path A and has a mesh seed of five elements. Edge “2” is a member of mesh path B and has a mesh seed of eight elements. As shown in Figure 2-2, IsoMesh created five elements for the remaining edges in mesh path A, and eight elements for the remaining edge in mesh path B. Since there are no mesh seeds or adjoining meshes for mesh path C, IsoMesh uses the global element edge length to calculate the number of elements for each edge.

Paver. Paver is best suited for trimmed (red) surfaces, including complex surfaces with more than four sides, such as surfaces with holes or cutouts. See Figure 2-7.

Important: Green surfaces may be constructed using chained curves with slope discontinuities and thus may appear to have more than four sides. During meshing, a node will be placed on any slope discontinuity whose angle exceeds the “Node/Edge Snap Angle.” See Preferences>Finite Element (p. 344) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 16 Options

Paver is also good for surfaces requiring “steep” mesh transitions, such as going from four to 20 elements across a surface. Similar to IsoMesh, the paver calculates the node locations in real space, but it does not require the surfaces to be parametrized.

Important: For an all quadrilateral element mesh, the Paver requires the total number of elements around the perimeter of each surface to be an even number. It will automatically adjust the number of elements on a free edge to ensure this condition is met.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 17 Options

Meshing SolidsMSC.Patran meshes solids with the IsoMesh or TetMesh.

IsoMesh can mesh any group of congruent triparametric (blue) solids (i.e., adjoining solids having shared edges and corner points). Triparametric solids with the topological shape of a brick or a wedge can be meshed with either hex or wedge elements. Any other form of triparametric solid can only be meshed with tet elements. Solids that have more than six faces must first be modified and decomposed before meshing.

TetMesh can be used to mesh all (blue or white) solids in MSC.Patran.

Mesh Paths. Since IsoMesh is used to mesh solids, similar to meshing surfaces, Mesh Paths are used to determine the number of elements per solid edge. For more detailed information on Mesh Paths, see Meshing Surfaces with IsoMesh or Paver (p. 15).

If there is a preexisting mesh adjoining one of the edges or a defined mesh seed on one of the edges in a mesh path, MSC.Patran will apply the same number of elements to the remaining edges in the path. If there are no adjoining meshes or mesh seeds defined within a path, the global element edge length will be used to determine the number of elements.

Figure 2-3 shows two adjoining congruent solids with mesh Paths A, B, C, and D defined. Edge “1” of path A has a mesh seed of five elements. Edge “2” of path B has a mesh seed of fourteen elements. And Edge “3” of path C has a nonuniform mesh seed of six elements. See Mesh Seeding (p. 19) for more information.

Figure 2-4 shows the solid mesh. Since Mesh Path A has a seed of five elements, all edges in the path are also meshed with five elements. The same applies for Mesh Paths B and C, where the seeded edge in each path determines the number of elements and node spacing. Since Mesh Path D did not have a mesh seed, or a preexisting adjoining mesh, the global element edge length was used to define the number of elements.

TetMesh. TetMesh will attempt to mesh any solid with very little input from the user as to what size of elements should be created. Generally, this is not what is needed for an actual engineering analysis. The following tips will assist the user both in terms of getting a good quality mesh suitable for the analysis phase and also tend to improve the success of TetMesh. If TetMesh fails to complete the mesh and the user has only specified a Global Length on the form, success might still be obtained by following some of the suggestions below.

Try to mesh the surfaces of a solid with the Paver using tria elements. If the Paver cannot mesh the solid faces, it is unlikely that TetMesh will be able to mesh the solid. By paving the solid faces first, much better control of the final mesh can be obtained. The mesh can be refined locally as needed. The surface meshing may also expose any problems with the geometry that make it difficult or impossible to mesh. Then these problems can be corrected before undertaking the time and expense to attempt to TetMesh the solid.

If higher order elements are required from a surface mesh of triangular elements, the triangular elements must also be of the corresponding order so that the mid edge nodes would be snapped properly.

Tria meshes on the solid faces can be left on the faces and stored in the database. This allows them to be used in the future as controls for the tet mesh in the solid at a later time.

After the tria mesh is created on the solid faces, it should be inspected for poor quality tria elements. These poor quality elements typically occur because Paver meshed a small feature in the geometry that was left over from the construction of the geometry, but is not important to

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 18 Options

the analysis. If these features are removed prior to meshing or if the tria mesh is cleaned up prior to tet meshing, better success rates and better tet meshes will usually follow. Look for high aspect ratios in the tria elements and look for tria elements with very small area.

The following paragraph applies only to the State Machine Algorithm.

Once the solid faces have a tria mesh, TetMesh will match the tet element faces to the existing tria elements. Just select the solid as input to TetMesh. This is not the same as selecting the tria shell as input. By selecting the solid, the resulting tet mesh will be associated with the solid and the element mid-edge nodes on the boundary will follow the curvature of the geometry. Note that the tria mesh on the solid faces do not need to be higher order elements in order for a higher order tet mesh to snap its mid-edge nodes to the geometry.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 19 Options

Mesh Seeding

Mesh Transitions. A mesh transition occurs when the number of elements differs across two opposing edges of a surface or solid face. Mesh transitions are created either by mesh seeding the two opposing edges with a different number of elements, or by existing meshes on opposite sides of the surface or solid face, whose number of elements differ.

If IsoMesh is used for the transition mesh, MSC.Patran uses smoothing parameters to create the mesh. For most transition meshes, it is unnecessary to redefine the parameter values. See IsoMesh Parameters Subordinate Form (p. 43).

Seeding Surface Transitions. MSC.Patran can mesh a set of surfaces for any combination of mesh seeds. A mesh transition can occur in both directions of a surface.

Seeding Solid Transitions. Transition meshes for solids can only occur in two of three directions of the solids. That is, the transition can be defined on one side of a set of solids, and carried through the solids’ third direction. If a transition is required in all three directions, the user must break one of the solids into two, and perform the transition in two steps, one in each sub-solid. If a set of solids are seeded so that a transition will take place in all three directions, MSC.Patran will issue an error and not mesh the given set of solids.

If more than one mesh seed is defined within a single mesh path (a mesh path is a group of topologically parallel edges for a given set of solids), it must belong to the same solid face. Otherwise, MSC.Patran will issue an error and not mesh the specified set of solids (see Figure 2-5 and Figure 2-6). If this occurs, additional mesh seeds will be required in the mesh path to further define the transition. For more information on mesh paths, see Mesh Solid (p. 42).

Avoiding Triangular Elements. MSC.Patran will try to avoid inserting triangle elements in a quadrilateral surface mesh, or wedge elements in a hexagonal solid mesh.

However, if the total number of elements around the perimeter of a surface, or a solid face is an odd number, the IsoMesh method will produce one triangular or one row of wedge element per surface or solid. Remember IsoMesh is the default meshing method for solids, as well as for curves.

If the total number of elements around the surface’s or solid’s perimeter is even, IsoMesh will mesh the surface or solid with Quad or Hex elements only. If the surface or solid is triangular or wedge shaped, and the mesh pattern chosen on the IsoMesh Parameters Subordinate Form (p. 43) form is the triangular pattern, triangle or wedge elements will be created regardless of the number of elements.

Figure 2-8 through Figure 2-13 show examples of avoiding triangular elements with IsoMesh.

When Quad elements are the desired element type, MSC.Patran’s Paver requires the number of elements around the perimeter of the surface to be even. If the number is odd, an error will be issued and Paver will ask the user if he wishes to use tri elements for this surface. If Quad elements are desired, the user must readjust the mesh seeds to an even number before meshing the surface again.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 20 Options

Surface Mesh ControlUsers can specify surface mesh control on selected surfaces to be used when meshing using any of the auto meshers. This option allows users to create meshes with transition without having to do so one surface at a time. This option is particularly useful when used with the solid tet mesher to create mesh densities that are different on the edge and on the solid surface.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 21 Options

Remeshing and ReseedingAn existing mesh or mesh seed does not need to be deleted before remeshing or reseeding. MSC.Patran will ask for permission to delete the existing mesh or mesh seed before creating a new one.

However, mesh seeds cannot be applied to edges with an existing mesh, unless the mesh seed will exactly match the number of elements and node spacing of the existing mesh. Users must first delete the existing mesh, before applying a new mesh seed to the edge.

Figure 2-1 IsoMesh Mesh Paths A, B, C

Edge 2

Edge 1

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 22 Options

Figure 2-2 Meshed Surfaces Using IsoMesh

Figure 2-3 Mesh Seeding for Two Solids

A A A

Edge “2”

Edge “3”

Edge “1”

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 23 Options

Figure 2-4 Mesh of Two Solids With Seeding Defined

Figure 2-5 Incomplete Mesh Seed Definition for Two Solids

Mesh Seeds onTwo differentSolid Faces

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 24 Options

Figure 2-6 Mesh of Two Solids with Additional Mesh Seed

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 25 Options

Figure 2-7 Surface Mesh Produced by Paver

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 26 Options

Figure 2-8 Odd Number of Elements Around Surface Perimeter

Figure 2-9 Even Number of Elements Around Surface Perimeter

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 27 Options

Figure 2-10 Odd Mesh Seed

Figure 2-11 Even Mesh Seed

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.1 28 Options

Figure 2-12 Mesh Seeding Triangular Surfaces (1 Tria Produced)

Figure 2-13 Mesh Seeding Triangular Surfaces to Produce only Quad Elements

Mesh Seeded Elements is ODD.

IsoMesh will adjust # elements around perimeter to be even.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.2 29 Options

2.2 Mesh Seed and Mesh Forms

Creating a Mesh Seed

❏ Uniform Mesh Seed

❏ One Way Bias Mesh Seed

❏ Two Way Bias Mesh Seed

❏ Curvature Based Mesh Seed

❏ Tabular Mesh Seed

❏ PCL Function Mesh Seed

Creating a Mesh

❏ IsoMesh Curve

❏ IsoMesh 2 Curves

❏ IsoMesh Surface

❏ Solid

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.2 30 Options

Creating a Mesh SeedThere are many types of mesh seeds: uniform, one way bias, two way bias, curvature based, and tabular.

Uniform Mesh Seed

Create mesh seed definition for a given curve, or an edge of a surface or solid, with a uniform element edge length specified either by a total number of elements or by a general element edge length. The mesh seed will be represented by small yellow circles and displayed only when the Finite Element form is set to creating a Mesh, or creating or deleting a Mesh Seed.

Define node spacing for mesh seed, by either pressing “Number of Elements” or “Element Length (L).” If “Number of Elements” is pressed, the user must then enter an integer value for the desired number of elements. If “Element Length” is pressed, then the user must enter an element edge length (MSC.Patran will calculate the resulting number of elements needed -rounded off to the nearest integer value.

If Auto Execute is selected, MSC.Patran will automatically create a mesh seed definition after each edge is selected. By default Auto Execute is OFF.

Specify list of curves by either cursor selecting existing curves or surface or solid edges, or specifying curve IDs or surface or solid edge IDs. (Example: Curve 10, Surface 12.1, Solid 22.5.2.)

MSC.Patran will plot all defined mesh seeds associated with the visible geometry.

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh Seed

Type: Uniform

Display Existing Seeds

Element Edge Length Data

Number of Elements

Element Length (L)

Number = 2

Auto Execute

Curve List

-Apply —

Type:

◆

◆◆

For more information see One Way Bias Mesh Seed (p. 31), Two Way Bias Mesh Seed (p. 32), Curvature Based Mesh Seed (p. 33), Tabular Mesh Seed (p. 34) or PCL Function Mesh Seed (p. 36).

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.2 31 Options

One Way Bias Mesh Seed

Create mesh seed definition for a given curve, or an edge of a surface or solid, with an increasing or decreasing element edge length, specified either by a total number of elements with a length ratio, or by actual edge lengths. The mesh seed will be represented by small yellow circles and is displayed only when the Finite Element form is set to creating a Mesh, or creating or deleting a Mesh Seed.

Define node spacing for mesh seed, by either pressing “Num Elems and L2⁄L1” or “L1 and L2”.

If “Num Elems and L2 ⁄L1” is pressed, the user must enter an integer value for the desired number of elements and an edge length ratio as indicated by the diagram. If “L1 and L2” is pressed, the user must enter edge lengths for the first and last elements.

MSC.Patran will calculate the nonuniform mesh seed node spacing through a geometric progression based on the given L2 ⁄L1 ratio. The positive edge direction for L1 and L2 as indicated by the arrow in the diagram is displayed in the current viewport.

If Auto Execute is selected, MSC.Patran will automatically create a mesh seed definition after each edge is selected. By default Auto Execute is OFF.

Specifies a list of edges by either cursor selecting existing curves or surface or solid edges, or specifying curve IDs or surface or solid edge IDs. (Example: Curve 10, Surface 12.1, Solid 22.5.2.)

MSC.Patran will plot all defined mesh seeds associated with the visible geometry.

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh Seed

Type: One Way Bias

Display Existing Seeds

Element Edge Length Data

Num Elems and L2/L1

L1 and L2

Number = 2

Auto Execute

Curve List

-Apply —

Type:

◆

◆◆

L2/L1 = 1.5

LL1 L2

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.2 32 Options

Two Way Bias Mesh Seed

Create mesh seed definition for a given curve, or an edge of a surface or solid, with a symmetric non-uniform element edge length, specified either by a total number of elements with a length ratio, or by actual edge lengths. The mesh seed will be represented by small yellow circles and is displayed only when the Finite Element form is set to creating a Mesh, or creating or deleting a Mesh Seed.

Define node spacing for mesh seed, by either pressing “Num Elems and L2⁄L1” or “L1 and L2”.

MSC.Patran will calculate the nonuniform mesh seed node spacing through a geometric progression based on the given L2 ⁄L1 ratio.

If Auto Execute is selected, MSC.Patran will automatically create a mesh seed definition after each edge is selected. By default Auto Execute is OFF.

Specifies a list of edges by either cursor selecting existing curves or surface or solid edges, or specifying curve IDs or surface or solid edge IDs. (Example: Curve 10, Surface 12.1, Solid 22.5.2.)

MSC.Patran will plot all defined mesh seeds associated with the visible geometry.

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh Seed

Type: Two Way Bias

Display Existing Seeds

Element Edge Length Data

Num Elems and L2/L1

L1 and L2

Number = 2

Auto Execute

Curve List

-Apply —

Type:

◆

◆◆

L2/L1 = 1.5

L2L1 L1

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.2 33 Options

Curvature Based Mesh Seed

Create mesh seed definition for a given curve, or an edge of a surface or solid, with a uniform or nonuniform element edge length controlled by curvature. The mesh seed will be represented by small yellow circles and is displayed only when the Finite Element form is set to creating a Mesh, or creating or deleting a Mesh Seed.

MSC.Patran will plot all defined mesh seeds associated with the visible geometry.

If Uniform is selected, all elements will have the same length. If Variable is selected, the lengths of elements will vary from longer in regions of gradual curvature to shorter in regions of sharp curvature.

Specify the maximum allowable element edge length ratio. For example a value of 2.0 means that no element may be longer than twice the length of its neighbor.

By default, Auto Execute is turned OFF. This means MSC.Patran will not automatically create a mesh seed definition after each edge is selected.

Specify the minimum and maximum number of elements or element lengths to be allowed in constructing the mesh seed. Minimum and maximum number of elements may be the same value. Maximum length must be larger than minimum length.

Specifies a list of edges by either cursor selecting existing curves or surface or solid edges, or specifying curve IDs or surface or solid edge IDs. (Example: Curve 10, Surface 12.1, Solid 22.5.2.)

Action: Create

Object: Mesh Seed

Type: Curv Based

Display Existing Seeds

Element Edge Length

Variable Uniform

Allowable Curvature Error

0.001

Element Constraints

Length Number

Min Length = 0.1

Max Length = 0.2

Auto Execute

Curve List

◆ ◆◆

Finite Elements

Curve 7

Length Ratio = 2.0

Element Order: Linear

Max h =

-Apply-

Select the element order: linear, quadratic or cubic.

Specify the desired maximum curvature error h. (May optionally specify h/L for linear elements.) Number of elements and their lengths will be computed within specified Element Constraints to satisfy Allowable Curvature Error if possible.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.2 34 Options

Tabular Mesh Seed

Create mesh seed definition for a given curve, or an edge of a surface or solid, with an arbitrary distribution of seed locations defined by tabular values. The mesh seed will be represented by small yellow circles and is displayed only when the Finite Element form is set to creating a Mesh, or creating or deleting a Mesh Seed.

Finite Elements

Specify the coordinate type for the node locations. For example, if Arc length is selected, 0.5 will be located at the mid point of the curve. If Parametric is selected, 0.5 will be located at u=0.5 along the curve.

See next page for Nodes or Points option

Enter the desired node location values. Values can range between 0.0 and 1.0. The values 0.0 and 1.0 will be automatically added if they are omitted.

MSC.Patran will plot all defined mesh seeds associated with all visible geometry.

Blanks out all cells.

Specify a list of curves or edges of surfaces or solids to which the mesh seeds should be applied. (Example: Curve 10, Surface 1.4, Solid 1.8.5.)

By default Auto Execute is turned OFF.

Sorts all the values entered in ascending order.

Reverses the node locations by replacing v with 1.0 — v.

Action: Create

Object: Mesh Seed

Type: Tabular

Display Existing Seeds

Input Data

Clear Sort Reverse

Auto ExecuteCurve List

-Apply-

Arc Length Value

Coordinate Type

Arc LengthParametricNodes or Points

◆

◆◆

Seed Location Data

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.2 35 Options

Tolerance to be used when creating a seed with Nodes/Points entered in Nodes or Points List.

List of Nodes and or points to be used to create a seed. Only those within the tolerance specified to the curve selected will be used for creating the seed.

Enter a list of nodes, points, or pick locations on screen.

Curve ID on which the seed should be created.

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh Seed

Type: Tabular

Display Existing Seeds

Coordinate Type

Arc LengthParametricNodes or Points

Tolerance 0.005

Nodes or Points List

Auto Execute

Curve Id

-Apply-

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.2 36 Options

PCL Function Mesh Seed

Create mesh seed definition for a given curve, or an edge of a surface or solid, with a distribution of seed locations defined by a PCL function. The mesh seed will be represented by small yellow circles and is displayed only when the Finite Element form is set to creating a Mesh, or creating or deleting a Mesh Seed.

Selecting one of the predefined functions will enter its call into the “PCL for jth Node” data box where it can be edited if desired. These functions exist in the PCL library supplied with MSC.Patran. Sample code is presented on the next page for use as a model in writing your own function.

Enter an inline PCL function or a call to an existing compiled function. A trivial example of an inline function is one that computes a unifor seed:

(j-1)/N-1)

MSC.Patran will plot all defined mesh seeds associated with all visible geometry.

Specify a list of curves or edges of surfaces or solids to which the mesh seeds should be applied.

(Example: Curve 10, Surface 1.4, Solid 22.5.3)

By default Auto Execute is turned OFF.

Enter the number of nodes (seeds) to be created.

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh Seed

Type: PCL Function

Display Existing Seeds

Seed Definition

Number of Nodes (N)

Predefined Functions

BetaClusterRoberts

PCL for jth Node

Auto Execute

Curve List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.2 37 Options

The following is the PCL code for the predefined function called beta. It may be used as a model for writing your own PCL function.

FUNCTION beta(j, N, b)GLOBAL INTEGERj, NREALb, w, t, rval

x = (N — j) / (N — 1)t = ( ( b + 1.0 ) / ( b — 1.0 ) ) **wrval = ( (b + 1.0) — (b — 1.0) *t ) / (t + 1.0)RETURN rvalEND FUNCTION

Note: j and N MUST be the names for the first two arguments.

N is the number of nodes to be created, and j is the index of the node being created, where ( 1 <= j <= N ).

An individual user function can be accessed at run time by entering the command:

!!INPUT <my_pcl_function_file_name>

A library of precompiled PCL functions can be accessed by:

!!LIBRARY <my_plb_library_name>

For convenience these commandes can be entered into your p3epilog.pcl file so that the functions are available whenever you run MSC.Patran.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 38 Options

2.3 Creating a MeshThere are several geometry types from which to create a mesh:

IsoMesh CurveAssigns an optional list of ID numbers for a new set of nodes and elements. If not specified, ID values will be assigned consecutively starting with the node and element ID shown.

ID lists containing duplicate IDs, or IDs of preexisting nodes or elements will be rejected. Users must first delete the existing node or element with the specified ID before reusing the same ID in a later list.

The maximum ID limit for nodes or elements is approximately 2 billion (231-1). The only limit to the number of nodes and elements which can be created per geometric entity is the amount of available disk space.

Specify a real value to assign the default element edge length for a given mesh. This value will not override any predefined mesh seeded edges. Global edge lengths will only be applied where mesh seeds have not been defined.

The default Global Edge Length value can be set using the pref_env_set_real function with argumet “DefaultMeshSize” in the settings.pcl file. When defined in this way, the initial activation of the Automatic Calculation toggle is disabled.

Please see pref_env_set_real (p. 1373) in the PCL Reference Manual, Volume 1: Function Descriptions

Choose the type of bar element to create from the pop-up list. Available bar elements to choose from are Bar2, Bar3, and Bar4.

Specify list of curves to mesh by either cursor selecting existing curves, surface edges, or solid edges, or by specifying the curve IDs, or the surface or solid edge IDs. (Example: Curve 12, Surface 1.3, Solid 11.3.1.)

Brings up the Node Coordinate Frames form. This allows an Analysis and a Reference Coordinate system to be defined for the next mesh of nodes.

Don’t forget to reset the Global Edge Length to the appropriate value before applying the mesh.

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh

Type: Type: Curve

Output ID List

Node 1

Element 1

Global Edge Length

0.1

Node Coordinate Frames…

Curve List-Apply-

Curve List

Topology: Bar2

Value

Automatic Calculation

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 39 Options

IsoMesh 2 Curves

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh

Type: 2 Curves

Output ID List

Node 1

Element 1

Elem Shape Quad

Mesher IsoMesh

Topology Quad4

Auto Execute

Curve 1 List

Curve 2 List

Control Element Number

Global Edge Length

Automatic Calculation

Value 0.1

-Apply-

Tria6

IsoMesh Parameters…

Node Coordinate Frames…

Assigns an optional list of ID numbers for a new set of nodes and elements. If not specified, ID values will be assigned consecutively starting with the node and element ID shown.

The default Global Edge Length value can be set using the pref_env_set_real function with argument “DefaultMeshSize” in the settings.pcl file. When defined in this way, the initial activation of the Automatic Calculation toggle is disabled.

Please see pref_env_set_real (p. 1373) in the PCL Reference Manual, Volume 1: Function Descriptions

Choose the type of Quad or Tria element to create from the given list. Available Quad and Tria elements to choose from are Quad4, Quad5, Quad8, Quad9, Quad12, Quad16, Tria3, Tria4, Tria6, Tria7, Tria9, Tria13.

Specify the two curve lists. Isomesh with selected element type will be created on a ruled surface connecting the two input curve lists.

Specify number of elements on edges or a real value to assign the default element edge length for a given mesh.

Both options will not override any predefined mesh seeded edges. Global edge lengths and element number will only be applied where mesh seeds have not been defined.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 40 Options

IsoMesh Surface

Assigns an optional list of ID numbers for a new set of nodes and elements. If not specified, ID values will be assigned consecutively starting with the node and element ID shown.

Please see pref_env_set_real (p. 1373) in the PCL Reference Manual, Volume 1: Function Descriptions

Brings up the IsoMesh Parameters form which is used for transition meshes. This is an optional function that affects MSC.Patran’s IsoMesh smoothing algorithm For most transition meshes, it is not required to reset the default parameter values.

Specifies a list of surfaces to mesh by either cursor selecting existing surfaces, solid faces, or SGM trimmed faces, or entering the IDs of the surfaces, solid faces, and ⁄or SGM trimmed faces. (Example: Surface 23, Solid 11.3.)

Choose either the IsoMesh method or the Paver method of meshing. If Paver is selected the IsoMesh Parameters changes to Paver Parameters…

Brings up the Node Coordinate Frames form. This allows an Analysis and a Reference Coordinate system to be defined for the next mesh of nodes.

Don’t forget to reset the Global Edge Length to the appropriate value before applying the mesh.

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh

Type: Type: Surface

Output ID List

Node 1

Element

IsoMesh Parameters…

Node Coordinate Frames…

Surface List

-Apply-

Elem Shape Quad

Mesher IsoMesh

Topology Quad4

Global Edge Length

Automatic Calculation

Value 0.1

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 41 Options

Paver Parameters

Paver Parameters…

Create P-Element Mesh

Global Space Only

Allow Tris in Quad Mesh

Curvature Check

Allowable Curvature Error

0.250.

Max h/L = 0.1

Use Desired Edge Lengths

Min. Edge I/L : 0.0

Max. Edge Length : 0.0

DefaultsOk

Causes the mesher to relax its criteria for element quality in an attempt to create a coarser mesh.

Causes the mesher to adjust the mesh density to control the deviation between the geometry and the straight element edges. This will usually result in a better mesh and a better chance for success when meshing complicated geometry. Currently, this only works on edges only.

If Curvature Check is set, enter the desired maximum deviation between the element edges and geometry as the ratio of the deviation to element edge length. Deviation is measured at the center of the element edge. The value may be entered either by using the slider bar or by typing a value into the data box.

The Paver has more freedom to adjust the mesh size in the geometry interior. If this toggle is not set, then the meshers will try to make elements in the interior sized between the shortest and longest edge on the boundary, or the global length from the main meshing form, whichever is more extreme. This is how the paver worked in previous MSC.Patran releases. If this toggle is set and reasonable values for minimum and maximum element edge lengths are given, then the meshers will attempt to make elements in the interior of the meshing region with element edge lengths between the user defined values. This gives the user more control over the mesh in the interior of the geometry.

The Ok button must be clicked with the mouse in order to update the new values the user enters on this form and make them available to the meshers. If the button is not clicked, the new values will not be passed on to the meshers.

Used to restore all of the default settings to this form.

Mesh the surface in global space only, if the toggle is set.

Allows one tri element on a loop if the sum of all the element edges on the loop is an odd number.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 42 Options

Solid

IsoMesh

Choose the type of Hex, Wedge or Tet element to create from the given list. Available solid elements to choose from are Hex8, Hex9, Hex20, Hex21, Hex26, Hex27, Hex32, Hex64, Wedge6, Wedge7, Wedge15, Wedge16, Wedge20,Wedge21, Wedge24, Wedge52, Tet4, Tet5, Tet10, Tet11, Tet14, Tet15, Tet16, Tet40.

Specifies a list of solids to mesh by either cursor selecting existing solids, or entering the IDs of the solids. (Example: Solid 23.)

Brings up the Node Coordinate Frames form which allows an Analysis and a Reference Coordinate system to be defined for the next mesh of nodes.

Assigns an optional list of ID numbers for a new set of nodes and elements. If not specified, ID values will be assigned consecutively starting with the node and element ID shown.

The maximum ID limit for nodes or elements is approximately 2 billion (231- 1). The only limit to the number of nodes and elements that can be created per geometric entity is the amount of available disk space.

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh

Type: Type: Solid

IsoMesh Parameters…

Solid List

-Apply-

Brings up the IsoMesh Parameters form which is used for transition meshes. This is an optional function that affects MSC.Patran’s IsoMesh smoothing algorithm. For most transition meshes, it is not required to reset the default parameter values. If TetMesh is selected the IsoMesh Parameters changes to TetMesh Parameters…

Node Coordinate Frames…

Don’t forget to reset the Global Edge Length to the appropriate value before applying the mesh.

Elem Shape Tet

Mesher IsoMesh

Topology Tet4

Output ID List

Node 1

Element 1

Global Edge Length

Automatic Calculation

Value 0.1

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 43 Options

IsoMesh Parameters Subordinate Form. This form appears when the IsoMesh Parameters button is selected on the Finite Elements form.

Smoothing parameters affect only transition meshes. A transition occurs when two opposing edges of a surface differ in the number of elements or mesh ratio. The values may be changed by pressing the left mouse button and moving the slide bar to the appropriate value.

The smoothing algorithm used by MSC.Patran is the iterative Laplacian-Isoparametric scheme developed by L.R. Herrmann.

trans isopar

IsoMesh Parameters

Smoothing Factor

Lapl Iso

Maximum Cycles

Acceleration Factor

0.00 1.00

Termination Factor

0.05 0.20

IsoMesh Smoothing Parameters IsoMesh on Triangular Surfaces

tri1 tri2

Tri Pattern on Rectang Surfaces

Defaults

OK Cancel

Used to determine a weighted combination of Laplacian and Isoparametric smoothing methods. Valid range is from 0.0 to 1.0, where 0.0 is pure Laplacian smoothing and 1.0 is pure Isoparametric smoothing. Intermediate values mean a combination of the two methods will be used. The default value is 0.0. Laplacian smoothing is best for most transition cases, except where the surface has significant inplane curvature in that case, Isoparametric smoothing is best.

Maximum number of iterations allowed for mesh smoothing. Default value is 20. Smoothing may be turned off by setting the Maximum Cycles to zero.

20 99

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 44 Options

Controls the smoothing termination tolerance factor. Default value is 0.05. It stops the mesh smoothing when the largest distance moved by any node during the previous iteration is less than 5% of the shortest element length along an edge of the geometry.

If pressed, the smoothing parameters will be reset back to the original “factory” default values. These are: Smoothing Factor = 0.0, Maximum Cycles = 20, Acceleration Factor = 0.00, Termination Factor = 0.05.

Choose from four available triangular mesh patterns for surfaces or solids with 90 degree corners only.

If selected, MSC.Patran will reset the smoothing parameter values back to the original set of values that existed upon entry to the Mesh Parameter form.

trans isopar

IsoMesh Parameters

Smoothing Factor

Lapl Iso

Maximum Cycles

Acceleration Factor

0.00 1.00

Termination Factor

0.05 0.20

IsoMesh Smoothing Parameters IsoMesh on Triangular Surfaces

tri1 tri2

Tri Pattern on Rectang Surfaces

Defaults

OK Cancel

20 99

Used to accelerate the mesh smoothing. The default value is 0.0. A value of 0.3 to 0.5 may cause mesh smoothing to converge in fewer cycles. For example: a value of 0.5 would cause each node to move 50% farther than computed at each iteration. However, the following warning will be issued if the acceleration factor is reset to a nonzero value: “Nonzero acceleration factor may cause mesh smoothing failure if geometry is highly curved or skewed”.

Choose from two available mesh patterns for degenerate surfaces or solids.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 45 Options

TetMesh

Using the Create/Mesh/Solid form with the TetMesh button pressed creates a set of four node, 10 node or 16 node tetrahedron elements for a specified set of solids. The solids can be composed of any number of sides or faces.

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh

Type: Solid

Output ID List

Node 1

Element 1

Elem Shape Tet

Mesher TetMesh

Topology Tet4

Input List

Global Edge Length

Automatic Calculation

Value 0.1

Match Parasolid Faces

-Apply-

Node Coordinate Frames…

TetMesh Parameters…

Specify the existing solids to mesh, either by cursor selecting them or by entering the IDs from the keyboard. (Example: Solid 1:10) The select filter may be used to select the triangular elements that form a closed volume.

Select the type of tetrahedron element that you want to mesh with. The available choices are: Tet4, Tet10, and Tet16.

Defines the default element edge length for the mesh. This value will not override any existing mesh seeded edges. MSC.Patran will only apply the Global Edge Length to those areas of the mesh where mesh seeds have not been defined or where there are no existing nodes or adjacent meshes. (If the value is small relative to the size of the solid, a very large number of Tet elements may be generated.) The default is 0.1.

Shows the IDs that will be assigned consecutively starting with the node and element ID shown.

If you specify a list of IDs that contain duplicate IDs or IDs that are assigned to existing nodes or elements, the list will be rejected. You must first delete the existing node or element with the specified ID before reusing the ID in the Node or Element ID List.

Assembly Meshing of multiple parasolid solids. Turning this toggle ON maintains a congruent mesh between multiple parasolid solids. This is not supported for Patran solids. If solids are within parasolid tolerance (1.0E-6), then solids which do not match topologically will be forced to match in the resultant mesh. If solids are outside parasolid tolerance but within the tolerance specified on the Tetmesh Parameters form, then only solids which have matching topology will be meshed congruently.

Create Duplicate Nodes

Allows the creation of a duplicate set of nodes for each entity which is matching between solids in Assembly Meshing. Equivalencing using the above tolerance value will remove these duplicate nodes. This toggle also applies to assembly meshing, for example using Match Parasolid Faces, where a duplicate set of nodes will be created on entities that are found to be shared between solids. The only time duplicate nodes will be created while the toggle is off is where an existing mesh is transferred to a solid

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 46 Options

Value 0.1

Match Parasolid Faces

-Apply-

The duplicate nodes toggle will create an extra set of nodes on geometry that is shared between more than one solid, for example on a face that is shared between two solids.

This toggle also applies to assembly meshing, for example, using Match Parasolid Faces, where a duplicate set of nodes will be created on entities that are found to be shared between solids. The only situation in assembly meshing where duplicate nodes will be created with the toggle off is where an existing mesh is being transferred from a neighboring solid.

Create Duplicate Nodes

Neighbor Solid List

Preview Interface MeshWith the Neighbor Solid List you can Match the mesh of the neighboring solids.

☞ More Help:• Creating a Boundary Representation (B-

rep) Solid (p. 338) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 2: Geometry Modeling

• Solids (p. 24) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 2: Geometry Modeling

• Verify — Element (Normals) (p. 142)

With Preview Interface Mesh ON, you can view the mesh before applying the mesh to your model.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 47 Options

TetMesh Parameters

The TetMesh Parameters sub-form allows you to change meshing parameters for P-Element meshing and Curvature based refinement.

TetMesh Parameters…

Create P-Element Mesh

Internal Coarsening

Curvature Check

Refinement Options

Maximum h/L = 0.1

Minimum Edge Length =

Global Edge Length* 0.2

DefaultsOK

0.250.

When creating a mesh with mid-side nodes (such as with Tet10 elements) in a solid with curved faces, it is possible to create elements that have a negative Jacobian ratio which is unacceptable to finite element solvers. To prevent an error from occurring during downstream solution pre-processing, the edges for these negative Jacobian elements are automatically straightened resulting in a positive Jacobian element. Although the solver will accept this element’s Jacobian, the element edge is a straight line and no longer conforms to the original curved geometry. If this toggle is enabled before the meshing process, the element edges causing a negative Jacobian will conform to the geometry, but will be invalid elements for most solvers. To preserve edge conformance to the geometry, the «Modify-Mesh-Solid» functionality can then be utilized to locally remesh the elements near the elements containing a negative Jacobian.

To create a finer mesh in regions of high curvature, the «Curvature Check» toggle should be turned ON. There are two options to control the refinement parameters. Reducing the «Maximum h/L» creates more elements in regions of high curvature to lower the distance between the geometry and the element edge. The «Minimum l/L» option controls the lower limit of how small the element size can be reduced in curved regions. The ratio l/L is the size of the minimum refined element edge to the «Global Edge Length» specified on the «Create-Mesh-Solid» form.

The tetrahedral mesh generator has an option to allow for transition of the mesh from a very small size to the user given Global Edge Length. This option can be invoked by turning the Internal Coarsening toggle ON. This option is supported only when a solid is selected for meshing. The internal grading is governed by a growth factor, which is same as that used for grading the surface meshes in areas of high curvature (1:1.5). The elements are gradually stretched using the grade factor until it reaches the user given Global Edge Length. After reaching the Global Edge Length the mesh size remains constant.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.3 48 Options

Node Coordinate Frames

Specifies local coordinate frame ID for analysis results. The default coordinate frame ID is defined under the Global Preferences menu, usually the global rectangular frame ID of zero.

Specifies an existing local coordinate frame ID to associate with the set of meshed nodes. The nodes’ locations can later be shown or modified within the specified reference frame. See The Show Action (Ch. 12). The default coordinate frame ID is defined under the Global Preferences menu, usually the global rectangular frame ID of zero.

Node Coordinate Frames

Analysis Coordinate Frame

Coord 0

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.4 49 Options

2.4 Mesh Control

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh Control

Type: Surface

Global Edge Length

0.1

Select Surfaces

-Apply-

User defined edge length for surfaces selected below.

List of surfaces for which the mesh control should be applied to.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.4 50 Options

Auto Hard Points FormUsing the Create/Mesh Control/Auto Hard Points form creates hard points on a specified set of surfaces automatically. This program creates hard points at two kinds of points on surface boundaries: T Points — A T point is defined as an interior point of a surface edge which is close to a vertex or an existing hard point on an edge in another surface within the t-point tolerance. The t-point tolerance is equal to one twentieth of the target element edge length. Placing a hard point at a T-point will help meshers create a congruent mesh on a noncongruent model. There is a noncongruent model in Figure 2-14. The auto hard point creation program creates a T-point at the T-junction of three surfaces and marks it by a small triangle. The new hard point forces the mesher to place a node at the T-junction when meshing surface 1 and the mesh created is a congruent mesh (Figure 2-15). Figure 2-16 shows the mesh without hard point creation.

Figure 2-14 T-Point Creation

Figure 2-15 Mesh with Hard Point Creation Figure 2-16 Mesh Without Hard Point Creation

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.4 51 Options

Neck Points. A neck point is defined as an end point of a short cross section on a surface. A cross section on a surface is short if its length is less than the neck-point tolerance.The neck-point tolerance is equal to 1.5 times the target element edge length. Placing a hard point at a neck point will help meshers create better meshes on narrow surfaces. Neck points can be created recursively by neck-point propagation. In Figure 2-17, the two neck-points on the boundary of surface 1 were created first and the remain four neck points were created by neck point propagation from one small surface to another until the path reached the outer boundary of the model. The new hard points will help mesher line up the boundary nodes and create a good mesh on the narrow surfaces (Figure 2-18). Figure 2-19 shows the mesh without hard point creation.

Figure 2-17 Neck Point Propagation

Figure 2-18 Mesh with Hard Point Creation Figure 2-19 Mesh Without Hard Point Creation

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action (Mesh) §2.4 52 Options

Figure 2-20

Finite Elements

Action: Create

Object: Mesh Control

Type: Auto Hard Points

Target Element Edge Length

0.1

Surface List

-Apply-

Surface 1:8

Specify the target element edge length which you will use as a global edge length when you mesh the model. The target element edge length is used to compute the t-point tolerance and neck-point tolerance.

Specify a set of surfaces on which to create hard points, either by cursor selecting them or by entering the IDs from the keyboard. (Example: Surface 1:10).

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… § 53 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

3 The Create Action (FEM Entities)

■ Introduction

■ Creating Nodes

■ Creating Elements

■ Creating MPCs

■ Creating Superelements

■ Creating DOF List

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.1 54 Options

3.1 IntroductionThe following sections describe how to create individual nodes, elements, and Multi-Point Constraints (MPCs). To create a mesh of nodes and element, see Creating a Mesh (p. 29).

3.2 Creating Nodes

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Specifies local coordinate frame ID for analysis results. The default ID is the active coordinate frame.

Allows definition of nodal location in a local coordinate frame. Any location(s) specified in the Node Location List Select databox (on this form) are defined to be in this Reference Coordinate Frame. The default is the active coordinate frame. The Show Action will optionally report nodal locations in the Reference Coordinate Frame See The Show Action (Ch. 12).

Indicates whether nodes should be associated with the geometry on which they are created. When the toggle is ON, nodes are associated with the point, curve, surface or solid on which they are created. Normally nodes should be associated, since loads and BCs applied to the geometry are only applicable to nodes and elements associated with that geometry. However, when selected OFF, additional methods of entering nodal location are available.

Specifies node locations by entering coordinates, or by using the select menu. All locations are in the Reference Coordinate Frame.

Finite Elements

Action: Create

Object: Node

Method: Edit

Node ID List

Analysis Coordinate Frame

Coord 0

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Associate with Geometry

Auto Execute

Node Location List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.3 55 Options

3.3 Creating Elements

Select the shape of the element(s) to be created.

Choose an element topology (nodal connectivity). See The MSC.Patran Element Library (Ch. 15), for an illustrated list of MSC.Patran’s available topology.

When selected ON, duplicate mid-edge nodes will not be created along common boundaries of elements with similar topology. Instead, existing mid-edge nodes from adjacent elements will be used when appropriate. If selected OFF, new mid-edge nodes will always be created.

Specifies lists of element corner nodes. One select databox is displayed for each element corner node. Only the elements corner nodes need to be specified. Element midnodes will be automatically generated.

Multiple elements can be created by specifying multiple corner nodes in each select databox. For example, when creating Bar elements, if the list for corner node 1 contains nodes 10 and 11, and the list for corner node 2 contains nodes 13 and 14, two elements will be created: one between nodes 10 and 13, and one between nodes11 and 14.

If the number of nodes specified in each node list are not equal, the last specified node ID in each short list will be used to extend that list to the necessary length.

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Finite Elements

Action: Create

Object: Element

Method: Edit

Element ID List

Shape: Quad

Topology: Quad4

Pattern: Standard

Use existing midnodes

Auto Execute

Node 1 =

Node 2 =

Node 3 =

Node 4 =

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.4 56 Options

3.4 Creating MPCs

Overview. An MPC (multi-point constraint) is a constraint that defines the response of one or more nodal degrees-of-freedom (called dependent degrees-of-freedom) to be a function of the response of one or more nodal degrees-of-freedom (called independent degrees-of-freedom). The general form of the MPC, which most of the major structural analysis codes support (referred to as the explicit MPC type in MSC.Patran) is as follows:

U0 = C1U1 + C2U2 + C3U3 + … + CnUn + C0 Eq. 3-1

Where U0 is the dependent degree-of-freedom, Ui the independent degrees-of-freedom, and Ci the constants. The term to the left of the equal sign is called the dependent term and the terms to the right of the equal sign are called the independent terms. C0 is a special independent term called the constant term.

An example of an explicit MPC is:

UX(Node 4) = 0.5*UX(Node 5) — 0.5*UY(Node 10) + 1.0 Eq. 3-2

which specifies that the x displacement of node 4 is equal to half the x displacement of node 5 minus half they displacement of node 10 plus 1.0. There are four terms in this example, one dependent term, two independent terms, and a constant term.

MPC Types. MPCs can be used to model certain physical phenomena that cannot be easily modeled using finite elements, such as rigid links, joints (revolutes, universal, etc.), and sliders, to name a few. MPCs can also be used to allow load transfer between incompatible meshes. However, it is not always easy to determine the explicit MPC equation that correctly represents the phenomena you are trying to model.

To help with this problem, many analysis codes provide special types of MPCs (sometimes called “implicit” MPCs) which simulate a specific phenomena with minimum user input. For example, most analysis codes support an implicit MPC type which models a rigid link, in which an independent node is rigidly tied to one or more dependent nodes. All the user is required to input are the node IDs. The analysis code internally generates the “explicit” MPCs necessary to cause the nodes to act as if they are rigidly attached.

In addition to the implicit MPC types supported by the analysis code, there are implicit MPC types supported by the analysis code translator. These are converted into “explicit” form during the translation process. This allows MSC.Patran to support more MPC types than the analysis code supports itself.

MSC.Patran supports the creation of all MPC types through the use of a single form, called Create MPC Form (for all MPC Types Except Cyclic Symmetry and Sliding Surface) (p. 60), with two exceptions: the Cyclic Symmetry and Sliding Surface MPC types. These two MPC types have special capabilities which require special create forms. See Create MPC Cyclic Symmetry Form (p. 62) and Create MPC Sliding Surface Form (p. 63).

Before creating an MPC, first select the type of MPC you wish to create. Once the type has been identified, MSC.Patran displays the proper form(s) to create the MPC.

A list of the MPC types which are supported by the MSC analysis codes can be found in the application module User’s Guide or application Preference Guide for the respective analysis code. You will only be able to create MPCs which are valid for the current settings of the Analysis Code and Analysis Type preferences. If the Analysis Code or Analysis Type preference is changed, all existing MPCs, which are no longer valid, are flagged as such and will not be translated. Invalid MPCs are still stored in the database and are displayed, but they cannot be

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.4 57 Options

modified or shown. However, they can be deleted. An invalid MPC can be made valid again by setting the Analysis Code and Analysis Type preferences back to the settings under which the MPC was originally created.

MPC Terms. The principal difference between one MPC type and the next is the number and makeup of the dependent and independent terms. A term is composed of up to four pieces of information:

1. A sequence number (used to order dependent and independent terms with respect to each other).

2. A nonzero coefficient.

3. One or more nodes.

4. One or more degrees-of-freedom.

For example, a dependent term of the explicit MPC type consists of a single node and a single degree-of-freedom, while an independent term of the explicit MPC type consists of a coefficient, a single node, and a single degree-of-freedom. As another example, the dependent and independent terms of the Rigid (fixed) MPC type consist of a single node.

The number of dependent and independent terms required or allowed varies from one MPC type to the next. For example, the Explicit MPC type allows only one dependent term while allowing an unlimited number of independent terms. Conversely, the Rigid (fixed) MPC type allows one independent term while allowing an unlimited number of dependent terms. Other MPC types allow only one dependent and one independent term, or one dependent and two independent terms.

Degrees-of-Freedom. Whenever one or more degrees-of-freedom are expected for an MPC term, a listbox containing the valid degrees-of-freedom is displayed on the form. A degree-of-freedom is valid if:

• It is valid for the current Analysis Code Preference.

• It is valid for the current Analysis Type Preference.

• It is valid for the selected MPC type.

In most cases, all degrees-of-freedom which are valid for the current Analysis Code and Analysis Type preferences are valid for the MPC type. There are some cases, however, when only a subset of the valid degrees-of-freedom are allowed for an MPC. For example, an MPC may allow the user to select only translational degrees-of-freedom even though rotational degrees are valid for the Analysis Code and Analysis Type preference.

The degrees-of-freedom which are valid for each Analysis Code and Analysis Type Preference are listed in the analysis code or analysis code translator User’s Guide.

Important: Some MPC types are valid for more than one Analysis Code or Analysis Type preference combination.

Important: Care must be taken to make sure that a degree-of-freedom that is selected for an MPC actually exists at the nodes. For example, a node that is attached only to solid structural elements will not have any rotational degrees-of-freedom. However, MSC.Patran will allow you to select rotational degrees-of-freedom at this node when defining an MPC.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.4 58 Options

Graphics. MPCs are displayed as a set of lines which connect each dependent node (node appearing as part of a dependent term) to each independent node (node appearing as part of an independent term). The dependent nodes are circled to distinguish them from the independent nodes (see Figure 3-1). MPCs are treated like elements in MSC.Patran because they:

• Can be added to or removed from groups.

• Have integer IDs which can be displayed or suppressed.

• Have their own color attribute (default = red).

Figure 3-1 Graphical Display of an MPC with One Dependent Node and Three Independent Nodes

Creating Multiple MPCs. In certain cases, MSC.Patran allows you to create several multi-point constraints (called Sub-MPCs) at one time which are stored as a single MPC entity with a single ID. The following rules apply:

• When an MPC requires only a single node to be specified for both dependent and independent terms, you can specify more than one node per term, as long as the same number of nodes is specified in each term. The number of Sub-MPCs that will be created is equal to the number of nodes in each term. The first node in each term is extracted to define the first Sub-MPC, the second node in each term is extracted to define the second Sub-MPC, and so on.

• When an MPC requires only a single degree-of-freedom to be specified for both dependent and independent terms, you can specify more than one degree-of-freedom per term, as long as the same number of degrees-of-freedom is specified in each term. The number of Sub-MPCs that will be created is equal to the number of degrees-of-freedom in each term. The first degree-of-freedom in each term is extracted to define the first Sub-MPC, the second degree-of-freedom in each term is extracted to define the second Sub-MPC, and so on.

• When an MPC requires only a single degree-of-freedom to be specified for the dependent terms and no degrees-of-freedom for the independent terms (or vice versa), you can specify more than one degree-of-freedom per term, as long as the same number of degrees-of-freedom is specified in each term that expects a single degree-of-freedom. The number of Sub-MPCs that will be created is equal to the number of degrees-of-freedom in each term. The first degree-of-freedom in each term is extracted to define the first Sub-MPC, the second degree-of-freedom in each term is extracted to define the second Sub-MPC, and so on.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.4 59 Options

• When an MPC requires only a single node and a single degree-of-freedom to be specified for both dependent and independent terms, you can specify more than one node and ⁄or degree-of-freedom per term, as long as the same number of nodes and degrees-of-freedom are specified in each term. The number of Sub-MPCs that will be created is equal to the number of nodes times the number of degrees-of-freedom in each term.

• For all other MPC types which do not match one of the above conditions a single Sub-MPC will be created.

When multiple Sub-MPCs are created, they are displayed as shown in Figure 3-2, with the ID of the MPC displayed at the centroid of each Sub-MPC. The translators will treat each Sub-MPC as a separate MPC, but MSC.Patran treats the collection of Sub-MPCs as a single entity.

Figure 3-2 The Graphical Display of an MPC Which is Made up of Five Sub-MPCs

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.4 60 Options

Create MPC Form (for all MPC Types Except Cyclic Symmetry and Sliding Surface)When Create is the selected Action and MPC is the selected Object, the Create MPC form is displayed. Several MPC types are valid under the Type option menu.

Brings up the Define Terms form. This allows you to create, modify, or delete dependent and independent terms.

Used to select the type of MPC to create. Only the Types that are valid for the current settings of the Analysis Code and Analysis Type preferences are presented.

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Indicates the current settings of the Analysis Code and Analysis Type Preferences.

Finite Elements

Action: Create

Object: MPC

Method: Explicit

Analysis Preferences: Code: MSC.Nastran Type: Structural

MPC ID

Define Terms…

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.4 61 Options

Define Terms Form

The Define Terms form appears when the Define Terms button is selected on the Create MPC form. Use this form to define the dependent and independent terms of an MPC.

Sets the mode of the Apply function to 1) create a dependent term, 2) create an independent term, 3) modify a term, or 4) delete a term. The Create Dependent and Create Independent items are disabled once the maximum number of dependent or independent terms are created.

Real databox used to specify a real nonzero coefficient for a term. This widget is displayed when creating or modifying a term which includes a Coefficient column.

Node select databox used to specify the nodes for a term. This widget is displayed when creating or modifying a term which includes a Nodes column.

Listbox used to select the degrees-of-freedom for a term. This widget is displayed when creating or modifying a term which includes a DOFs column.

Holds the dependent and independent term information as rows in the spreadsheets. The number of terms required is displayed in parentheses next to the spreadsheet label. A term consists of one or more of the following:

1. A sequence number (not shown).2. A nonzero coefficient.3. A list of nodes (the required number is displayed

in parentheses). (1*) means node ids may be entered one per term or all in one term.

4. A list of degrees-of-freedom (the required number is listed in parentheses).

Existing terms can be selected for modifications and deletion.

Define Terms

Create Dependent

Create Independent

Modify

Delete

Auto Execute

Node List

DOFs UX UY UZ

Apply Clear Cancel

Dependent Terms (1)

Nodes (1) DOFs (1)

14 UX

Independent Terms (No Max)

Coefficient Nodes (1) DOF (1)

UY 71

-3.4000 > 12 UZ

◆

◆◆ ◆◆

◆◆

-3.4Coefficient =

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.4 62 Options

Create MPC Cyclic Symmetry FormUse this form to Create an MPC which defines a set of cyclic symmetry boundary conditions between the nodes in two regions.

Tolerance used to match dependent nodes with independent nodes. By default, this parameter is equal to the Global Model Tolerance set in Global Preferences. A dependent node is matched with an independent node when the r and z coordinates of the nodes (in the specified cylindrical coordinate frame) are the same within the specified tolerance.

Cylindrical coordinate frame whose z axis defines the axis of symmetry. This coordinate frame will be assigned as the Analysis Coordinate Frame to all nodes in the dependent and independent regions except those nodes which lie on the axis of symmetry. For these nodes, a rectangular coordinate frame whose z axis lies on the axis of symmetry will be automatically created and assigned as the Analysis Coordinate Frame.

Specifies the dependent and independent nodes on the cyclic boundaries. The Cyclic Symmetry select menu will appear to allow the user to select nodes explicitly or by reference to 2D element edges, 3D element faces, points, curves, or surfaces. The same number of unique nodes must be specified in both regions. A node can be referenced in both the dependent and independents regions only if it lies on the axis of symmetry.

When the Apply button is selected, MSC.Patran extracts the nodes associated to the entities in the dependent and independent regions and matches them up by comparing their r and z coordinates (in the specified cylindrical coordinate frame). A match must be found for every node. The following tests are then made:

• Do all of the node pairs have the same ∆θ (θi-θd)?

• Is the ∆θ evenly divisible into 360 degrees?

If the answer to both of these questions is yes, an MPC will be created which ties the node pairs together. Detail on how this MPC is translated can be found in the appropriate Analysis Code Translator User’s Guide.

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Indicates the current settings of the Analysis Code and Analysis Type Preferences.

Finite Elements

Action: Create

Object: MPC

Method: Cyclic Symmetry

Analysis Preferences: Code: MSC.Nastran Type: Structural

MPC ID

Node Comparison Tolerance

0.005

Cylindrical Coord. Frame

Auto Execute

Dependent Region

Independent Region

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.4 63 Options

Create MPC Sliding Surface FormUse this form to create an MPC which defines a sliding surface between the nodes in two coincident regions. The translational degree-of-freedom (normal to the surface) of coincident nodes in the two regions are tied while all others remain free.

Indicates how a coordinate frame(s) with an axis normal to the surface is to be specified. The coordinate frame(s) will be assigned as the Analysis Coordinate Frame of the nodes in the dependent and independent regions:

Automatic: One or more rectangular coordinate frame(s) will be automatically created for the nodes, with the z axis defined normal to the surface. An attempt will be made to reuse coordinate frames when the normal does not change from one node to the next.

User Specified: Two additional widgets will appear to allow the user to specify both the coordinate frame and the axis, which is normal to the surface. The choices are X,Y, and Z for rectangular systems, R, T (for Theta), and Z for cylindrical systems, and R, P (for Phi), and T for spherical system.

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions1.

Indicates the current settings of the Analysis Code and Analysis Type Preferences.

Finite Elements

Action: Create

Object: MPC

Method: Sliding Surface

Analysis Preferences: Code: MSC.Nastran Type: Structural

MPC ID

Node Comparison Tolerance

0.005

Normal Coord. Frame Option

Automatic

User Specified

Coordinate Frame

Tolerance used to match dependent nodes with independent nodes. By default, this parameter is equal to the Global Model Tolerance set in Global Preferences. A dependent node is matched with an independent node when the x, y, and z coordinates of the nodes are the same within the specified tolerance.

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.4 64 Options

When Apply is selected, MSC.Patran extracts the nodes associated to the entities in the dependent and independent regions and matches them up by comparing their coordinates. A match must be found for every node. An MPC will be created which ties the translational degree-of-freedom which is aligned with the normal axis of each dependent node to the same degree-of-freedom of its matching independent node. Details on how this MPC is translated can be found in the appropriate Analysis Code Translator User’s Guide.

Specifies the dependent and independent nodes on the sliding surface. The Sliding Surface select menu will appear to allow the user to select nodes associated to 2D element edges, 2D elements, 3D element faces, surface edges, surfaces, and solid faces. The same number of unique nodes must be specified in both regions.

Coordinate Frame

Normal Axis:Z

Auto Execute

Dependent Region

Independent Region

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.5 65 Options

3.5 Creating SuperelementsThis form is used to create superelements. Note that this is currently available only for the MSC.Nastran analysis preference.

Input of superelements description. Maximum limit of 256 characters.

List of groups with elements that define superelements. If a group does not contain elements, it will not show up in the Element Definition Group listbox.

Finite Elements

Action: Create

Object: Superelement

Shape:

Superelement List

Superelement Name

Superelement Description

Element Definition Group

Select Boundary Nodes…

-Apply-

Brings up the form to define the boundary nodes. By default, the interfacing nodes between the superelement definition group and the rest of the structure are selected as the boundary nodes.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.5 66 Options

Select Boundary NodesWhen the Create Action and the Superelement Object is chosen on the finite element form and the Select Boundary Nodes is selected, the following subordinate form will appear.

Gets the interfacing nodes between the superelement group and the rest of the structure.

May manually select the boundary nodes.

A listing of the selected boundary nodes. If left blank, the interfacing nodes between the superelement group and the rest of the structure model will be selected as boundary nodes.

Select Boundary Nodes

Get Default Boundary Nodes

Select Boundary Nodes

Add Remove

Selected Boundary Nodes

OK Clear

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.6 67 Options

3.6 Creating DOF ListDegree-of-Freedom (DOF) lists may be created by using this form and the subordinate form presented when Define Terms is selected. Note that this is currently available only for an ANSYS or ANSYS 5 analysis preference.

Specify a name for use in referencing the DOF list.

Shows all DOF lists that are currently defined in the database.

Finite Elements

Action: Create

Object: DOF List

Analysis Preferences: Code: ANSYS Type: Structural

DOF List Name

Available DOF Lists

Define Terms…

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Create Action… §3.6 68 Options

Define Terms

Displays the selected nodes and DOFs that were specified using the Node List databox and the DOFs listbox.

Highlight the degrees-of-freedom to be included in the DOFs cell of the degree-of-freedom list term.

Specify node IDs to be included in the nodes cell of the degree-of-freedom list.

Select option to Create, Modify or Delete entries in the degree-of-freedom list.

Selecting Clear will remove all terms from the degree-of-freedom list spreadsheet.

For Create or Modify, selecting Apply will either place the new term into the spreadsheet or replace the selected term with the modified term. For Delete, selecting Apply will delete the selected term.

Define Terms

Create Modify Delete

Node List

DOFs UX UY UZ

Apply Clear Cancel

Degree of Freedom List

Nodes DOFs

◆ ◆ ◆ ◆◆

AX RY RZ VOLT

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action § 69 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

4 The Transform Action

■ Overview of Finite Element Modeling Transform Actions

■ Transforming Nodes

■ Transforming Elements

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action §4.1 70 Options

4.1 Overview of Finite Element Modeling Transform ActionsThe transformations described in the following sections are identical to their counterparts in ASM. The table below lists the objects (nodes and elements) and methods that are available when Transform is the selected Action.

Object Method

Node Translate

Rotate

Mirror

Element Translate

Rotate

Mirror

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action §4.2 71 Options

4.2 Transforming Nodes

Create Nodes by Translating Nodes

New nodes may be constructed by translating existing nodes, one or more times, as indicated by a vector. The translation performed in each iteration is:

Nn = Nn-1 + Twhere Nn = the translated node location after the nth iteration, Nn-1 = the node location prior to the nth iteration (in the first iteration Nn-1 is the original node), and T = the translation vector (Txyz, Trqz, or Trθφ, depending on the selected type of transformation).

Specifies whether the transformation is to be performed relative to rectangular coordinates in any selected coordinate frame, or relative to curvilinear coordinates of a selected cylindrical or spherical reference coordinate frame.

Specifies a reference coordinate frame in which to translate the nodes. If a curvilinear transformation is desired, a cylindrical or spherical coordinate frame should be selected. The default ID is that of the default coordinate frame.

Specifies the list of nodes to be translated.

Specifies the translation vector. If curvilinear transformation was selected, enter the vector in the coordinates of the reference coordinate system (rθz for Cylindrical, or rθφ for Spherical). If Cartesian transformation is selected, the Vector select menu appears.

Turn this toggle ON to delete the original nodes or elements. This allows the original IDs to be used for the new nodes or elements.

Specifies the number of times to repeat the transformation.

Finite Elements

Action: Transform

Object: Node

Method: Translate

Node ID List

Type of Transformation

Cartesian in Refer. CF Curvilinear in Refer. CF

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Translation Parameters Repeat Count

Delete Original Nodes

Auto Execute

Node List

[0 0 0]

-Apply-

Translation Vector

<1 0 0>

◆

◆◆

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Turn this toggle ON to delete the original nodes or elements. This allows the original IDs to be used for the new nodes or elements.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action §4.2 72 Options

Create Nodes by Rotating Nodes

New nodes may be constructed by rotating nodes clockwise (CW) or counterclockwise (CCW) around an axis. The first rotation is specified as the sum of the Rotations Angle plus an offset. Any additional rotations (as specified by the Repeat Count parameter) are by the rotation angle only. The transformation performed for each iteration is:

1st Iteration: N1 = N0 + R(θo + θr)

Iterations 2 & up: Nn = Nn-1 + R(θn-1 + θr)

where N0 = the original node, N1 = the rotated location of node N0 after the first iteration, R = the radius of rotation,θo = the offset angle, θr = the rotation angle, Nn = the rotated location of a node after the nth iteration, Nn-1 = the node location prior to the nth iteration, and θn-1 = the angular displacement of node Nn-1 from the original node, N0.

θo

θr

N0Axis

θr

Repeat Count = 2Radius

The rotation plane is established by the axis and the node to rotate. The axis is a vector that is normal to the plane of rotation. The radius of rotation, a straight line in the plane of rotation, extends from the original node, N0, to the point of intersection with the projected extension of the axis.

Finite Elements

Action: Transform

Object: Node

Method: Rotate

Node ID List

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Axis

{[0 0 0][0 0 1]}

Rotation Parameters

Rotation Angle

90.0

Offset Angle

0.0

Repeat Count 1

Delete Original Nodes

Auto Execute

Node List

[0 0 0]

— Apply —

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action §4.2 73 Options

Specifies a reference coordinate frame in which to rotate the nodes. The default ID is that of the default coordinate frame. The Frame select menu appears.

Defines a vector normal to the plane of rotation. The Axis select menu appears.

Specifies the rotation angle, θr (in degrees) through which the nodes are to be rotated, default is 90 degrees CCW. Enter a negative angle if the rotation is to be CW.

Specifies the angular offset, θo, (in degrees), default is 0. Enter a negative angle if the offset is to be CCW.

Specifies the list of nodes to be rotated. The Node Select filter is in effect.

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Turn this toggle ON to delete the original nodes or elements. This allows the original IDs to be used for the new nodes or elements.

Specifies the number of times to repeat the transformation.

Finite Elements

Action: Transform

Object: Node

Method: Rotate

Node ID List

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Axis

{[0 0 0][0 0 1]}

Rotation Parameters

Rotation Angle

90.0

Offset Angle

0.0

Repeat Count 1

Delete Original Nodes

Auto Execute

Node List

[0 0 0]

-Apply-

Turn this toggle ON to delete the original nodes or elements. This allows the original IDs to be used for the new nodes or elements.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action §4.2 74 Options

Create Nodes by Mirroring Nodes

Constructs new nodes by reflecting the listed nodes about a final mirror plane, that may be offset from a selected mirror plane. The transformation performed is as follows:

Nmirror = N0 — (2D)nwhere Nmirror = the location of the new node, and D = the distance (in the direction of vector n, which is normal to the final mirror plane) from the final mirror plane to the original node, N0.

The selected mirror plane can be any arbitrary plane in model space. If a nonzero offset, O, is specified, the final mirror plane used in the mirror action is offset from the selected mirror plane by the distance O in the direction of vector n.

Y Final Mirror PlaneSelected Mirror Plane (YZ)

Nmirror N0

Offset (O)

In the example illustrated above, the selected mirror plane is the YZ plane of the global Cartesian coordinate system. Therefore, the offset and distance D are measured along the X axis (vector n), which is normal to the YZ plane.

Finite Elements

Action: Transform

Object:

Method:

Node

Mirror

Node ID List 3

Define Mirror Plane Normal

{[0 0 0][0 0 1]}

Offset Parameters Offset

0.0

Delete Original Nodes

Auto Execute

Node List

[0 0 0]

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action §4.2 75 Options

Specifies the normal to the plane that will serve as the selected mirror plane. The Axis select menu appears. The normal to the plane is defined by a vector, where the vector base originates in the plane, and the vector tip is normal to the plane.

Specifies offset of final mirror plane from selected mirror plane specified above. The offset is the distance (positive or negative), along the normal, from the selected mirror plane to the location of the final mirror plane.

Specifies the list of nodes to be mirrored. The Node Select filter is in effect.

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Turn this toggle ON to delete the original nodes or elements. This allows the original IDs to be used for the new nodes or elements.

Finite Elements

Action: Transform

Object:

Method:

Node

Mirror

Node ID List 3

Define Mirror Plane Normal

{[0 0 0][0 0 1]}

Offset Parameters Offset

0.0

Delete Original Nodes

Auto Execute

Node List

[0 0 0]

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action §4.3 76 Options

4.3 Transforming Elements

Create Elements by Translating Elements

Specifies a reference coordinate frame in which to translate the elements. If a curvilinear transformation is desired, a cylindrical or spherical coordinate frame should be selected. The default ID is the same as the default coordinate frame.

Specifies the list of elements to be translated. The Element select menu appears.

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Turn this toggle ON to delete the original nodes or elements. This allows the original IDs to be used for the new nodes or elements.

Specifies the number of times to repeat the transformation.

Constructs new elements by performing a rigid-body or curvilinear (nonrigid body) translation, of each elements’ nodes, one or more times by an amount specified by a translation vector (number of iterations is determined by the Repeat Count).

An element is transformed by transforming each of its nodes. The result is exactly the same as if each of the nodes had been individually transformed.

Finite Elements

Action: Transform

Object: Object: Element

Method:

Translation Vector

<1 0 0>

Translate

Element ID List

Type of Transformation

Cartesian in Refer. CF Curvilinear in Refer. CF

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Translation Parameters

Repeat Count

Delete Original Elements

Auto Execute

Element List

-Apply-

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action §4.3 77 Options

Create Elements by Rotating Elements

Specifies a reference coordinate frame in which to rotate the elements. The default ID is that of the default coordinate frame. The Frame select menu appears.

Defines a vector normal to the plane of rotation. The Axis select menu appears.

Specifies the rotation angle, θr (in degrees), through which the elements are to be rotated default is 90 degrees CCW. Enter a negative angle if the rotation is to be CW.

Specifies the angular offset, θo (in degrees), default is 0. Enter a negative angle if the offset is to be CCW.

Specifies the list of elements to be rotated. The Element select menu appears.

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Turn this toggle ON to delete the original nodes or elements. This allows the original IDs to be used for the new nodes or elements.

Specifies the number of times to repeat the transformation.

Constructs new elements by performing a rigid-body rotation of each elements’ nodes one or more times by an amount specified by a rotation angle (number of iterations is determined by the Repeat Count).

An element is transformed by transforming each of its nodes. The result is exactly the same as if each of the nodes had been individually transformed.

Finite Elements

Action: Transform

Object: Element

Method: Rotate

Element ID List

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Axis

{[0 0 0][0 0 1]}

Rotation Parameters Rotation Angle

90.0

Offset Angle

0.0

Repeat Count

Delete Original Elements

Auto Execute

Element List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Transform Action §4.3 78 Options

Create Elements by Mirroring Elements

Specifies the normal to the plane that is to serve as the selected mirror plane. Axis select menu appears. The normal to the plane is defined by a vector where the vector base originates in the plane and the vector tip is normal to the plane.

Specifies the list of elements to be mirrored. The Element select menu appears.

See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Turn this toggle ON to delete the original nodes or elements. This allows the original IDs to be used for the new nodes or elements.

Constructs new elements by reflecting each element’s nodes about a final mirror plane that may be offset form a selected mirror plane.

An element is transformed by transforming each of its nodes. The result is exactly the same as if each of the nodes had been individually transformed.

If ON, the element connectivity will be reversed. Reversing elements ensures that shell elements have consistent normals, and that solid elements have positive volumes. (Note: Negative volume elements will not be created under any circumstances.)

Finite Elements

Action: Transform

Object:

Method:

Element

Mirror

Element ID List

Define Mirror Plane Normal

{[0 0 0][0 0 1]}

Offset Parameters Offset

0.0

Reverse Elements

Delete Original Elements

Auto Execute

Element ID List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action § 79 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

5 The Sweep Action

■ Introduction

■ Sweep Forms

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.1 80 Options

5.1 IntroductionSweeping elements is the process of creating higher order elements by sweeping a lower order element through a prescribed path. Therefore, a hex element may be created by sweeping a quad element through space, the edges of the hex being defined by the corners of the quad as its nodes move along the path. Ten methods for defining the swept paths are provided: Arc, Extrude, Glide, Glide-Guide, Normal, Radial Cylindrical, Radial Spherical, Spherical Theta, Vector Field and Loft.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 81 Options

5.2 Sweep FormsThe following options are available when Sweep is the selected Action and Element is the selected Object.

Method Description

Arc The Arc method allows the creation of one or more elements by sweeping a surface element about an axis of rotation.

Extrude The Extrude method allows creation of one or more elements by moving a base element through space along a defined vector.

Glide The Glide method allows the creation of one or more elements by sweeping the base element along the path of a glide curve.

Glide-Guide The Glide-Guide method allows the creation of one or more elements by sweeping the base element along the path of a glide curve, while the orientation with respect to the base is determined by means of a guide curve.

Normal The Normal method allows creation of one or more elements by sweeping a base of element in a normal direction.

Radial Cylindrical The Radial Cylindrical method allows creation of one or more elements by sweeping the base element through space radially outward from a center axis.

Radial Spherical The Radial Spherical method allows creation of one or more elements by sweeping the base element through space radially outward from a center point.

Spherical Theta The Spherical Theta method allows creation of one or more elements by sweeping the base element through space along a path on a sphere that is like sweeping in the latitude direction in the earth’s latitude and longitude system.

Vector Field The Vector Field method allows creation of one or more elements by sweeping a base element in a direction as determined by evaluating a vector field at each of the base nodes.

Loft The Loft method allows creation of one or more elements by sweeping a 2D base element to the location of a 2D top element. The two meshes have to be topological congruent.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 82 Options

The Arc MethodThe Arc method allows the creation of one or more elements by sweeping base entities about an axis of rotation, as shown below. The element edge length in the swept direction is defined explicitly, similar to creating a mesh seed for the meshing function.

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for elements and nodes

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially, this form is raised because it contains required information.

Specifies the Reference Coordinate Frame where the Axis Vector is defined. The default ID is that of the active coordinate frame.

Specifies the axis of rotation by defining a vector normal to the plane of rotation.

Specifies a positive or negative rotation angle (θr), in degrees, through which the elements are to be swept. Direction of the rotation is determined by the right hand rule. Negative angles may be specified.

Toggle ON to delete base elements after the sweep. Nodes which are not used by other elements are also deleted. Element faces and edges, which may be in the base entity list, are not affected by this toggle.

Specifies a list of base entities to be swept.

θr

Arc

Base Elemen

Axis

Specifies an angular offset, in degrees, for the initial base locations. Negative offset angles may be specified.

Finite Elements

Action: Sweep

Object:

Method:

Element

Arc

Output IDs

Element ID List

Node ID List

FE Parameters …

Mesh Control …

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Axis

{[0 0 0][0 0 1]}

Sweep Angle

90.0

Offset

0.0

Delete Original Elements

Base Entity List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 83 Options

The Extrude MethodThe Extrude method allows creation of one or more elements by moving a base entities through space along a defined vector. The extrusion vector is applied to each listed entity.

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for nodes and elements to be created.

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Specifies the Reference Coordinate Frame in which the Direction Vector is defined. The default ID is the same as the active coordinate frame.

Specifies the direction of the translation. When the direction vector is changed, the Magnitude databox is automatically loaded with the corresponding magnitude of the new vector.

Specifies the distance to extrude along the direction vector. This value is automatically loaded when the direction vector is changed. If negative the sweep will occur in the opposite direction of the direction vector.

Specifies a list of entities which are to be swept.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially, this form is raised because it contains required information.

Specifies an offset for the initial base locations. Negative offsets may be specified.

Finite Elements

Action: Sweep

Method:

Object: Element

Extrude

Output IDs Element ID List1

Node ID List 1

FE Parameters …

Mesh Control …

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Direction Vector

<0 0 -2>

Extrude Distance4.

Offset 0.0

Delete Original Elements

Base Entity List

Eml 4

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 84 Options

The Glide MethodThe Glide method allows the creation of one or more elements by sweeping the base element along a portion or all of a glide curve. The glide curve can exist anywhere in the model and can be traversed in either direction.

Specifies the curve along which to sweep the base entities.

Brings up the Glide Control form. Use to specify beginning and ending sweep locations along the curve and to set the curve sweep parameter as being in arc space or parametric space.

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for nodes and elements to be created.

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially, this form is raised because it contains required information.

Specifies a list of entities which are to be swept.

Toggle ON to cause the sweep to start at the end of the curve and go toward the start.

Finite Elements

Action: Sweep

Method:

Object: Element

Glide

Output IDs Element ID List 1

Node ID List 1

FE Parameters …

Mesh Control …

Glide Curve Data:

Glide Curve

Reverse Curve Direction

Glide Control …

Delete Original Elements

Base Entity List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 85 Options

Glide Control

The Glide Control allows curves in the model to be used without having to perform simple operations such as break and translate. It also allows for sweeping to be done in arc length or parametric coordinates along the curve.

Toggles whether space or parametric coordinate system is used to specify the beginning and ending points below.

Offset from begin/end of curve to begin point. Swept mesh begins at begin point and proceeds to the end point.

Toggle Curve Sweep Parameter. Specifies whether mesh seeding is done in units of arc length or curve parameterization.

Beginning and Ending points on curve along which to do the sweep. If the Parametric Coordinates are toggled on above, these are entered as parametric values on the curve. Points can be in any order along curve. Beginning and ending points on curve are used by default if left blank.

Specifies the Reference Coordinate Frame in which the Beginning and Ending Points are defined. The default ID is the same as the active coordinate frame. This is only used when Space Coordinates is the selected system.

Glide Control

Point Coordinate System

Space Coordinates

Parametric Coordinates

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Glide Begin Point

Glide End Point

Offset to Glide Beginning

Curve Sweep Parameter

Arc Length

Curve Parameterization

◆

◆◆

◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 86 Options

The Glide-Guide MethodThe Glide-Guide method allows the creation of one or more elements by sweeping the base element along the path of a glide curve, while the orientation with respect to the base is determined by means of a guide curve. The sweep offset is determined by the glide curve. The orientation is determined by the glide curve tangent direction and the direction to the guide curve.

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially, this form is raised because it contains required information.

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for nodes and elements to be created.

Toggle ON to cause the sweep to occur in the reverse of the glide curve direction. Should be used when the end of the curve is at the beginning of the desired sweep.

Specifies a list of entities which are to be swept.

Brings up the Glide-Guide Control form. Use to specify beginning and ending sweep locations along the glide and guide curves and to set the curve sweep parameter as being in arc space or parametric space.

Toggle ON to cause the sweep to occur in the reverse of the guide curve direction. Should be used when the end of the curve is at the beginning of the desired sweep. Note that reversing the direction does not mirror it.

Specifies the guide curve to use for determining the orientation of the swept entities.

Specifies the curve along which to sweep the base entities.

Finite Elements

Action: Sweep

Object:

Method:

Node ID List

Pattern:Pattern:Pattern:

Element

Glide — Guide

Output IDs Element ID List 1

FE Parameters …

Mesh Control …

Glide Curve

Reverse Curve Direction

Guide Curve

Reverse Guide Direction

Glide — Guide Control …

Delete Original Elements

Base Entity List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 87 Options

The Glide-Guide method allows sweeps to be swept and rotated along a desired path. One good application of this method is that of meshing a pipe as it goes around a bend.

For this example, the base entities are a quad mesh on the cross section of a pipe. The glide curve is curve 1 and the guide curve is curve 2. The glide curve can be thought of as the top seam of the pipe. In this case, the guide curve is along the bottom seam of the pipe. The centerline of the pipe could just as easily been used.

Although only a 90-degree bend is shown here, the glide and guide curves are not limited to a specified angle or number of bends.

Before:

After:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 88 Options

Glide-Guide Control

The Glide-Guide Control allows curves in the model to be used without having to perform simple operations such as break and translate. It also allows for sweeping to be done in arc length or parametric coordinates along the curve. Note that for Glide-Guide, the beginning or end of the curves should touch the base elements for best results. Otherwise, undesirable results may occur due to the large effect of orientation’s rotations on the base entities.

Offset from begin/end of curve to begin point. Swept mesh begins at begin point.

Toggle curve sweep parameter. Specifies whether mesh seeding is done in units of arc length or curve parameterization.

Beginning and ending points on curve along which to do the sweep. If the Parametric Coordinates are toggled on above, these are entered as parametric values on the curve. Points can be in any order along curve.

Specifies the Reference Coordinate Frame in which the beginning and ending points are defined. The default ID is the same as the active coordinate frame. This is only used when Space Coordinates is one of the selected systems.

Toggles local axis to be preserved as the sweep progresses and the orientation changes along the glide and guide curves.

Toggle type of coordinates to use to specify the beginning and ending points below.

Glide — Guide Control

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Glide Frame Orientation

Preserve Glide Tangent Preserve Guide Direction

Glide Curve: Guide Curve:

Point Coordinate System

Space Coordinates Parametric Coordinates

Point Coordinate System

Space Coordinates Parametric Coordinates

Glide Begin Point

Glide End Point

Guide Begin Point

Guide End Point

Offset to Glide Beginning Offset to Guide Beginning

Curve Sweep Parameter

Arc Length Curve Parameterization

Guide Sweep Parameter

Arc Length Curve Parameterization

◆

◆◆

◆

◆◆

◆

◆◆

◆

◆◆

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 89 Options

The Normal MethodThe Normal method allows creation of one or more elements by sweeping base entities in a normal direction. If the base elements are associated with geometry, the normal direction for each node will be the surface normal at that location. If the elements are unassociated, the normal direction will be the average of the element normals of all the elements in the base entity list referencing the node.

For unassociated base elements, the normals must be consistent. If not, an error is reported and execution terminated.

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for the nodes and elements to be created.

Specifies the sweep distance. If negative the sweep will occur in the opposite direction of the normal vector.

Toggle ON to cause the sweep to occur in the opposite direction indicated by the sign of the Normal Length parameter.

Specifies a list of entities which are to be swept.

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially, this form is raised because it contains required information.

Specifies an offset for the initial base locations. Negative offsets may be specified.

Finite Elements

Action: Sweep

Object:

Method:

Element

Normal

Output IDs Element ID List

Node ID List 18

FE Parameters …

Mesh Control …

Normal Length 1.0

Offset 0.0

Reverse Normal Direction

Delete Original Elements

Base Entity List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 90 Options

The Radial Cylindrical MethodThe Radial Cylindrical method allows creation of one or more elements by sweeping the base element through space radially outward from a center axis.

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for nodes and elements to be created.

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially, this form is raised because it contains required information.

Specifies the Reference Coordinate Frame in which the Axis is defined. The default ID is the same as the active coordinate frame.

Specifies the cylindrical axis. All elements are swept out from this central axis.

Total distance to sweep in radial direction from axis.

Distance to offset in radial direction from axis before starting sweep.

Specifies a list of entities which are to be swept.

Finite Elements

Action: Sweep

Object:

Method:

Element

Radial Cyl.

Output IDs

Element ID List 1

Node ID List 1

FE Parameters …

Mesh Control …

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Axis

Coord 0.3

Radial Distance

1.0

Offset

0.0

Delete Original Elements

Base Entity List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 91 Options

The Radial Spherical MethodThe Radial Spherical method allows creation of one or more elements by sweeping the base element through space radially outward from a center point.

Specifies a list of entities which are to be swept.

Total distance to sweep out from sphere center point.

Offset distance in radial direction to beginning of sweep.

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for nodes and elements to be created.

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially this form is raised because it contains required information.

Specifies the sphere center point. All elements are swept out from this center point.

Specifies the Reference Coordinate Frame in which the Sphere Center Point is defined. The default ID is the same as the active coordinate frame.

Finite Elements

Action: Sweep

Object:

Method:

Element

Radial Sph.

Output IDs Element ID List

Node ID List

FE Parameters …

Mesh Control …

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Sphere Center Point

[0 0 0]

Radial Distance

1.0

Offset

0.0

Delete Original Elements

Base Entity List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 92 Options

The Spherical Theta MethodThe Spherical Theta method allows creation of one or more elements by sweeping the base element through space along a path on a sphere that is like sweeping in the latitude direction in the earth’s latitude and longitude system.

Finite Elements

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for nodes and elements to be created.

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially, this form is raised because it contains required information.

Specifies the Reference Coordinate Frame in which the Sphere Center Point is defined. The default ID is the same as the active coordinate frame.

Specifies a list of entities which are to be swept.

Specifies the offset angle, in degrees, to offset before beginning sweep.

Specifies the angle, in degrees, to sweep the elements, with the positive direction being from the “north” pole towards the “equator” of the spherical system.

Specifies the spherical center point and a direction to the “north pole” of the sphere. All elements are swept in the spherical theta direction with respect to this axis.

Finite Elements

Action: Sweep

Object:

Method:

Element

Sph. Theta

Output IDs

Element ID List 1

Node ID List 1

FE Parameters …

Mesh Control …

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Axis, Base at Sph. Center

Coord 0.3

Sweep Angle

45.0

Offset

0.0

Delete Original Elements

Base Entity List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 93 Options

The following is an example of how the spherical theta method can be used to mesh a section of a hollow sphere:

The base entities are first set up. In this case, they are quads on a patch that is in the x-y plane. The default axis was used for this sweep (i.e., [0 0 0][0 0 1]). Therefore, the reference sphere for the sweeping process is one that is centered at the origin and has its pole along the z-axis.

The sweep direction is from the pole (in this case, the z-axis) toward the south pole, thereby creating a section of a hollow sphere.

Before:

After:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 94 Options

The Vector Field MethodThe Vector Field method allows creation of one or more elements by sweeping a base element in a direction determined by evaluating a vector field at each of its nodes.

Specifies name of selected vector field.

Toggle ON to cause the sweep to occur in the reverse of the field direction.

Factor multiplied by each vector to determine offset from each node in the base entity.

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for nodes and elements to be created.

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially, this form is raised because it contains required information.

Toggle ON to normalize the field vectors before sweeping.

Scaling factor to apply to magnitude of each field vector.

Specifies a list of entities which are to be swept.

Finite Elements

Action: Sweep

Pattern:Pattern:Pattern:

Object: Element

Method: Vector Field

Output IDs

Element ID List

Node ID List

FE Parameters …

Mesh Control …

Existing Vector Fields

Field Name

Reverse Normalize Scaling Factor

1.0

Offset Factor

0.0

Delete Original Elements

Base Entity List

-Apply-

Form automatically lists all of the valid fields in the MSC.Patran database. Sweep only works for spatial vector fields that are created in a real (as opposed to parametric) coordinate system.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 95 Options

The following is an example of how the vector field sweep could be used:

The base entities are quads in the x-y plane. The underlying patch measures 2*PI units in the x direction and 1 unit in the y direction. The following vector field is used:

X = 0.0

Y = 0.0

Z = 1.5 + COS(X)

This field is evaluated at each of the base nodes to determine both the sweep direction and total sweep distance.

The mesh control is set for this example to create 4 equally sized elements in the direction of the sweep. The resulting mesh represents a cosine wave.

Although an equation was used to create the field (see Spatial Field (p. 140) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 5: Functional Assignments), other means can be used, such as filling in a table of data.

Before:

After:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 96 Options

The Loft MethodThe Loft method allows creation of one or more elements by sweeping a 2D base element to the location of a 2D top element. The two meshes have to be topological congruent.

Specify a start element in first and second list. These two elements will be the first to be connected. If no elements are specified the first element in the entity lists will be used as a start element.

Specifies a list of 2D elements which are to be swept. The first and second entity list defines two meshes, which will be connected with 3D elements. The number of elements in these two boxes has to be the same.

Toggle ON to delete base and top elements after the sweep. Nodes which are not used by other elements are also deleted.

Specifies Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions for nodes and elements to be created.

Brings up the FE Parameters form. Use to define optional parameters for the elements to be swept. Normally, the default settings do not need to be modified.

Brings up the Mesh Control form. Use to define mesh control parameters. Initially this form is raised because it contains required information.

Finite Elements

Action: Sweep

Method:

Pattern:Pattern:Pattern:

Object: Element

Loft

Output IDs

Element ID List

Node ID List

FE Parameters …

Mesh Control …

Auto Align Start Elements

Delete Original Elements

Auto Execute

First Entity List

Second Entity List

Start Element in First List

Start Element in Second List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 97 Options

FEM Data

This form appears when the FE Parameters button is selected on any of the Sweep forms.

Specifies the type of element to be swept from each base element type listed.

Specifies the Analysis Coordinate Frame for all of the swept nodes.

Specifies the Reference Coordinate Frame for all of the swept nodes.

Sweep FEM Parameters Sweep Topologies:

Point: Bar2

Bar2: Quad4

Analysis Coordinate Frame

Coord 0

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Results Displacement Offset

Select Results Case…

Select Displacement Result…

Select Layer…

This feature, when turned ON, allows you to sweep elements based on rezoned nodal/element locations from displacement results of a previously run analysis.

For example, say you run an axisymmetric analysis of a wheel. From the displaced results of the axisymmetric model you want to create a full 3D model of the wheel to run subsequent analyses but from the deformed state of the axisymmetric analysis. To do this, you would Select the Results Case… of the axisymmetric model and then Select the Displacement Result… from which you want to create the rezoned mesh. (If multiple layers of results exist, you will have to Select the appropriate Layer… also.)

Naturally the results must exist in the database to perform this rezoned sweep. All sweep commands can use rezoning from displacement results except Method = Loft.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 98 Options

Mesh Control Data

Several Methods for defining either uniform or nonuniform discretization in the sweep direction are available. For the nonuniform methods, MSC.Patran will calculate the node spacing through a geometric progression based on the given L2 ⁄L1 ratio.

Defines a uniform discretization by selecting either “Number of Elements” or “Element Length(L).” If “Number of Elements” is selected, enter an integer value for the desired number of elements. If Element Length is selected, enter an element edge length (MSC.Patran will calculate the resulting number of elements needed, rounded off to the nearest integer value).

Mesh Control

Method:

Uniform

Mesh Control Data

Number of Elements Element Length (L)

Number = 2

◆

◆◆

Defines a nonuniform discretization by selecting either “Number Elements and L2 ⁄L1” or L1 and L2.”

If “Number Elements and L2 ⁄L1” is selected, enter an integer value for the desired number of elements and an edge length ratio as indicated by the diagram. If “L1 and L2” is selected, enter edge lengths for the first and last elements.

MSC.Patran will calculate the nonuniform node spacing through a geometric progression based on the given L2 ⁄L1 ratio. The direction arrow in the diagram indicates the sweep direction.

Mesh Control

Method: One Way Bias

Mesh Control Data

Num Elems and L2/L1 L1 and L2

Number = 3

L2/L1 = 1.5

L2L1

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 99 Options

Defines a nonuniform discretization by selecting either “Number Elements and L2 ⁄L1” or L1 and L2.”

MSC.Patran will calculate the nonuniform node spacing through a geometric progression based on the given L2 ⁄L1 ratio. The direction arrow in the diagram indicates the sweep direction.

Mesh Control

Method: Two Way Bias

Mesh Control Data

Num Elems and L2/L1 L1 and L2

Number = 3

L2/L1 = 1.5

L2L1 L1

◆

◆◆

Enter the number of nodes in the sweep direction.

Mesh Control

Method: PCL Function

Mesh Control Data

Number of Nodes (N)

PCL for jth Node

BetaClusterRoberts

Selecting a Predefined Function will enter its call into the “PCL for jth Node” data box.

To have a user-defined PCL function provide parametric node locations, enter its call(i.e.; my_function(j, N, 0.25) ).

Defines an arbitrary set of node locations by either selecting a Predefined Function or by specifying a user-defined PCL function

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Sweep Action §5.2 100 Options

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Renumber Action § 101 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

6 The Renumber Action

■ Introduction

■ Renumber Forms

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Renumber Action §6.1 102 Options

6.1 IntroductionMost often, ID numbers (IDs) for finite element nodes and elements are chosen and assigned automatically. The Renumber Action permits the IDs of nodes and elements to be changed. This capability is useful to:

• Offset the IDs of a specific list of entities.

• Renumber the IDs of all existing entities within a specified range.

• Compact the IDs of an entity type sequentially from 1 to N.

IDs must be positive integers. Duplicate IDs are not permitted in the List of New IDs, or in the selected Entity List (old IDs). A Starting ID or a List of New IDs may be entered in the input databox. If a finite element entity outside the list of entities being renumbered is using the new ID, the renumber process will abort since each entity must have a unique ID. The default is to renumber all the existing entities beginning with the minimum ID through the maximum ID consecutively starting with 1.

If only one ID is entered, it is assumed to be the starting ID. The entities will be renumbered consecutively beginning with the starting ID.

If more than one ID is entered, then there must be at least as many new IDs as there are valid old IDs. If there are fewer IDs in the List of New IDs than there are valid IDs in the selected Entity List, renumbering will not take place and a message will appear in the command line indicating exactly how many IDs are needed. The List of New IDs may not contain a #. However, the list may have more IDs than needed.

The IDs in the selected Entity List may contain a #. The value of the maximum existing ID is automatically substituted for the #. There may be gaps of nonexisting entities in the list but there must be at least one valid entity ID in order for renumbering to take place.

A percent complete form shows the status of the renumber process. When renumbering is complete, a report appears in the command line indicating the number of entities renumbered and their new IDs. The renumber process may be halted at any time by pressing the Abort button and the old IDs will be restored.

Important: Try to estimate the number of IDs needed. A large number of unnecessary IDs will slow down the renumber process.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Renumber Action §6.2 103 Options

6.2 Renumber FormsWhen Renumber is the selected Action the following options are available.

Object Description

Node The node menu selection provides the capability to renumber or change the IDS of nodes.

Element The element menu selection provides the capability to renumber or change the IDs of elements.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Renumber Action §6.2 104 Options

Renumber NodesFigure 6-1

Use this option to renumber nodes. Each node has a unique node ID. See Introduction (p. 102).

Shows how many nodes exist in the model and minimum ⁄maximum values of node IDs. Note: All nodes are numbered sequentially when the Maximum ID is equal to Total in Model.

Specifies the starting ID, or a list of new node IDs to assign. Node IDs must be positive integers. Although # is not a valid entry here, a large number may be entered. If the number of IDs is less than the number of valid nodes, renumbering will not take place.

Specifies which old nodes are to be renumbered. A list of nodes can be entered here or an active group of nodes can be selected from the viewport.

The default is to renumber all nodes (Node minimum ID to maximum ID) consecutively beginning with the Start ID. The entry, Node 1:#, is also valid to indicate all nodes. There may be gaps of nonexisting nodes in the list, but there must be at least one valid node in order for renumbering to take place. Duplicate IDs are not permitted.

If a node outside the list of nodes being renumbered is using the new ID, the renumber process will abort since each node must have a unique ID.

Finite Elements Action: Renumber

Object:

Node

Node Summary

Total in Model: 2713

Minimum ID 21

Maximum ID 2733

Start ID or List of New IDs

Node List-Apply-

Node List

Node 21:2733

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Renumber Action §6.2 105 Options

Renumber ElementsFigure 6-2

Use this option to renumber elements. Each element has a unique element ID. See Introduction (p. 102).

Shows how many elements exist in the model and minimum ⁄maximum values of element IDs. Note: Elements are numbered sequentially when the Maximum ID is equal to Total in Model.

Specifies the starting ID or list of new element IDs to assign. Element IDs must be positive integers. Although # is not a valid entry here, more IDs than needed may be entered. If there are too few IDs or if there are duplicate IDs in the list, renumbering will not take place.

Specifies which old elements are to be renumbered. A list of elements can be entered here or an active group of elements can be selected from the viewport.

The default is to renumber all elements (Element minimum ID to maximum ID) consecutively beginning with the Start ID. The entry, Element 1:#, is also valid to indicate all elements.There may be gaps of nonexisting elements in the list, but there must be at least one valid element in order for renumbering to take place. Duplicate IDs are not permitted.

If an element outside the list of elements being renumbered is using the new ID, the renumber process will abort since each element must have a unique ID.

Finite Elements

Action: Renumber

Object:

Element

Element Summary

Total in Model: 2423

Minimum ID 15

Maximum ID 4756

Start ID or List of New IDs

Element List

-Apply-

Element 15:4756

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Renumber Action §6.2 106 Options

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Associated Action… § 107 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

7 The Associate Action

■ Introduction

■ Associate Forms

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Associate Action… §7.1 108 Options

7.1 IntroductionThe purpose of the Associate Action is to define a logical connection between geometry and finite elements. The associate action allows users to associate finite element entities to geometries, if they are unassociated, thereby enabling the user to apply loads, boundary conditions and properties directly to the geometry instead of to the individual finite element entities. When associating finite elements to geometric entities, two general rules apply:

Rule 1:The nodes are associated with the lowest order existing topological entity first which is a vertex, then an edge, face, and body.

Rule 2:The finite elements are associated with the same order geometric entity, i.e., a beam element with a curve, or a quad element with a surface.

A typical application would be the importing of an IGES file which has both a geometry and a finite element model. However, there is no associativity between either of the models. The Associate Action will provide the capability of logically connecting the two models together, thus defining an associativity between them.

Association of elements and nodes are based on their geometric proximity to the selected geometry. When associating elements to geometry (except points) users have the option of specifying whether or not a “mesh definition” must be created on the curves or edges. This option creates an implicit mesh record on the curve that allows the mesher to create congruent meshes across neighboring geometries.

CAUTION: When a mesh is associated, to say a surface, and “mesh definition” is requested to be created, if a “mesh definition” already exists on an edge of the surface a warning is issued about a possible non congruent mesh along that edge. This is because the associate code simply duplicates the existing mesh definition as multiple mesh definitions cannot exist on an edge to produce a congruent mesh.

Four methods for associating nodes and finite elements to geometry are provided: Point, Curve, Surface, and Solid.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Associated Action… §7.2 109 Options

7.2 Associate FormsThe following options are available when Associate is the selected Action and Element is the selected Object.

Method Description

Point The Point method allows the association of nodes and0-dimensional finite elements to geometric point entities.

Curve The Curve method allows the association of nodes and 1-dimensional finite elements to topological vertices and edges and geometric curves respectively.

Surface The Surface method allows the association of nodes and 2-dimensional finite elements to topological vertices, edges, and faces and geometric surfaces respectively.

Solid The Solid method allows the association of nodes and 3-dimensional finite elements to topological vertices, edges, faces, and bodies and geometric solids respectively.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Associate Action… §7.2 110 Options

The Point MethodThe Point method allows the association of nodes and 0-dimensional finite elements to geometric point entities. The associate action allows users to associate finite element entities to geometries, if they are unassociated, thereby enabling the user to apply loads, boundary conditions and properties directly to the geometry instead of to the individual finite element entities.

Select the points to associate to existing nodes and 0-dimensional elements. The Point select menu appears.

Finite Elements

Action: Associate

Object:

Method:

Element

Point

Auto Execute

-Apply-

[Element List]

Point List

Point elements to associate to list of selected points (optional).

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Associated Action… §7.2 111 Options

The Curve MethodThe Curve method allows the association of nodes and 1-dimensional finite elements to geometric curve entities. The associate action allows users to associate finite element entities to geometries, if they are unassociated, thereby enabling the user to apply loads, boundary conditions and properties directly to the geometry instead of to the individual finite element entities.

Beam elements to associate to list of selected curves (optional).

Finite Elements _

Action:

Object:

Method:

Create edge mesh definition

-Apply-

Associate

Element

Curve

[Element List]

Point List

Auto Execute

Select the curves to associate to existing nodes and 1-dimensional elements. The Curve select menu appears.

Toggle to create mesh definition on curve based on nodes on curve (default is ON).

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Associate Action… §7.2 112 Options

The Surface MethodThe Surface method allows the association of nodes and 2-dimensional finite elements to geometric surface entities. The associate action allows users to associate finite element entities to geometries, if they are unassociated, thereby enabling the user to apply loads, boundary conditions and properties directly to the geometry instead of to the individual finite element entities.

Select the surfaces to associate to existing nodes and 2-dimensional elements. The Surface select menu appears.

Finite Elements

Action: Associate

Object:

Method:

Element

Surface

-Apply-

Create edge mesh definition

[Element List]

Surface List

Auto Execute

Toggle to create mesh definition on surface edge based on nodes on edge (default is ON).

Surface elements to associate to list of selected surfaces (optional).

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Associated Action… §7.2 113 Options

The Solid MethodThe Solid method allows the association of nodes and 3-dimensional finite elements to geometric solid entities. The associate action allows users to associate finite element entities to geometries, if they are unassociated, thereby enabling the user to apply loads, boundary conditions and properties directly to the geometry instead of to the individual finite element entities.

Select the 3-dimensional elements to associate to existing solid entities in the Solid List. The Solid Element select menu appears.

Select the solids to associate to existing nodes and 3-dimensional elements in the Element List. The Solid select menu appears.

Finite Elements

Action: Associate

Object:

Method:

Element

Solid

Create edge mesh definition

Element List

Solid List

-Apply-

Auto Execute

Toggle to create mesh definition on solid edge based on nodes on edge (default is ON).

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Associate Action… §7.2 114 Options

The Node FormsThis form is used to associate nodes and curves.

Finite Elements

Action: Associate

Object: Node

Method: Curve

Select Nodes

Select a Curve

-Apply-

Select the nodes that will be associated with the curve.

Select the curve that will be associated with the nodes.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Disassociate Action § 115 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

8 The Disassociate Action

■ Introduction

■ Disassociate Forms

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Disassociate Action §8.1 116 Options

8.1 IntroductionThe Finite Element Disassociate action allows the user to disassociate a finite element entity (a node or an element) either by its geometric association or by ID. When a geometry is selected for disassociation, all finite element entities of the selected type associated to that geometry get disassociated. When an ID is selected, only the selected item is disassociated.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Disassociate Action §8.2 117 Options

8.2 Disassociate FormsThe following table shows the possible methods by which Finite Element entities could be disassociated.

Method Description

Elements Disassociate elements associated to the picked geometry.

Disassociate elements with specified IDs from their parent geometry.

Node Disassociate nodes associated to the picked geometry.

Disassociate nodes with specified IDs from their parent geometry.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Disassociate Action §8.2 118 Options

ElementsThe elements may be disassociated from their parent geometry either by picking the parent geometry, in which case all the Finite elememt entities of the chosen type associated to the parent geometry will get disassociated, or by picking individual IDs.

Finite Elements

Action: Disassociate

Object: Element

Method: Geometry

Auto Execute

Geometry List

-Apply-

The user can choose to disassociate elements.

Finite Element entities may be disassociated either by their geometric association or IDs.

Geometry to disassociate FEM element entities from.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Disassociate Action §8.2 119 Options

NodeThe nodes may be disassociated from the parent geometry either by picking the parent geometry, in which case all the FEM entities of the chosen type associated to the picked geometry will be disassociated, or by picking the individual IDs.

Finite Elements

Action: Disassociate

Object: Node

Method: IDs

Auto Execute

Node List

-Apply-

The user can choose to disassociate nodes.

Finite Element entities may be disassociated either by their geometric association or IDs.

Items to disassociate.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Disassociate Action §8.2 120 Options

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Equivalence Action § 121 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

9 The Equivalence Action

■ Introduction to Equivalencing

■ Equivalence Forms

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Equivalence Action §9.1 122 Options

9.1 Introduction to EquivalencingEquivalencing is the process of reducing all nodes that coexist at a point to a single node. This change is propagated through any existing FEM definition (element connectivity definitions, MPC equations, loads and boundary conditions), geometry definition and groups.

By default, a red highlight circle is drawn over each retained node causing the deletion of neighboring nodes. For example, if nodes 2 and 3 are deleted because of their proximity to node 1, then a circle is drawn over node 1. If node labels are active, a highlight label appears indicating the selected ID.

The removal of a node by equivalencing causes all occurrences of that node in the FEM definition to be replaced with the surviving node, which is usually the coincident node with the lowest ID. The surviving node remains associated with whatever geometric entity it was associated with prior to equivalencing. However, the effect on groups are additive. For example, if equivalencing removes a node which belongs to group1, in favor of a surviving node which belongs to group2, then the surviving node is associated with both groups.

The selection of the retained node among a set of coincident nodes is guided by two principles:

1. The node with the lowest ID should be retained.

2. Equivalencing must never cause element edge collapse or the removal of an MPC equation or zero length element, such as a spring or mass.

Therefore, MSC.Patran always retains the coincident node with the lowest ID, unless one of the coincident nodes belongs to an MPC or a zero length element edge, and the MPC or element contains at least two nodes in the set of nodes for which equivalencing has been requested. (In the Equivalence-All option, for example, that set is the set of all nodes in the model.) Furthermore, if nodes 1, 2, and 3 are coincident and nodes 2 and 3 are connected by an MPC equation, then if the Equivalence-All option is chosen, all references to node 1 will be replaced with node 2. However, if the Equivalence-List option is used with a node list of “Node 1:2”, then all references to node 2 will be replaced with node 1. The MPC is ignored here because only one of its nodes is in the user-specified set.

The automated equivalencing method available in MSC.Patran is called Geometric Equivalencing. Geometric Equivalencing is based upon the physical coordinates of the node points. The proximity is compared with a user definable tolerance parameter called the Equivalencing Tolerance.

Equivalencing can be delayed until the completion of the model, but it is generally recommended that equivalencing be performed before loads and boundary conditions are defined. In this way, diagnostics which may be issued for loads and boundary conditions will have more significance since MSC.Patran will be implementing the values of nodal attributes at common nodes at the time of loads and boundary specification.

Equivalencing should always be performed prior to the optimization of element connectivity and the generation of the neutral file output file.

The model, or any portion of the model, can be equivalenced more than once. When the new component is completed and equivalenced, only those nodes which are newly equivalenced as a result of this second equivalencing will be circled.

It is necessary to perform local equivalencing whenever a modification is made to a region’s mesh. Only the new nodes will be subject to equivalencing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Equivalence Action §9.1 123 Options

If the INTERRUPT button is selected during equivalencing, the search for equivalent nodes is immediately terminated. If any changes have been made to the node numbering sequence, they will be reversed.

The results of equivalencing can be verified by bringing up the “Verify ⁄Element ⁄Boundaries” form.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Equivalence Action §9.2 124 Options

9.2 Equivalence FormsWhen Equivalence is the selected Action the following options are available.

Object Method Description

All Tolerance Cube Equivalence the whole model using tolerance cube.

Tolerance Sphere Equivalence the whole model using tolerance sphere.

Group Tolerance Cube Equivalence only nodes in groups specified using tolerance cube.

Tolerance Sphere Equivalence only nodes in groups specified using tolerance sphere.

List Tolerance Cube Equivalence nodes in user-defined lists by cube tolerance.

Tolerance Sphere Equivalence nodes in user-defined lists by sphere tolerance.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Equivalence Action §9.2 125 Options

Equivalence — All

Note: You can now generate a Node Equivalence Report by setting the environment variable «WRITE_EQUIVALENCE_REPORT» to «YES”. To set the variable, type:

setenv WRITE_EQUIVALENCE_REPORT , YES

in The settings.pcl file (p. 41).

Use this option to have all nodes in the model considered for equivalencing.

A user-definable tolerance parameter used to determine whether two nodes are sufficiently close to be considered coincident, and therefore are subject to nodal equivalencing. By default, this parameter is equal to the Global Model Tolerance set in Global Preferences. The value in the Equivalencing Tolerance databox is used for equivalencing, but the value set in Global Preferences will continue to appear every time equivalencing is reselected.

The tolerance should never be set too low (less than 10.E-7) since computational round-off can cause two otherwise identical points to be slightly offset. As part of the equivalencing computations, MSC.Patran internally calculates the minimum tolerance that will ensure that no element edges will collapse. If this calculated tolerance is less than the user selected tolerance, then the calculated tolerance is used and a message is issued.

The following are methods available for equivalencing:

Tolerance Cube

The equivalencing procedure which uses a cube and is the default method used for equivalencing. If Tolerance Cube is selected, then two node points are equivalenced if all of their coordinates in the global Cartesian frame lie within the tolerance of each other. The node with the lower ID is always retained.

Tolerance Sphere

Uses a sphere for equivalencing. If Tolerance Sphere is chosen, two node points are equivalenced if the distance between them is within the tolerance.

For information on the Equivalence action, see Introduction to Equivalencing (p. 122).

All selected nodes will be excluded from equivalencing.

Finite Elements

Action: Equivalence

Object:

All

Method: Tolerance Cube

Nodes to be excluded

Equivalencing Tolerance 0.005

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Equivalence Action §9.2 126 Options

Equivalence — Group

Use this option to have only those nodes belonging to a particular set of groups considered for equivalencing.

A user-definable tolerance parameter used to determine whether two nodes are sufficiently close to be considered coincident and therefore are subject to nodal equivalencing. By default, this parameter is equal to the Global Model Tolerance set in Global Preferences. The value in the Equivalencing Tolerance databox is used for equivalencing, but the value set in Global Preferences will continue to appear every time equivalencing is reselected. The tolerance should never be set too low (less than 10.E-7) since computational round-off can cause two otherwise identical points to be slightly offset. As part of the equivalencing computations, MSC.Patran internally calculates the minimum tolerance that will ensure that no element edges will collapse. If this calculated tolerance is less than the user selected tolerance, then the calculated tolerance is used and a message is issued.

The following are methods available for equivalencing:

Tolerance Cube

Uses a cube and is the default method used for equivalencing. If Tolerance Cube is selected, then two node points are equivalenced if all of their coordinates in the global Cartesian frame lie within the tolerance of each other. The node with the lower ID is always retained.

Tolerance Sphere

Uses a sphere for equivalencing. If Tolerance Sphere is chosen, two node points are equivalenced if the distance between them is within the tolerance.

For information on the Equivalence action, see Introduction to Equivalencing (p. 122).

All selected nodes will be excluded from equivalencing.

Finite Elements

Action: Equivalence

Object:

Group

Method: Tolerance Cube

Filter *

Filter

Select Groups default_group

Nodes to be excluded

Equivalencing Tolerance

0.005

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Equivalence Action §9.2 127 Options

Equivalence — ListFigure 9-1

Use this option to have only nodes in a user- defined set considered for equivalencing.

The following are methods available for equivalencing:

Tolerance Cube

Toler-ance Sphere

Uses a sphere for equivalencing. If Tolerance Sphere is chosen, two node points are equivalenced if the distance between them is within the tolerance.

For information on the Equivalence action, see Introduction to Equivalencing (p. 122).

All selected nodes will be excluded from equivalencing.

Finite Elements

Action: Equivalence

Object:

List

Method: Tolerance Cube

Nodes to Equivalence

Nodes to be excluded

Equivalencing Tolerance

0.005

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Equivalence Action §9.2 128 Options

Toggle to control entities to preview.

Erase all nodes and elements. This button is intended to be used first. It will enable the other options and start out with no nodes and elements visible.

Plot all nodes and elements.

Preview nodes and/or associated elements which are going to be deleted by the equivalence function. This button previews the action taking place by using the apply button.

All selected entities associated to a free face in the posted groups will be added to the display. Only 3D elements will be used.

Preview Nodes and Elements:

Node Elem Both

Plot Free Edge FEM

Plot Free Face FEM

Erase All FEM

Plot All FEM

Preview

-Apply-

All selected entities associated to a free edge in the posted groups will be added to the display.

◆◆ ◆◆ ◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Optimize Action… § 129 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

10 The Optimize Action

■ Introduction to Optimization

■ Optimizing Nodes and Elements

■ Selecting an Optimization Method

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Optimize Action… §10.1 130 Options

10.1 Introduction to OptimizationThe purpose of optimization is to renumber the nodes or elements of a model in such a way that the stiffness matrix assembled in a finite element analysis can be solved (inverted) by using a minimum of CPU time, memory, and disk space.

The solvers, used by finite element codes, take advantage of the fact that the stiffness matrix is symmetric, banded, and sparse (see Figure 10-1). The cost (CPU time, memory, and disk space) of solving the matrix is determined by the sparsity or zero-nonzero characteristics of the matrix. The sparsity is affected by the numbering of the nodes, or elements, depending on the solver. In general, the attributes of the matrix (see Table 10-1) are minimized when connected nodes or elements are numbered as close as possible to each other.

Prior to optimizing a model, complete all meshing operations. In addition, all coincident nodes should be merged (through Equivalencing) and the model boundaries verified. If the node or element definitions in the model are changed or modified after optimization, the model should be re-optimized.

Figure 10-1 A Sparse, Symmetric Matrix

COLUMN i

ROW i

NULL

SYMMETRIC

• Optimizing Nodes and Elements (p. 132)• Selecting an Optimization Method (p. 133)

☞ More Help:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Optimize Action… §10.1 131 Options

Table 10-1 The Attributes of a Matrix

Row Bandwidth bi = bandwidth for row i. (See Figure 10-1 for bi.)

Matrix Bandwidth The matrix bandwidth, B, is given by: B = max .

Matrix Profile

The matrix profile, P, is given by: P =

Active Column A column j is an active column in row i if there is an entry in that column in any row with index k <=1.

Row Wavefront wi, the row wavefront for row i, is the number of active columns in row i.

Matrix Wavefront The matrix wavefront, W, is given by:

W = max wi

RMS Wavefront The root mean square wavefront, WRMS, is given by:

WRMS = (1 ⁄N)*

∑

wi2

i 1=

∑

• Optimizing Nodes and Elements (p. 132)• Selecting an Optimization Method (p. 133)

☞ More Help:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Optimize Action… §10.2 132 Options

10.2 Optimizing Nodes and Elements

Either node or element IDs can be optimized.

The decision whether to choose node or element optimization is based on whether the analysis code’s solution process depends on node or element order. See Selecting an Optimization Method (p. 133).

All nodes or elements in the model will be optimized.

Element optimization will be based on element connectivity, and node optimization will be based on node connectivity. Both elements and MPCs are taken into account when determining node connectivity.

different results for a given structure. If Both is selected, both the Cuthill-McKee and the Gibbs-Poole-Stockmeyer algorithms are invoked, and the results from the method which gives the minimum criterion value are used.

Cuthill-McKeeGibbs-Poole-StkBoth

The mathematical method used to optimize nodes and elements. The Cuthill-McKee and the Gibbs-Poole-Stockmeyer methods are closely related, but may yield slightly

The criteria which may be minimized by the optimization algorithm are:

RMS Wavefront:The root mean square of the matrix row wavefronts

Bandwidth:The maximum matrix row bandwidth

Profile:The profile of the matrix

Max Wavefront:The maximum matrix wavefront

After Apply has been selected, MSC.Patran determines the optimal node or element ordering according to the criterion selected. All nodes or elements are then renumbered to reflect the results of the optimization. A form is displayed which lists statistics about the optimization, such as the bandwidth, profile, maximum wavefront, average wavefront, and RMS wavefront computed before and after optimization. If the “Both” method is selected the form lists after statistics for both methods.

• Introduction to Optimization (p. 130)• Selecting an Optimization Method (p. 133)

☞ More Help:

Important: During node optimization unreferenced nodes (nodes which are not referenced by an element or an MPC) are retained and renumbered after the referenced nodes. If these nodes are not desired, they can be deleted using the Delete Nodes option.

Finite Elements

Action: Optimize

Object:

Object: Nodes

Method: Cuthill-McKee

Minimization Criterion

RMS Wavefront

Bandwidth

Profile

Max Wavefront

Starting Node ID

-Apply-

Specifies the starting ID used when renumbering the nodes or elements.

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Optimize Action… §10.3 133 Options

10.3 Selecting an Optimization MethodThis section suggests the optimization type, method, and criterion to be selected for commonly used analysis codes. For analysis codes not listed below, please refer to the code vendor for a recommendation.

Note that the choice of method and criterion may depend on the structure of your model and type of analysis (static vs. dynamic). As a result, the recommendations given below are suggested only as guidelines.

Most of the commonly used analysis codes have their own built-in optimizers which internally renumber the nodes or elements. These codes are marked with an asterisk(*) in the following table. The external IDs do not change. There are a couple of advantages to using the code specific optimizers.

• They are tuned to the specific analysis code.

• They give control of the entity IDs back to the user.

However, there are cases where the MSC.Patran optimizer does a better job than the code specific optimizer.

Analysis Code Object Method Minimization Criterion

ABAQUS*

* Analysis code with built-in optimizers which internally renumber the nodes or elements.

Elements BOTH RMS WAVEFRONT

MSC.Nastran* Nodes BOTH RMS WAVEFRONT

MSC.Marc* Nodes BOTH RMS WAVEFRONT

FEA* Nodes BOTH PROFILE

• Introduction to Optimization (p. 130)• Optimizing Nodes and Elements (p. 132)

☞ More Help:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Optimize Action… §10.3 134 Options

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action § 135 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

11 The Verify Action

■ Introduction to Verification

■ Verify Forms

■ Theory

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.1 136 Options

11.1 Introduction to VerificationModel verification consists of a number of different tests which can be performed to check the validity of a finite element model. These tests include checks of element distortion, element duplication, model boundaries, nodal connectivity, and node ⁄element ID numbering.

In the case of distortion checking, MSC.Patran provides a series of automated tests to measure the “distortion” of elements from an “ideal” shape through measurable geometric properties of the element. The results of these tests are compared to user specified criteria and a determination is made whether the element is acceptable or not. The pass ⁄fail criteria is analysis code dependant and is updated automatically when the Analysis Preference is changed.

Verification tests are always performed on the current group of the active viewport except in the case of duplicate elements in which case the entire model is checked.

To get an overview when checking a specific element type, there is a test choice of All. When this is selected MSC.Patran will display a spreadsheet showing a summary of the total number of elements that exceed a threshold value for each of the distortion checks, and the actual test value and element ID number for the most extreme element.

Model Verification provides visual feedback of the selected test. Element distortion checks allow the selection of a threshold value using a slidebar. During the check, any element, which exceeds the threshold value, is highlighted and its value is listed in the Command Line. Upon completion of the check MSC.Patran will color code the elements based on the computed test value. Elements with a value higher than the threshold are colored with the highest spectrum color, all other values are assigned uniformly through the other spectrum levels. The current group will be rendered using the Element Fill style. Verification forms for Quad elements include an icon that allows a selection to split failed elements or simply highlight them.

Other checks, such as element duplication and connectivity, give options only to highlight any offending elements, or automatically correct the model.

Model boundaries may either be displayed as edge lines, showing unshared edges in the model, or as shaded faces, showing unshared surfaces.

All verification tests that involve color-coding, shading, or some other method of re-rendering the model have a Reset Graphics button on the form. Selecting this button will undo any rendering procedures performed by the most recent verification activity. The render style and spectrum display will be returned to the pre-test settings they had before the Apply button was selected. If you will be performing more than one type of verification test, it is recommended to choose Reset Graphics after each test is completed. Remember Reset Graphics resets to the settings prior to the current verification activity, not to those at the start of all verification.

All element specific verification forms have a Normalize button. By default, the normalize option will not be selected, and the slidebar will represent an actual value for the verification test threshold. If the normalize option may be selected, the slidebar will now represent a range of values from zero to one. The value of zero will represent the most reliable shape for this element type.

All element specific verification forms also have a Reset button. Selecting this button returns the slidebar and all toggles to the settings they had when the form was opened.

The information obtained from verification procedures can assist the engineer in deciding if the finite element model is satisfactory, or should be adjusted through remeshing or element modification.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 137 Options

11.2 Verify FormsWhen Verify is the selected Action the following options are available.

Object Test Description

Element Boundaries Plots the free edges or faces of finite elements.

Duplicates Checks elements for identical corner (or end) nodes.

Normals Compare adjacent shell normals.

Connectivity Check solid elements for proper connectivity using a volume calculation.

Geometry Fit Checks fit error distances between elements and their parent geometry.

Jacobian Ratio

Reports the maximum variation of the determinant of the Jacobian over each element.

Jacobian Zero

Reports the minimum determinant of the Jacobian for each element.

IDs Assigns color to the Finite Elements based on the Element ID number.

Tria All Tests tria elements for each of the tria verification tests. Reports the worst case for each test and the element at which it occurs.

Aspect Measures length to width ratio of tria elements.

Skew Tests tria elements for angular deviation using an edge bisector method.

Quad All Tests quad elements for each of the quad verification tests. Reports the worst case for each test and the element at which it occurs.

Aspect Measures length to width ratio of quad elements.

Warp Tests quad elements for deviation out of plane.

Skew Tests quad elements for angular deviation from a rectangular shape using an edge bisector method.

Taper Tests quad elements for geometric deviation from a rectangular shape.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 138 Options

Tet All Tests tet elements for each of the tet verification tests. Reports the worst case for each test and the element at which it occurs.

Aspect Compares ratio of height to square root of opposing face area of tet elements.

Edge Angle Calculates the maximum deviation angle between adjacent faces of tet elements.

Face Skew Tests each face of tet elements for angular deviation using an edge bisector method.

Collapse Tests tet elements for near zero volume.

Wedge All Tests wedge elements for each of the wedge verification tests. Reports the worst case for each test and the element at which it occurs.

Aspect Compares the maximum ratio of the height of the triangular sides to the distance between them for each wedge element.

Edge Angle Calculates the angular deviation between adjacent faces of wedge elements.

Face Skew Tests each face of wedge elements for angular deviation using an edge bisector method.

Face Warp Tests each quad face of wedge elements for deviation out of plane.

Twist Computes a twist angle between the two triangular faces of wedge elements.

Face Taper Tests each quad face of wedge elements for geometric deviation from a rectangular shape.

Hex All Tests hex elements for each of the hex verification tests. Reports the worst case for each test and the element at which it occurs.

Aspect Calculates the ratio of the maximum to minimum distance between opposing faces for each Hex element.

Edge Angle Calculates the angular deviation between adjacent faces of hex elements.

Face Skew Calculates the skew angle for each face of a hex element and reports the maximum.

Face Warp Calculates the deviation out of plane for each element face.

Twist Computes twist between the opposing faces of hex elements.

Face Taper Tests each Hex element for geometric deviation from a rectangular shape.

Object Test Description

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 139 Options

Node IDs Computes contour lines based on the ID numbers of the Nodes.

Midnode Normal Offset

Calculates the ratio between the perpendicular offset of the midside node and the element edge length.

Tangent Offset

Measures the offset from the center of the element edge to the midside node. Calculates the ratio of this offset to the element edge length.

Superelement

Displays superelement’s boundaries with or without the boundary nodes.

Object Test Description

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 140 Options

Verify — Element (Boundaries)

Finite Elements

Verify Action:

Element Object:

Boundaries Test:

Free Edges

Free Faces

Display Type

Reset Graphics

Apply

Plots the boundary as free edges, or optionally free faces, of all Posted elements in all viewports. A boundary is defined as any edge or face of a finite element which is not shared by at least one other element. Therefore, this test will display, in addition to interior and exterior edges/faces of the group, any interior “cracks”. Cracks will appear along geometric boundaries prior to equivalencing.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will either change from Flat Shaded (for free faces) or Boundary Line (for free edges) back to the original Render Style. If you were originally using entity type display mode, this will again become the default. Exiting this form will reset graphics.

Selecting Free Edges displays any unshared edges that define the boundary of your current group in yellow.

Selecting Free Faces displays any unshared faces in your current group in a yellow Flat Shaded render style.

Important: If you are in entity type display mode when you start boundary verification, MSC.Patran will temporarily enter group display mode to display the group boundaries.

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 141 Options

Verify — Element (Duplicates)Elements in the entire model are checked for identical corner (or end) nodes.

Finite Elements

Verify Action:

Element Object:

Duplicates Test:

Display Only

Delete Higher ID Delete Lower ID

Test Control

Reset Graphics

Apply

Returns your graphic display back to the way it was when the form was opened.This will unhighlight duplicate elements. Exiting this form will also reset graphics.

MSC.Patran gives the option to highlight any duplicate elements found, or, if you select the icon, you may choose to have MSC.Patran automatically eliminate any duplicates found. When delete duplicates is selected you may choose which element ID of the two to remove from the database.

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 142 Options

Verify — Element (Normals)Figure 11-1

Finite Elements

Verify Action:

Element Object:

Normals Test:

Color Code Elements Draw Normal Vectors

Display Control

Display Only

Test Control

Reset Graphics

Apply

There are two options for displaying the element normal information:

1. The elements may be color-coded. Elements will initially be colored white, any element whose normal is reversed will be highlighted in red.Note: Be sure to equivalence your model before color coding. This is necessary because the color-coding algorithm only compares elements with shared edges.

2. Or MSC.Patran may draw the normal vectors and plot arrows pointing from the element centroids in the element normal direction.

Normal directions are processed for each shell element in the current group in the active viewport.

There are two available options for controlling what MSC.Patran does with the element normal information:

1. The default choice is Display Only which tells MSC.Patran the only action you want it to take is to graphically display the normal information.

2. Or you may select the Display Only icon to change the test control to Reverse Elements. This allows you to specify (or select) a Guiding Element to which all other element normals in your current group will be matched.

◆

◆◆

Fringe Attributes

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually change from Element Fill back to the original Render Style, or will remove all those little vectors from the viewport. Exiting this form will also reset graphics.

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 143 Options

Verify — Element (Connectivity)All solid elements in the current group in the active viewport are checked for proper connectivity using a volume calculation.

Finite Elements

Verify Action:

Element Object:

Connectivity Test:

Highlight Only

Apply

Elements found to have negative volume will be color coded for identification purposes when the highlight only icon is selected. Otherwise, the offending elements will be automatically reversed when the reverse icon is selected.

• MSC.Patran’s Element Library (p. 320) ☞ More Help:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 144 Options

Verify — Element (Geometry Fit)All elements in the current group in the active viewport are checked for maximum distance between the element and the parent geometry.

Enter the maximum acceptable distance between an element and its parent geometry.

Returns your graphic display back to the way it was when the form was opened. This will usually change from Element Fill back to the original Render Style and remove the spectrum display from your viewport.

Finite Elements

Verify Action:

Element Object:

Geometry FitTest:

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

Threshold h Value =0.001Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group that were tested and failed.

Note: Linear elements such as Bar/2, Quad/4, and Hex/8 are evaluated at one point per bar or element face. Quadratic elements such as Bar/3, Quad/8, and Hex/20 are evaluated at two points per bar or four points per element face. Cubic elements such as Bar/4, Quad/12, and Hex/32 are evaluated at three points per bar or nine points per element face.

Reset Graphics

Apply

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 145 Options

Verify — Element (Jacobian Ratio)The ratio of the maximum determinant of the Jacobian to the minimum determinant of the Jacobian is calculated for each element in the current group in the active viewport. This element shape test can be used to identify elements with interior corner angles far from 90 degrees or high order elements with misplaced midside nodes. A ratio close or equal to 1.0 is desired.

Finite Elements

Verify Action:

Element Object:

Jacobian Ratio Test:

Returns your graphic display to the way it was when you entered the form. This will usually change from Element Fill back to the original Render Style, and remove the spectrum display from your viewport.

Note: The minimum and maximum ratios and the associated elements are echoed in the command line. Elements in the current group are color-coded according to the value of the Jacobian ratio and will be plotted in the Element Fill render style.

Reset Graphics

Apply

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 146 Options

Verify — Element (Jacobian Zero)The determinant of the Jacobian (J) is calculated at all integration points for each element in the current group in the active viewport. The minimum value for each element is determined. This element shape test can be used to identify incorrectly shaped elements. A well-formed element will have J positive at each Gauss point and not greatly different from the value of J at other Gauss points. J approaches zero as an element vertex angle approaches 180 degrees.

Finite Elements

Verify Action:

Element Object:

Jacobian Zero Test:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually change from Element Fill back to the original Render Style, and remove the spectrum display from your viewport.

Note: The minimum and maximum value and the associated elements are echoed in the command line. Elements in the current group are color-coded according to the value of the determinant of the Jacobian and will be plotted in the Element Fill render style.

Min ( ,J1 J2 )

Reset Graphics

Apply

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 147 Options

Verify — Element (IDs)Each element in the current group in the active viewport is assigned a color based on its ID number.

Finite Elements

Verify Action:

Element Object:

IDs Test:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn off the Spectrum Display, and change from Element Fill back to your original Render Style.

When the Apply button is selected, the color assignments are generated. The model is plotted with the elements on the visible surfaces filled in with their corresponding color.

Reset Graphics

Apply

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 148 Options

Verify — Tria (All)Each tria element in the current group is tested for each of the tria verification tests.

Finite Elements

Verify Action:

Tria Object:

All Test:

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

Aspect Ratio: 5.

Skew Angle: 30.

Normal Offset: 0.15

Tangent Offset: 0.15

Reliability Threshold

Apply When the Apply button is selected, a spreadsheet will be displayed showing the worst case value for each test and the element at which it occurs.

Write to Report

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 149 Options

Verify — Tria (All) Spreadsheet

Tria Verification Summary

Test Number Failed Worst Case At Element

Aspect

Skew

Normal Offset 1

2 max=4.185907

max=61.91709 1

max=1.192093E-06 212

359

This column lists the Verification test. All tests listed on the application form will be performed. Use the scroll bar to view additional tests.

The last two columns list the maximum (or minimum, if applicable) value of the test and the element at which this worst case occurs.

This column lists the number of elements in the current group that exceeded the reliability threshold shown on the application form.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 150 Options

Verify — Tria (Aspect)All of the tria elements in the current group of the active viewport are tested for length to width ratio.

When the Normalize button is selected, the computed aspect ratio is inverted and subtracted from 1. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Aspect Ratio. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn off the Spectrum Display, and change from Element Fill back to your original Render Style.

• Aspect Ratio (p. 187)

☞ More Help:

Action: Verify

Object: Object: Object: Object: Tria

Test: Aspect

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

20.1.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

h23 h2

2 h1

√

1.00

Finite Elements

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 151 Options

Verify — Tria (Skew)Each tria element in the current group of the active viewport is tested for skew. The skew angle is obtained as described in Theory (p. 184).

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display, and change from Element Fill back to your original Render Style.

When the Normalize button is selected, the computed skew angle will be divided by 90°. An equilateral triangle will have a skew angle (and skew factor) of 0. When the Normalize button is turned off, the slidebar represents the computed Skew Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Skew Angle is computed (p. 184) ☞ More Help:

Action: Verify

Object: Object: Object: Object: Tria

Test: Skew

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

90× α°-

.00

Skew Angle

Finite Elements

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 152 Options

Verify — Quad (All)Each quad element in the current group of the active viewport is tested for each of the quad verification tests.

Finite Elements

Verify Action:

Quad Object:

All Test:

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

Aspect Ratio: 5.0

Warp Angle: 7.0

Skew Angle: 30.

Taper: 0.8

Normal Offset: 0.15

Tangent Offset: 0.15

Reliability Threshold

Apply

When the Apply button is selected a spreadsheet will be displayed showing the worst case value for each test and the element at which it occurs.

• Spreadsheet Information (p. 153) • Test Definitions (p. 184)

☞ More Help:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 153 Options

Verify — Quad (All) Spreadsheet

Quad Verification Summary

Test Number Failed Worst Case At Element

Aspect

Warp

Skew 1

14 max=3.2461078

max=0.

max=51.957664 260

260

This column lists the Verification test. All tests listed on the application form will be performed. Use the scroll bar to view additional tests.

The last two columns list the maximum (or minimum, if applicable) value of the test and the element at which this worst case occurs.

This column lists the number of elements in the current group that exceeded the reliability threshold shown on the application form.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 154 Options

Verify — Quad (Aspect)All of the quads in the current group, in the active viewport, are tested for length to width ratio. During the check, if an element exceeds the threshold value set by the slidebar, it is highlighted and MSC.Patran echoes the element’s ID number, and its aspect value in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its aspect value, and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

Elements that exceed the aspect ratio specified by using the slidebar, will be color coded for identification purposes when the highlight only icon is selected. Otherwise, the offending elements will be highlighted in the viewport one-by-one, and the user will be prompted for permission to split each element into two elements.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to the original Render Style.

• How Aspect Ratio is computed (p. 187) ☞ More Help:

When the Normalize button is selected, the computed aspect ratio will be subtracted from 1. A square element with equal edge lengths will have a normalized value equal

to zero and therefore, will be the most reliable.

When the Normalize button is turned Off, the slidebar represents the computed Aspect Ratio. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

1h1h2——–

Action: Verify

Object: Object: Object: Object: Quad

Test: Aspect

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

50.

Highlight Only

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

Finite Elements

Aspect Ratio

1.00

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 155 Options

Verify — Quad (Warp)Each quad element in the current group of the active viewport is tested for warp. The warp angle is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its warp value in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its warp value and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed warp angle will be divided by 15°. A “perfect” element will have no out-of-plane component and will therefore be the most reliable. When the Normalize button is turned off, the slidebar represents the computed Warp Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

Elements that exceed the warp angle specified by using the slidebar, will be color coded for identification purposes when the highlight only icon is selected. Otherwise, the offending elements will be highlighted in the viewport one-by-one, and the user will be prompted for permission to split each element into two tria elements.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

• How Warp Angle is computed (p. 191) ☞ More Help:

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Quad

Test: Warp

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90.

Highlight Only

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Warp Angle

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 156 Options

Verify — Quad (Skew)Each quad element in the current group in the active viewport is tested for skew. The skew angle is obtained as described in Theory (p. 184). Prior to testing for skew, each element is checked for convexity. If any element fails the convexity, test a warning message will be issued. Processing will continue on to the next element.

When the Normalize button is selected the computed skew angle will be divided by 90°. A “perfect” element with corner angles of 90° will have a normalized value equal to zero

and will therefore be the most reliable. When the

Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Skew Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

90° α–90°——————

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

• How Skew Angle is computed (p. 184) ☞ More Help:

Elements that exceed the skew angle specified by using the slidebar, will be color coded for identification purposes when the highlight only icon is selected. Otherwise, the offending elements will be highlighted in the viewport one-by-one, and the user will be prompted for permission to split each element into two tria elements.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Quad

Test: Skew

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90. 0.

Highlight Only

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Skew Angle

90× α°-

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 157 Options

Verify — Quad (Taper)Each quad element in the current group in the active viewport is tested for taper. The taper ratio is obtained as described in Theory (p. 184).

When the Normalize button is selected, the computed Taper ratio will be subtracted from 1. A “perfect” element will have all 4 triangular subareas (a) equal; therefore, 4*a⁄total area will equal 1 and the normalized equation will yield a taper factor of 0. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Taper Ratio. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Taper is computed (p. 192) ☞ More Help:

Elements that exceed the Taper ratio specified by using the slidebar, will be color coded for identification purposes when the highlight only icon is selected. Otherwise, the offending elements will be highlighted in the viewport one-by-one, and the user will be prompted for permission to split each element into two quad elements.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Quad

Test: Taper

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90.0.

Highlight Only

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Taper Angle

4 aA

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 158 Options

Verify — Tet (All)Each Tetrahedral element in the current group is tested for each of the Tet verification tests.

Finite Elements

Verify Action:

Tet Object:

All Test:

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

Aspect Ratio: 5.0

Edge Angle: 30.

Face Skew: 30.

Collapse: 0.15

Normal Offset: 0.15

Tangent Offset: 0.15

Reliability Threshold

Apply When the Apply button is selected, a spreadsheet will be displayed showing the worst case value for each test and the element at which it occurs.

• Spreadsheet Information (p. 159) • Test Definition (p. 184)

☞ More Help:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 159 Options

Verify — Tet (All) Spreadsheet

Tet Verification Summary

Test Number Failed Worst Case At Element

Aspect

Edge Angle

Face Skew 1

14 Max=4.0778556

Max=55.064632

Max=67.38166 16

135

This column lists the Verification test. All tests listed on the application form will be performed. Use the scroll bar to view additional tests.

The last two columns list the maximum (or minimum, if applicable) value of the test and the element at which this worst case occurs.

This column lists the number of elements in the current group that exceeded the reliability threshold shown on the application form.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 160 Options

Verify — Tet (Aspect)All of the Tets in the current group are tested for the ratio of height to square root of opposing face area. During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its aspect ratio in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its aspect ratio and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed aspect ratio will be subtracted from 1. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Aspect Ratio. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Aspect Ratio is computed (p. 188)

☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Tet

Test: Aspect

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

20. 1.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

1.00

Aspect Ratio

Max (c . hi⁄√Ai)cζ = .805927

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 161 Options

Verify — Tet (Edge Angle)

When the Normalize button is selected, the computed edge angle will be divided by 110°. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Edge Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Edge Angle is computed (p. 193)

☞ More Help:

All of the tetrahedral elements in the current group of the active viewport are tested for the maximum angle between adjacent faces. An edge angle is the absolute value of the angle between the two faces meeting at an edge subtracted from 70.529°. During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its edge angle in the command line. At completion, each element is color-coded according to the edge angle and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn off the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Tet

Test: Edge Angle

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

110. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

1.00

Edge Angle

— 70.53

α °

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe AttributesSee Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 162 Options

Verify — Tet (Face Skew)Each face of each tetrahedral element in the current group is tested for skew as if it were a Tria element. The skew angle is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its maximum skew angle in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its skew angle and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed skew angle will be divided by 90°. An equilateral triangle will have a skew angle of 0. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed skew angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn off the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Tet

Test: Face Skew

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Face Skew Angle

90× α°-

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 163 Options

Verify — Tet (Collapse)All of the tetrahedral elements in the current group are tested for volume. The collapse value is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its collapse value in the command line. At completion, each element is color-coded according to the collapse value and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed collapse ratio will be subtracted from 1. For an equilateral tet, the collapse value will equal 1, therefore,

will equal zero, and will be the

most reliable element. When the Normalize button is turned Off, the slidebar represents the computed collapse value. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

1 Min hi Ai( )⁄( )–

• How Collapse is computed (p. 195)

☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn off the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Tet

Test: Collapse

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

10. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Collapse Ratio

Min (hi⁄√ Ai)

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 164 Options

Verify — Wedge (All) Each wedge element in the current group of the active viewport is tested for each of the wedge verification tests.

Finite Elements

Verify Action:

Wedge Object:

All Test:

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

Aspect Ratio: 5.0

Edge Angle: 30.

Face Skew: 30.

Face Warp: 7.0

Twist:45.0

Face Taper: 0.8

Normal Offset: 0.15

Tangent Offset: 0.15

Reliability Threshold

Apply

When the Apply button is selected, a spreadsheet will be displayed showing the worst case value for each test and the element at which it occurs.

• Spreadsheet Information (p. 165) • Test Definitions (p. 184)

☞ More Help:

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 165 Options

Verify — Wedge (All) Spreadsheet

Wedge Verification Summary

Test Number Failed Worst Case At Element

Aspect

Edge Angle

Face Skew 1

14 Max=4.0778556

Max=55.064632

Max=67.38166 16

135

This column lists the Verification test. All tests listed on the application form will be performed. Use the scroll bar to view additional tests.

The last two columns list the maximum (or minimum, if applicable) value of the test and the element at which this worst case occurs.

This column lists the number of elements in the current group that exceeded the reliability threshold shown on the application form.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 166 Options

Verify — Wedge (Aspect)All of the wedge elements in the current group are tested for length to width ratio. During the check, if an element exceeds the threshold value set by the slidebar, it is highlighted and MSC.Patran echoes the element’s ID number and its aspect value in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its aspect value and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

• How Aspect Ratio is computed (p. 189)

☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Wedge

Test: Aspect

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

20. 1.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

1.00

Aspect Ratio

3 h2

2 h1

√h3

h4 ⋅

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 167 Options

Verify — Wedge (Edge Angle)The maximum edge angle is calculated for each wedge element in the current group of the active viewport. Edge angle is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its maximum edge angle in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its edge angle and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed Edge Angle will be divided by 110°. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Edge Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Edge Angle is computed (p. 194)

☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Wedge

Test: Edge Angle

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

110. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Edge Angle

× α )× °-90Max (60°-θ,

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 168 Options

Verify — Wedge (Face Skew)Each face of each wedge element in the current group is tested for skew as if it were a quad or tria element. The skew angle is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its maximum skew angle in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its skew angle and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed skew angle will be divided by 15°. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Skew Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Wedge

Test: Face Skew

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Face Skew Angle

90× α°-

α 2Min ( i )

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 169 Options

Verify — Wedge (Face Warp)Each quad face of each wedge element in the current group is tested for warp as if it were a quad. The warp angle is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its warp value in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its warp value and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed warp angle will be divided by 15°. A “perfect” element will have no out-of-plane component and will therefore be the most reliable. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Face Warp Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Warp Angle is computed (p. 191)

☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Wedge

Test: Face Wrap

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Face Wrap Angle

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe AttributesSee Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 170 Options

Verify — Wedge (Twist)Each wedge element in the current group is tested for a twist angle computed between its two triangular faces. Twist is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its maximum twist in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its twist and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed twist angle will be divided by 60°. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Twist Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Twist is computed (p. 196)☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Wedge

Test: Twist

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

120. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Twist Angle

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe AttributesSee Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 171 Options

Verify — Wedge (Face Taper)Each quad face of each wedge element in the current group of the active viewport is tested for taper as if it were a Quad element. Taper is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its maximum taper in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its taper and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed Taper ratio will be subtracted from 1. A “perfect” face will have all 4 triangular subareas (a) equal, therefore, 4*a⁄total area will equal 1 and the normalized equation will yield a Taper Factor of 0. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Face Taper. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Face Taper is computed (p. 192) ☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Wedge

Test: Face Taper

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

120. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Face Taper

a4 aA

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe AttributesSee Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 172 Options

Verify — Hex (All)Each hex element in the current group of the active viewport is tested for each of the hex verification tests.

Finite Elements

Verify Action:

Hex Object:

All Test:

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

Aspect Ratio :5.0

Edge Angle: 30.

Face Skew: 30.

Face Warp: 7.

Twist: 45.

Face Taper: 0.8

Normal Offset: 0.15

Tangent Offset 0.15

Reliability Threshold

Apply

When the Apply button is selected, a spreadsheet will be displayed showing the worst case value for each test and the element at which it occurs.

☞ More Help: • Spreadsheet Information (p. 173) • Test Definitions (p. 184)

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 173 Options

Verify — Hex (All) Spreadsheet

Hex Verification Summary

Test Number Failed Worst Case At Element

Aspect

Edge Angle

Face Skew 1

4 Max=1.9266015

Max=32.110462

Max=29.615601 154

186

203

This column lists the Verification test. All tests listed on the application form will be performed. Use the scroll bar to view additional tests.

The last two columns list the maximum (or minimum, if applicable) value of the test and the element at which this worst case occurs.

This column lists the number of elements in the current group that exceeded the reliability threshold shown on the application form.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 174 Options

Verify — Hex (Aspect)All of the hex elements in the current group in the active viewport are tested for length to width ratio. During the check, if an element exceeds the threshold value set by the slidebar, it is highlighted and MSC.Patran echoes the element’s ID number and its aspect value in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its aspect value and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

• How Aspect Ratio is computed (p. 190)

☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Hex

Test: Aspect

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

20. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

1.00

Aspect Ratio

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 175 Options

Verify — Hex (Edge Angle)The maximum edge angle is calculated for each hex element in the current group. Edge angle is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its maximum edge angle in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its edge angle and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed taper ratio will be divided by 90°. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Edge Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Hex

Test: Edge Angle

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Edge Angle

Max (90× α )°-

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe AttributesSee Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 176 Options

Verify — Hex (Face Skew)Each face of each hex element in the current group is tested for skew as if it were a quad element. The skew angle is obtained as described in Theory (p. 184). Prior to testing for skew, each element face is checked for convexity. If any face fails the convexity test, a warning message will be issued. Processing will continue on to the next element face. During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its maximum skew angle in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its skew angle and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed skew angle will be divided by 90°. A “perfect” element with corner angles of 90° will have a normalized value equal to zero

and will therefore be the most reliable. When the

Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Face Skew Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

90° α–90°——————

• How Skew Angle is computed (p. 186)

☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Hex

Test: Face Skew

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Face Skew Angle

(90× α )°-

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 177 Options

Verify — Hex (Face Warp)Each face of each hex element in the current group is tested for warp as if it were a quad. The warp angle is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its warp value in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its warp value and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed warp angle will be divided by 15°. A “perfect” element will have no out-of-plane component and will therefore be the most reliable. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Face Warp Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Warp Angle is computed (p. 191)

☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Hex

Test: Face Warp

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code:MSC.Nastran

90. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Face Warp Angle

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe AttributesSee Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 178 Options

Verify — Hex (Twist)Each hex element in the current group is tested for maximum twist angle. Twist is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its maximum twist in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its twist and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed twist angle will be divided by 90°. When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Twist Angle. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

• How Twist is computed (p. 196)☞ More Help:

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Hex

Test: Twist

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

90. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Twist Angle

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 179 Options

Verify — Hex (Face Taper)Each face of each hex element in the current group is tested for taper as if it were a quad element. Taper is obtained as described in Theory (p. 184). During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its maximum taper in the command line. At completion, each element is color-coded according to the value computed for its taper and the current group is plotted in the Element Fill Render style.

When the Normalize button is selected, the computed taper ratio will be subtracted from 1. A “perfect” element face will have all 4 triangular subareas (a) equal, therefore 4*a⁄total area will equal 1 and the normalized equation will yield a Taper Factor of 0.

When the Normalize button is turned OFF, the slidebar represents the computed Taper Ratio. Move the slidebar to indicate the maximum acceptable value for your analysis type and code.

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Finite Elements

Action: Verify

Object: Object: Hex

Test: Face Taper

Reliability Threshold

Normalize

Analysis Code: MSC.Nastran

1. 0.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

.00

Face Taper

a4 aA

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe AttributesSee Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 180 Options

Verify — Node (IDs)Fringe plot based on node ID of nodes in the current group is generated. This display is helpful to check whether the node numbering has been optimized for bandwidth efficiency.

Finite Elements

Verify Action:

Node Object:

IDs Test:

Apply

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style.

Reset Graphics

Fringe Attributes

See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 181 Options

Verify — Midnode (Normal Offset)All quadratic order elements (those with mid-side nodes) in the current group are tested for deviation of the mid-side node from the mid-node position for an element with no curvature. The offset distance is measured perpendicular to a line that is the shortest distance between the corner nodes of that edge.

Finite Elements

Verify Action:

Midnode Object:

Normal Offset Test:

Analysis Code:MSC.Nastran

Normal Offset

Most Least

Reliability Threshold

During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its Normal Offset value in the command line. At completion, each element is color-coded according its Normal Offset value. All elements exceeding the threshold value will be colored red. The current group is plotted in the Element Fill Render style.

Set the slidebar to an acceptable offset value for your analysis code. A “perfect” element will have the mid-side node directly at the mid-edge position, therefore, the offset d=0. The equation will yield a value of zero and indicates the most reliable element for analysis.

2dL——.00

L2dL

Returns your graphic display to the way it was when the form was opened. This will usually turn OFF the Spectrum Display and change from Element Fill back to your original Render Style, and removing the vendor display from the viewport.

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe AttributesSee Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 182 Options

Verify — Midnode (Tangent Offset)All quadratic order elements (those with mid-side nodes) in the current group in the active viewport are tested for deviation of the mid-side node from the mid-edge position of the element. The offset distance is measured along a line that is the shortest distance between the corner nodes of that edge.

Finite Elements

Verify Action:

Midnode Object:

Tangent Offset Test:

Analysis Code: MSC.Nastran

Tangent Offset

Most Least

Reliability Threshold

Returns your graphic display to the way it was when you entered the form. This will usually entail changing from Element Fill back to your original Render Style and removing the spectrum display from your viewport.

During the check, MSC.Patran highlights any element exceeding the threshold value set by the slidebar, and echoes the element’s ID number and its Tangent Offset value in the Command Line. At completion, each element is color-coded according its Tangent Offset value. All elements exceeding the threshold value will be colored red. The current group is plotted in the Element Fill Render style.

Set the slidebar to an acceptable offset value for your analysis code. A “perfect” element will have the mid-side node directly at the mid-edge position; therefore, the offset d=0. The equation will yield a value of zero and indicates the most reliable element for analysis.

2dL——

.00

L2dL

Element Plot Options

Color Code Elements

Plot Failed Elements Only

Toggle to control element plot options. You can either color code the elements and/or plot only the elements in the current group, which were tested and failed.

Reset Graphics

Apply Reset

Fringe Attributes See Fringe Attributes (p. 223) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 6: Results Postprocessing.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.2 183 Options

SuperelementThis form verifies the selected superelements for any inconsistencies. Note that this is only available for the MSC.Nastran analysis preference.

Action: Verify

Object: Object: Object: Superelement Object: Object: Object: Object: Object: Object:

Superelement List

Reset Graphics

Display Boundary Nodes

-Apply-

Finite Elements

List of existing superelements. Only the outline of highlighted superelements will be displayed.

Return the graphic display back to the way it was before the verification.

Select All

Display Node Labels

Selects all the superelements displayed in the listbox.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 184 Options

11.3 Theory

Skew

Tria. Three potential skew angles are computed for each tria element. To calculate each skew angle, two vectors are constructed: one from a vertex to the mid-point of the opposite edge, and the other between the mid-points of the adjacent edges. The difference is taken of the angle between these two vectors and 90°. This procedure is repeated for the other two vertices. The largest of the three computed angles is reported as the skew angle for that element.

If Normalize is selected on the verification form, the skew angle is divided by 90° to yield the skew factor. An equilateral triangle will have a skew factor of 0.

Figure 11-2 Tria Skew Angle

Quad. Prior to testing for skew, each element is first checked for convexity. Elements which fail the convexity check “double back” on themselves causing their element stiffness terms to have either a zero or negative value.

Figure 11-3 Convexity Check

Skew Angle = 90° — α

Skew Factor = (90° — α)/90°

3 4

Single Re-entrant AngleIncorrect nodal sequencing

Double Re-entrant angle

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 185 Options

This skew test is based on a reference frame created by first bisecting the four element edges, creating an origin at the vector average of the corners, where the x-axis extends from the origin to the bisector on edge 2. The z-axis is in the direction of the cross product of the x-axis and the vector from the origin to the bisector of edge 3. The y-axis is in the direction of the cross product of the x and z axis as shown in Figure 11-4.

Figure 11-4 The Element Test Coordinate System

The Robinson and Haggenmacher1 skew test uses the angle alpha between the edge 2 and 4 bisector and the test y-axis. The resulting angle is subtracted from 90° to yield the skew angle.

If Normalize is selected on the verification form, the skew angle is divided by 90° to yield the skew factor. A square element will have a skew factor of 0.

Figure 11-5 Quad Skew Angle

Tet. Each face of the tet element is tested for skew as if it were a tria element. See explanation for computation of skew angle — Tria (p. 184). The highest resulting angle for each element is retained as the skew angle.

1J. Robinson and G. W. Haggenmacher, “Element Warning Diagnostics,” Finite Element News, June and August, 1982.

Node 4

Edge 3

Node 3

Edge 2

Node 2

Edge 1

Node 1

Edge 4 z

90 α°-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 186 Options

Wedge. Each face of the wedge element is tested for skew as if it were either a quad or tria element. See explanation for computation of skew angle — Tria (p. 184) or Quad (p. 184). The highest resulting angle for each element is retained as the skew angle.

Hex. Each face of the hex element is tested for skew as if it were a quad element. See explanation for computation of skew angle — Quad (p. 184). The highest resulting angle for each element is retained as the skew angle.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 187 Options

Aspect Ratio

Tria. The aspect ratio for a triangle is calculated as the ratio of the length, h2, of the edge of a triangle, to the height, h1. The ratio of h2 to h1 is then multiplied by such that a “perfect” element in the shape of an equilateral triangle will equal one. This procedure is repeated for the remaining two edges of the triangle, and the largest value is retained as the aspect ratio for the element.

If Normalize is selected on the verification form, then the aspect ratio is inverted such that it becomes less than or equal to one. This inverted aspect ratio is subtracted from one to yield the aspect factor. An equilateral triangle will have an aspect factor of 0.

Figure 11-6 Tria Aspect Ratio

Quad. The aspect ratio for a quad is derived from one test proposed by Robinson and Haggenmacher1. This test is based on projection plane created by first bisecting the four element edges, creating a point on the plane at the vector average of the corners. The x-axis extends from the point to the bisector on edge 2. The ratio is determined as the ratio of the length from the origin to the bisector of edge 2 and the length from the origin to the bisector of edge 3. If the ratio is less than 1.0, it is inverted.

1J. Robinson and G. W. Haggenmacher, “Element Warning Diagnostics,” Finite Element News, June and August, 1982.

3 2⁄

Aspect Ratio = 3h2

2h1————- Aspect Factor =

2h1

3h2

————-–

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 188 Options

If Normalize is selected on the verification form, then the aspect ratio is inverted such that it becomes less than or equal to one. This inverted aspect ratio is subtracted from one to yield the normalized aspect ratio. A square element will have a normalized aspect ratio of 0.

Figure 11-7 Quad Aspect Ratio

Tet. The aspect ratio for a tet element is computed by taking the ratio of the height of a vertex to the square root of the area of the opposing face. This value is then manipulated in one of two ways, depending on whether the Normalize parameter is selected on the verification form.

If Normalize is NOT selected, the maximum height to area value is multiplied by a factor , which is the ratio of height to edge length for an equilateral tetrahedron. This

result is reported as the Aspect Ratio. An equilateral tet will report a value of 1. Aspect Ratio = .

If Normalize IS selected, the maximum height to area value is inverted and subtracted from 1. Aspect Factor = .

Figure 11-8 Tet Aspect Ratio

Node 4

Edge 3

Node 3

Edge 2

Node 2

Edge 1

Node 1

Edge 4

h2, h1 > h2

h1, h2 > h1

Aspect Ratio =

C 0.805927=

Max Cf hi⋅ Ai⁄( ), i = 1, 2, 3, 4

1 1– MaxCf hi⋅ Ai⁄( )⁄( ), i = 1, 2, 3, 4

Max (cƒ. h i ⁄√Ai)cƒ = .805927

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 189 Options

Wedge. MSC.Patran averages the two triangular faces of the wedge element to obtain a mid-

surface. The aspect ratio of this triangular mid-surface is computed . Next the height

(h1) of the wedge is compared to the maximum edge length of the mid-surface (h4).

If the height of the wedge is greater than the maximum edge length then the aspect ratio for the wedge element equals the mid-surface aspect ratio multiplied by the maximum edge length divided by the distance between the triangular faces (h3).

If the height of the wedge is less than the maximum edge length then the aspect ratio for the wedge element equals either the mid-surface aspect ratio or the maximum edge length divided by the distance between the triangular faces, whichever is greater.

Figure 11-9 Wedge Aspect Ratio

3h2 2h1⁄( )

Aspect Ratio = h4 √3h2

h3 2h1

Aspect Fact or= 1 -h3

√3h2h4

2h1

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 190 Options

Hex. The aspect ratio is calculated as the ratio of the distance between opposing faces. This distance is determined by treating each HEX face as if it were a warped quadrilateral. Each face is processed to produce a projected plane. The distances between the centerpoints of all three pairs of opposing faces are compared.The aspect ratio is determined by taking the maximum distance between any two faces and dividing it by the minimum distance between any two faces.

Figure 11-10 Hex Aspect Ratio

h1h2 h3

AspectFactor 1min h1 h2 h3, ,( )max h1 h2 h3, ,( )——————————————-–=AspectRatio

max h1 h2 h3, ,( )min h1 h2 h3, ,( )——————————————-=

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 191 Options

Warp

Quad. The warp test is a test proposed by Robinson and Haggenmacher1 which uses the following method of calculating the Quad element Warp. This test is based on a projection plane created by first bisecting the four element edges, creating a point on the plane at the vector average of the corners, where the x-axis extends from the point to the bisector on edge 2. The plane normal is in the direction of the cross product of the x-axis and the vector from the origin to the bisector of edge 3. Every corner of the quad will then be a distance “h” from the plane. The length of each half edge is measured and the shortest length is assigned “l.” The warp angle is the arcsine of the ratio of the projection height “h” to the half edge length “l.”

If Normalize is selected on the verification form, the warp angle is divided by 15° to yield the warp factor. A planar element has a warp factor of 0.

Figure 11-11 Quad Warp Angle

Wedge. Each quad face of the wedge element is tested for warp as if it were a quad element. See explanation for computation of warp angle — Quad (p. 191). The highest resulting angle for each element is retained as the warp angle.

Hex. Each face of the hex element is tested for warp as if it were a quad element. See explanation for computation of warp angle — Quad (p. 191). The highest resulting angle for each element is retained as the warp angle.

1J. Robinson and G. W. Haggenmacher, “Element Warning Diagnostics,” Finite Element News, June and August, 1982.

Node 4

Edge 3

Node 3

Edge 2

Node 2

Edge 1

Node 1

Edge 4 z

= sin-1

lhθ

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 192 Options

Taper

Quad. The taper test is a test proposed by Robinson and Haggenmacher1 which uses the following method of calculating the Quad element. Taper four triangles are created bounded by the element edge and the edges created by connecting the element verification reference frame origin with the two nodes at the element edge. The resulting four triangular areas are calculated and then summed. The ratio of the area with the smallest triangle and the total area of the element is taken as the taper ratio.

If Normalize is selected on the verification form, the taper ratio is subtracted from one to yield the taper factor. A square element has a taper factor of 0.

Figure 11-12 Quad Taper

Wedge. Each quad face of the wedge element is tested for taper as if it were a quad element. See explanation for computation of taper — Quad (p. 192). The lowest resulting value for each element is retained as the value of face taper.

Hex. Each face of the hex element is tested for taper as if it were a quad element. See explanation for computation of taper — Quad (p. 192). The lowest resulting value for each element is retained as the value of face taper.

a1a2

Taper Ratio = 4asmallest

1 a2 a3 a4+ + +———————————————-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 193 Options

Edge Angle

Tet. Edge angle measures the angle between adjacent faces of the tetrahedral element. In an equilateral tetrahedral element, this angle will equal 70.259°. The largest angle found in the element is retained. MSC.Patran then computes the absolute value of the difference between the measured angle and 70.259°. This is the value reported as the Edge Angle.

If Normalize is selected on the verification form, the edge angle is divided by 110° to yield the edge angle factor. An equilateral tet will have an edge angle factor of 0.

Figure 11-13 Tet Edge Angle

Edge Angle = 70.529° — α

Edge Angle Factor = (70.529° — α) / 110°

— 70.53

α °

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 194 Options

Wedge. An edge angle is the absolute value of the angle between the two faces meeting at an edge subtracted from the ideal angle for that edge. The ideal angle between two quad faces is 60 degrees, and the ideal angle between a quad face and a tria face is 90 degrees. For warped quad faces, the projected plane of the face is used to compute the face normal used in the angle calculation. The maximum edge angle is calculated for each wedge element.

If Normalize is selected on the verification form, the edge angle is divided by 60° to yield the edge angle factor.

Figure 11-14 Wedge Edge Angle

Hex. An edge angle is the absolute value of the angle between the two faces meeting at an edge subtracted from the ideal angle for that edge. The ideal angle between faces of a hex element is 90 °. For warped faces, the projected planes for each face is used to compute the face normals used in the angle calculation. The maximum edge angle is calculated for each hex element.

If Normalize is selected on the verification form, the edge angle is divided by 90° to yield the edge angle factor.

Figure 11-15 Hex Edge Angle

Edge Angle = Max (600 — θ, 900 — α)

Edge Angle Factor = [Max (600 — θ, 900 — α)] / 600

Max (60° − θ, 90° — α)

Edge Angle = Max (90° — α)

Edge Angle Factor = [Max (90° — α)] / 90°

×Max (90° — α)

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 195 Options

Collapse

Tet. Collapse is an indicator of near zero volume tetrahedral elements. The test takes the ratio of the height of a vertex to the square root of the area of the opposing face. This value approaches zero as the volume of the element approaches zero.

If Normalize is NOT selected on the verification form, the minimum height to area value is multiplied by a factor Cf = 0.805927, which is the ratio of height to edge length for an equilateral

tetrahedron. An equilateral tet will report a value of 1. Collapse = .

If Normalize IS selected, the minimum height to area value is subtracted from 1. An equilateral

tet will report a value of 0. Collapse Factor = , i = 1,2,3,4.

Figure 11-16 Tet Collapse

MinCf hi×

——————

, i 1 2 3 4, , ,=

MinCf hi×

——————

–

Min (h i ⁄ √ A i )

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 196 Options

Twist

Wedge. Twist is the rotation of one face of a solid with respect to its opposite face. To compute twist angle, normals are drawn from the center of each tria surface. These vectors are projected onto a plane. The angular difference between the two vectors is the twist angle.

If Normalize is selected on the verification form, the twist angle is divided by 60° to yield the twist factor.

Figure 11-17 Wedge Twist Angle

Hex. Twist is the rotation of one face of a solid with respect to its opposite face. A twist angle is computed about all three principal axes of hex elements. To compute the twist angle, each face is treated as if it were a warped quad. Vectors from the center of the projected plane to the middle of two adjacent edges are constructed. The vectors are summed to compute a reference vector. The same steps are performed for the opposite face. A line through the center of each projected face and the plane normal to this line is determined. The two reference vectors are projected onto this plane and the angular difference between them is measured. The highest angle found is retained as the twist angle.

•

•• •

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 197 Options

If Normalize is selected on the verification form, the twist angle is divided by 90° to yield the twist factor.

Figure 11-18 Hex Twist Angle

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Verify Action §11.3 198 Options

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… § 199 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

12 The Show Action

■ Show Forms

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 200 Options

12.1 Show FormsWhen Show is the selected Action, the following options are available.

Object Info Description

Node Location Displays the location of the selected nodes in a selected coordinate system or the reference coordinate system in which the node was created, the reference coordinate system. The reference coordinate system ID and the analysis coordinate system ID are also displayed.

Distance Displays the straight-line distance between the nodes in the first-node list and the second-node list.

Element Attributes Displays the element ID, topology (i.e., element type), parent geometry, number of nodes in the element, load and boundary conditions, material property ID number, element properties and results associated with the selected elements.

Coordinate System Plots the element coordinate systems of the selected elements.

Mesh Seed Attributes

Mesh Control Attributes

MPC Displays Multi-Point Constraint (MPC) type and information about the associated constraint equation terms for selected MPCs.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 201 Options

Show — Node LocationWhen Show is the selected Action and Node is the selected Object, the Show Node menu is displayed. This is used to view either the location of or distance between selected nodes.

The Node Summary table lists information about the existing nodes in the current database, including the highest node ID currently used, the total number of nodes in the model, the number of unreferenced nodes, and the total number of nodes in the current group.

The Node List textbox is where the list of nodes to be shown is specified. Nodes can be specified by selecting this box and then selecting the nodes with the cursor, or by typing in “node n” where n is the number of the desired node.

Finite Elements The Show Node Location menu displays the location of the selected nodes in the reference coordinate system, giving the reference coordinate system ID, and the analysis coordinate system ID.

More detailed information than what is provided in the resulting information table can be obtained by selecting the individual cells of the The Show Action Information Form (p. 569) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 2: Geometry Modeling. This additional information is then displayed in the textbox directly below the table.

Used to input the coordinate frame in which the coordinate values of the selected nodes are to be shown. Coordinate frames can be specified by selecting this box and then cursor selecting, or by typing “Coord n” where n is the ID of the desired coordinate frame. If no coordinate frame is specified, the nodes will be shown in the coordinate frame in which they were created.

See Write to Report (p. 204)

Action: Show

Object:

Info:

Node

Location

Node Summary

Last ID: 0

Total in Model: 0

Total Unreferenced: 0

Total in ‘default_group’:0

Write to Report

Coordinate Frame

Auto Execute

Node List

Apply

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 202 Options

Show — Node DistanceWhen Show is the selected Action and Node is the selected Object, the Show Node menu is displayed. This is used to view either the location of or distance between selected nodes.

The Node Summary table lists information about the existing nodes in the current database, including the highest node ID currently used, the total number of nodes in the model, the number of unreferenced nodes and the total number of nodes in the current group.

The First Node List textbox is used to input the list of nodes where the distance measurement starts. Nodes can be specified by selecting this box and then selecting the nodes with the cursor, or by typing in “node n” where n is the number of the desired node.

The Show Node Distance menu displays the straight-line distance between the nodes in the first-node list and the second-node list.

The Second Node List textbox is used to input the list of nodes where the distance measurement ends. If the lists do not contain the same number of points, the last point of the shorter list will be repeated until the longer list is exhausted.

See Write to Report (p. 204).

Finite Elements Action: Show

Object:

Info:

Node

Distance

Node Summary

Last ID: 0

Total in Model: 0

Total Unreferenced: 0

Total in ‘default_group’ : 0

Auto Execute

First Node List

Second Node List

Apply

Write to Report

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 203 Options

Show — Element AttributesWhen Show is the selected Action, Element is the selected Object and Attributes is the selected Info, the Show Element Attributes menu is displayed. This is used to display the element attributes of selected elements.

Finite Elements

Action: Show

Object: Element

Info: Attributes

Element SummaryLast ID:

0Total in Model:

0Total in ‘default_group’ :

Write to Report

Auto Execute

Apply

Element List

The Element Summary table lists information about the existing elements in the current database including the highest ID number currently used, the total number of elements in the model, and the total number of elements in the current group.

The Element List textbox is where the list of elements to be shown is specified. Elements can be specified by using the mouse button on this box, and then selecting the elements with the cursor, or by typing in “element n” where n is the number of the desired element. Elements can also be selected by type through the Element select menu.

The Show/Element/Attributes menu displays the element ID, topology (i.e., element type), parent geometry, number of nodes, loads and boundary conditions, material property ID number, element properties and results associated with selected elements in an information table.

Selecting this menu automatically brings up the element select menu which allows the user to select elements from the graphics window via cursor pick or element type.

See Write to Report (p. 204)

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 204 Options

Write to Report

When toggled ON, the File>Report (p. 199) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions will appear. If the user proceeds to write attributes within the Report File form, the user will have information for all the entities in the database. Note: This can be done without selecting entities in the Finite Elements form.

Set and keep a file in an open state for subsequent output from the Finite Element form. In order to output information for selected entities (a subset of the database) to a file, perform the following:

1. On the Finite Element form, toggle ON the Write To Report toggle. The Report File form will appear.

2. On the Report File form, set the Output Format, File Width and Open File.

3. On the Report file form, select an existing report file or create a new one.

4. Click Cancel to hide the Report file form.

5. Proceed to select the desired entities and generate an information spreadsheet. This will also write the same information to the output text file.

Important: Do not click Apply (button located on the lower right of the Report file form). This will immediately dump all the database entities to the file.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 205 Options

Show — Element Coordinate SystemWhen Show is the selected Action, Element is the selected Object and Coord. Sys. is the selected Info, the Show Element Coord. Sys. menu is displayed. This is used to plot the element coordinate systems for the selected elements.

Finite Elements

Action: Show

Object: Element

Info: Coord. Sys.

Display Options

X dir X label

Y dir Y label

Z dir Z label

Coordinate System Definition

MSC.PatranMSC.Nastran

Origin Display Location

CentroidAnalysis Code Def.

Auto Execute

Select Elements

Reset Graphics

Apply

◆

◆◆

◆

◆◆The Coordinate System Definition can be set to :

MSC.Patran for displaying MSC.Patran’s definition of the element coordinate system.

MSC.Nastran for displaying MSC.Nastran’s definition of the element coordinate system.

The Origin Display Location can be set to :

Centroid to display the element coordinate system origin at the centroid of the element (same as MSC.Patran’s coordinate system definition).

Analysis Code Def. to display the element coordinate system origin at the selected coordinate system definition of the origin.

The Show/Element/Coord. Sys. menu plots the element coordinate systems.

Important: Selecting this menu automatically brings up the element select menu which allows the user to select elements from the graphics window via cursor pick or element type.

Return your graphic display to the way it was when you entered the form.

The Display Options section is used for selecting which element coordinate system axis will be displayed (X dir, Y dir, Z dir toggles), which axis labels will be displayed (X label, Y label, Z label toggles) and the color for each axis.

Use Beam Element Offset

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 206 Options

Show — Mesh Seed AttributesWhen Show is the selected Action, Mesh Seed is the selected Object and Attributes is the selected Info, the Show Mesh Seed Attributes menu is displayed. This is used to show the mesh seed attributes for the selected curve.

Finite Elements

Action: Show

Object: Mesh Seed

Info: Attributes

Display Existing Seeds

Auto Execute

Curve List

Apply

Shows the list of curves that will be displayed.

This form is used to view the attributes data of mesh seed associated with a list or a curve.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 207 Options

Show — Mesh Control AttributesWhen Show is the selected Action, Mesh Control is the selected Object and Attributes is the selected Info, the Show Mesh Control Attributes menu is displayed. This is used to show the mesh control attributes for the selected surfaces.

Finite Elements

Action: Show

Object: Mesh Control

Info: Attributes

Display Existing Seeds

Auto Execute

Surface List

Apply

This form is used to view the attributes data of mesh control on a list of surfaces

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 208 Options

Show — MPCWhen Show is the selected Action and MPC is the selected Object, the Show MPC form is displayed. Use this to view the attributes of existing MPCs.

Brings up the Show Terms form. This form is used to view the dependent and independent terms.

Indicates the value of the Constant Term, if supported by this MPC type.

Indicates the MPC type currently selected. If the MPC is not valid for the current Analysis Code and Analysis Type preferences, this label will read:

Not Valid for Current PreferencesIn this case, the remaining widgets will not be displayed.

The MPC Summary table lists statistics about the existing MPCs in the database, including the highest ID currently used, the total number of MPCs in the database and the total number of MPCs in the current group.

Finite Elements

Show Action:

MPC Object:

Last ID: 1

Total in Model: 1

Total in ‘default_group’ 1

MPC Summary

MPC ID

MPC Type: Explicit

Constant Term: 0.34

Analysis Preferences:

MSC.Nastran Structural

Indicates the current settings of the Analysis Code and Analysis Type Preferences.

Used to specify the MPC to be shown. The form will be updated automatically whenever the contents of this databox are changed to reflect the attributes of the existing MPC. If the MPC does not exist, the remaining widgets in this form are not displayed.

MPC 1234571

Show Terms…

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 209 Options

Show — MPC Terms

The Show Terms form appears when the Show Terms button is selected on the Show MPC menu. Use this form to view information about the dependent and independent terms of an MPC.

Show Terms

Dependent Terms (1)

Independent Terms (No Max)

Node 4

Node List

DOFs

Nodes (1) DOFs (1)

Coefficient Nodes (1) DOFs (1)

Coefficient:

2 UX

2.3 3 UY

-4.75 4 UZ

-4.75 Coefficient Label indicating the value of the coefficient of the selected term, which is displayed only if a term including a coefficient is selected.

A Sequence Label (not shown) indicating the value of the sequence of the selected term is displayed only if a term including a sequence is selected.

Node List textbox indicating the nodes associated to the selected term, which is displayed only if a term is selected.

DOF listbox (read only) indicating the degrees-of-freedom associated with the selected term, which is displayed only if a term including degrees-of-freedom is selected.

Holds the dependent and independent term information as rows in the spreadsheet. A term consists of one or more of the following:

1) A sequence number (not shown)

2) A nonzero coefficient

3) A list of nodes

4) A list of degrees-of-freedom

Terms from these spreadsheets can be selected for an expanded listing of term components.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Show Action… §12.1 210 Options

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… § 211 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

13 The Modify Action

■ Introduction to Modification

■ Modify Forms

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.1 212 Options

13.1 Introduction to ModificationThe purpose of modification is to change one or more attributes of nodes, elements, and or MPCs which have been created, using one of the Create options in the Finite Element application.

Node modify options can affect the ID numbering, location, or the associated analysis and reference coordinate frames of an individual node or a group of nodes.

Element modify options can affect ID numbering, element topology (linear or higher order), or nodal connectivity (manual assignment or reversal of current connectivity).

Bar modify can split a bar element in two.

Tria modify can split a tria element into a pattern of two to four elements.

Quad modify can split a quad element into a pattern of two or four elements or NxM quad elements.

The MPC modify option can be used to add, modify, or delete terms of a currently existing MPC. Attributes of a term that can be modified include the sequence, coefficients, nodes, and the degrees-of-freedom.

Mesh modify, mesh smoothing is an iterative algorithm that can be used to optimize the shape of elements in an existing finite element mesh. Two principle uses for this feature are:

1. To more mesh nodes to the locations of “hard points” and then smooth the modified mesh. Hard points might be the locations of attachments or boundaries of holes.

2. Alter the default setting of a mesh smoothing parameter and then re-smooth the mesh. (Any transition mesh is smoothed automatically when originally created. In most cases, the default parameters yield an acceptable mesh.)

Mesh Seed modify allows the user to modify mesh control from one type to another without having to delete the old one and create a new one in place of the old one. This feature is particularly useful when user needs a node at a certain location when the edge has already been seeded with a certain type.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 213 Options

13.2 Modify FormsWhen Modify is the selected action, the following options are available.

Object Type Description

Mesh Surface Improve an existing surface mesh with optional hard nodes.

Solid Improve an existing solid mesh with optional hard nodes.

Sew Stitches gaps on a mesh.

Mesh Seed Mesh Seed Allows modification of mesh seed on curves/edges.

Element Edit Changes attributes such as ID numbering, element topology, or nodal connectivity of selected elements.

Reverse Reverses the connectivity definition (and therefore the normal direction) of selected elements.

Separate Adds nodes to specified elements an separates them from the rest of the model.

Bar Split Splits a bar element in two.

Tria Split Splits a tria element into two to four elements.

Quad Split Splits a quad element into two to four elements.

Tet Split Splits a tet element.

Node Move Changes a nodal location.

Offset Moves nodes by an indicated vector distance.

Edit Changes attributes such as ID numbering, associated analysis and reference coordinate frames, or physical location of selected nodes.

Project Project nodes onto Surfaces, Curves or a constant coordinate plane (e.g X = 5).

MPC Changes the attributes of a selected MPC.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 214 Options

Modifying MeshThe smoothing algorithm used is the iterative Laplacian-Isoparametric scheme developed by L. R. Herrmann. The final mesh and the execution time for smoothing are controlled by the Smoothing Parameters.

Brings up the Smoothing Parameters form to change smoothing parameter values. These are the same parameters that are used during mesh creation.

Specifies nodes which will remain stationary during smoothing. Nodes around the perimeter of each surface will be treated as hard nodes automatically. This function is optional.

Selects surface(s) to be smoothed. Each surface will be smoothed individually. All elements associated with a surface will be included in the smoothing operation. Elements may have been created by IsoMesh or Paver, or they may have been created or modified by element editing.

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Method:

Mesh

Surface

Parameters…

[Hard Node List]

Surface List

-Apply-

Operation: Smoothing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 215 Options

Smoothing Parameters

Figure 13-1

Sets weighting factor for combining Laplacian and Isoparametric smoothing. At the extreme left, pure Laplacian smoothing is used; at the extreme right, pure Isoparametric smoothing is used; at intermediate positions, a combination of the two methods is used. Pure Laplacian smoothing was selected as the default Smoothing Factor because it produces the best mesh in most cases. One notable exception occurs when a surface has significant inplane curvature. In this case, Laplacian smoothing pulls the elements toward edges with inner curvature. Isoparametric smoothing is usually better in this case. See Figure 13-2.

Sets the maximum number of iterations allowed for mesh smoothing. Default value is 20.

If selected, the smoothing parameters will be reset back to the original factory default values. These are: Smoothing Factor = 0.0, Maximum Cycles = 20, Acceleration Factor = 0.00, Termination Factor = 0.05.

If selected, MSC.Patran will reset the smoothing parameter values back to the original set of values that existed upon entry to the Mesh Parameters form.

Sets the smoothing acceleration factor. This factor increases the distance each node is moved during a smoothing cycle and may thus allow smoothing to converge in fewer cycles. For example, a value of 0.5 causes each node to move 50% farther than computed at each iteration. However, caution is advised because this factor can also make the smoothing process diverge, particularly if the geometry is highly curved or skewed. Therefore, a warning is given whenever this factor is set above a value of 0.1.

Controls the smoothing termination tolerance factor. Default value is 0.05, where smoothing stops when the largest distance moved by any node during the previous iteration is less than 5% of the shortest element length along an edge of the geometry.

Smoothing Parameters

Iso Lapl

99 0

1.00 0.00

0.20 0.00

Defaults

Apply Cancel

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 216 Options

Figure 13-2 Example Meshes with Different Values of Smoothing Factor

Hybrid Smoothing Isoparametric Smoothing

Laplacian Smoothing Hybrid Smoothing Isoparametric Smoothing

Laplacian Smoothing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 217 Options

Mesh Improvement FormThe purpose of this form is to improve the quality of a solid mesh with respect to the criterion selected.

Sub-form for specific parameters. The user would typically not need to modify these parameters. See General Parameters (p. 218) for more information.

List of elements or solid. For supplied solids, the associated elements will be considered. Duplicate entities are automatically removed.

Submit the functionality.

Action: Modify

Object: Mesh

Type: Solid

Mesh Type : Tet Mesh

Parameters…

Auto Execute

Input List (Element/Solid)

-Apply-

Finite Elements

Quality Parameters

Collapse Ratio…

Jacobian Minimum…

Sub-form for parameters related to the minimum Jacobian value inside an element. The user would typically not need to modify these parameters. Setting the toggle as enabled will cause the element quality to consider this criterion. See Jacobian Minimum (p. 221) for more information.

Sub-form for parameters related to the tetrahedron collapse ratio. The user would typically not need to modify these parameters. Setting the toggle as enabled will cause the element quality to consider this criterion. See Collapse Ratio (p. 220) for more information.

List of criterions that define the quality for the elements to be considered. The quality of each element is determined by the worst normalized value for all considered criterions in this frame.

Process Control… Sub-form for controlling the process of improving the mesh. The user would typically not need to modify these parameters. See Process Control (p. 219) for more information.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 218 Options

General Parameters

Maintain Element toGeometry Association

[Hard Node List]

Information Output Level

None

Summary

Detailed

Defaults

OK Cancel

List of hard nodes, not to be modified.

Level of information on the bad elements initially in the mesh, during iterations, and those left in the end (if any):

None: Only the percentage of completion forms are displayed while the process is running.

Summary: In addition to information displayed under «None», the history window and session file will indicate the elements failing the criterion in the original state of the mesh, a status line for each iteration, a table of failing elements in the final state of the mesh and some advice if applicable.

Detailed: In addition to information displayed under «Summary», exact references are given for the elements reference in each iteration status line.

Reset default values.

Exit this form without considering changes.

Accept the changes and close this form.

Enabled in order to consider geometric boundaries and create new node/element geometric association. When disabled, the solid mesh will still consider its boundary, but ignore delimitation of the surfaces which define the solids to which the elements may be associated. The later (disabled) is the same as if the envelope of the solid mesh corresponds to a single geometric surface.

Allow Increase

FEM Volume Control

FEM Volume Control for non-snapping element edges on mesh boundary: This only applies for edges on the mesh boundary without an associated geometry of lower order than that of the mesh. Choices are : «Allow Increase», «Allow Decrease», «Constant», «Any Change».

Modifiable Mesh Domain

◆

◆◆

◆

◆◆

Complete Mesh

Bad Element Cluster Layers

Allows you to specify how many layers around each bad element you want to consider as a modifiable region. Or you can pick all of the mesh.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 219 Options

Process Control

Max Iteration Limit

Automatic

None

User Defined

200

Defaults

OK Cancel

Maximum number of iteration to perform. The process can terminate before in the advent of the mesh to satisfy all quality criterions.

Automatic: The limit is automatically determined based on the quantity of bad elements:

=100 x (number of bad elements)200 minimum, 1000000 maximum

None: No practical limit (set to 10 million).

User Defined: The limit is specified in the databox below. A value of 0 will cause the mesh to be evaluated but no modification will be performed. A value of N (0<N) will allow of a maximum of N mesh modification attempts.

Reset default values.

Exit this form without considering changes.

Accept the changes and close this form.

Attempts to Improve Element

Max Generation Level

Unlimited

Limited to

Unlimited

Limited to

Attempts to Improve Element. The number of times an element will be attempted to be improved (replaced by better ones). The algorithm allows the improvment process to return to a element which was previously unfixable (could not be replaced by better ones).

Thissets the limit for the number of times that an element can by replaced. The first time an element is replaced by a set better elements, those new elements are of generation 1(the original were generation 0). Further replacement of generation 1 elements will lead to generation 2 elements and so on.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 220 Options

Collapse Ratio

0.01

Defaults

OK Cancel

Allow Automatic LocalElement Tolerance Ratio

Acceptance Value

Smallest altitudedivided by thelongest edge.

The acceptance value for the selected criterion. This is typically 0.01 for a subsequent NASTRAN analysis. Normalized value will be established from this value and ultimate limits : 0.0 and sqrt(2/3).

When enabled, allows to find another value for the «Local Element Tolearnce Ratio» for individual element which can not be improved with the value supplied. It is recommended to always enable this option.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 221 Options

Jacobian Minimum

Geometry Association

Acceptance Value

Evaluation Points:

Gauss Points

Nodes

Gauss Points + Nodes

Defaults

OK Cancel

1e-30

for the element evaluation points.

The acceptance value for the selected criterion. This is normally set to a small value above zero to ensure positive Jacobians inside the elements. Normalized value will be established (using am inverse tangent function) from this value and ultimate limits : +/-infinity.

Points inside the element where the Jacobian will be evaluated :

Gauss Points : Only the Gauss-Legendre quadrature integration points are considered.

Nodes : Only the element’s nodes are considered.

Gauss Points + Nodes : Both previous location sets are considered. This corresponds to the Verify/Element/JacobianZero form.

Allow Element Edge LinearizationThe «Allow element edge linearization» feature enables the improvement process to linearize element edges as a last resort to fix otherwise unfixable (within specified process control limitaions) elements because of an unacceptable «Scaled Jacobian Minimum» quality criterion.

The linearization process in the «Mesh Improver» linearizes the most curved edge of a bad element, then re- checks the quality before proceding to other edges. By this method we minimize the amount of linearized edges.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 222 Options

Modifying Mesh SeedThe modify mesh seed menu allows users to change mesh seed types.

Finite Elements

Action: Modify

Object: Mesh Seed

Display Existing Seeds

Auto Show Seed Data

Select One Curve

Show Seeds Data

New Mesh Seed InfoType Uniform

Element Edge Length Data

Number of Elements

Number = 2

-Apply-

◆

Select the curve for which mesh seed needs to be modified.

Click here to show the seed data. Use this to fill the tabular seed locations if the table has been Cleared. Under normal circumstances it can be used to display the mesh seed information table.

The options available are Uniform, One Way, Two Way and Tabular mesh seed types.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 223 Options

Sew FormUsing Modify/Mesh/Sew form sews gaps on a mesh consisting of all tria3 elements. This program removes interior free edges on a mesh by merging nodes and splitting triangles automatically (see Figure 13-3 and Figure 13-4).

Figure 13-3 Mesh Before Sewing

Figure 13-4 Mesh After Sewing

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 224 Options

The primary purpose of this program is to provide users a useful tool to obtain a congruent mesh which will be used to create a tessellated surface. (See Created Tessellated Surface from Geometry Form (p. 306) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 2: Geometry Modeling.) For this reason, the elements modified or created by this program may not have very good quality.

Finite Elements

Action: Modify

Object: Mesh

Type: Sew

Target Element Edge Length

0.1

Tria Element List

-Apply-

Elm 1:100

Specify a set of tria elements consisting of the mesh to be sewed.

Specify the target element edge length which was used as a global edge length when creating the mesh. The gap tolerance is equal to one tenth of the target element length.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 225 Options

Modifying Elements

Edit Method

When one of these attributes is selected, the appropriate information to modify appears on the form. When this form is initially opened, none of the attributes are selected; therefore, only the Element Attributes toggle is initially displayed. Any combination of these attributes may be selected. If only Connectivity is selected, a toggle will become visible to modify all elements associated to the current nodelist.

For information regarding this toggle see Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

Lists the nodes to be modified for each element.

This box appears on the form when any element attribute is selected. It lists the ID numbers of the elements to which the changes apply.

Specifies shape of the new elements.

Specifies topology of the new elements.

The list of nodes which are to replace those in the Current Node List. There is a one-to-one correspondence between the Current Node List and the New Node List. In the example shown, Nodes 5 and 7 are to be swapped in the connectivity order for Element 3.

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Object: Object:

: Element

Method: Edit

Element Attributes

Type

Connectivity

New ID’s

Shape Quad

New Topology:

Quad4 Quad5 Quad8 Quad9 Quad12 Quad16

Auto Execute

Element List

Current Node List

New Node List

-Apply-

Elm 3

Node 7 5

Node 5 7

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 226 Options

Reverse Method

Specifies the list of elements whose connectivity, and therefore normal direction, is to be reversed.

Finite Elements Action: Modify

Object:

Element

Method: Reverse

Auto Execute

Element List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 227 Options

Separate Method

Specifies the list of elements to be separated.

Specifies the list of nodes. For each node a new node will be created and the element connectivity will be updated for the specified elements. The Node list box will only be visible for option At Nodes. For all other options the nodes associated to the specified entities will be used instead.

The following options are available:

At Nodes: separate elements at nodes

At Elem Edges: separate elements at edges

At Elem Faces: separate elements at faces

At Free Edges: separate elements at free edges

At Free Faces: separate elements at free faces

Toggle to specify if the new nodes will keep the same association to geometry as the old ones.

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Element

Method: Separate

Option: At Nodes

Keep Node Association

Auto Execute

Node List

-Apply-

Element list

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 228 Options

Modifying Bars

Specifies the list of bar elements to split.

Note: The new bars will have the same topology as the parent (i.e., a Bar3 will be split into two Bar3s).

Finite Elements

Action: Modify

Object: Bar

Method: Split

Auto Execute

Bar Element List

-Apply-

1 2 3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 229 Options

Modifying Trias

Splitting a Tria into Two Trias

Select this icon to enable the two tria option.

Selects a position on an edge.

Specify the trias to be split by selecting from the graphics window or entering a list of elements.

Specify the node where the split is to occur. This list may contain one entry for each element or a single entry. If a single entry, each element will be split at the same corner relative to the element origin as the first element.

Note: The new trias will have the same topology as the parent (i.e., a Tria6 will be split into two Tria6s).

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Method:

Tria

Split

Replacement Pattern

Auto Execute

Tria Element List

-Apply-

Node List

Split on longest edge

Split at selected node ◆

◆◆

At posn on selected edge◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 230 Options

Splitting a Tria into Three Trias, Four Trias, or Three Quads

Select one of these icons to enable the selected pattern.

Specify the trias to be split by selecting from the graphics window or entering a list of elements.

Note: The new elements will have the same topology as the parent (i.e., a Tria6 will be split into Tria6s or Quad8s).

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Tria

Method: Split

Replacement Pattern

Auto Execute

Tria Element List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 231 Options

Splitting a Tria into a Tria and a Quad

Select this icon to enable the tria-quad option.

Specify the node to orient the split. This list may contain one entry for each element or a single entry. If a single entry, each element split will be oriented the same relative to the element origin as the first element.

Specify the trias to be split by selecting from the graphics window or entering a list of elements.

Select automatic or manual operation.

Note: The new elements will have the same topology as the parent (i.e., a Tria6 will be split into a Tria6 and a Quad8).

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Tria

Method: Split

Replacement Pattern

Auto Execute

Tria Element List

-Apply-

Node List

Tria at sharpest corner

Tria at selected node ◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 232 Options

Splitting Tet Elements

Split a tet element at a selected edge.

Select the edge split location. This list may contain one entry for each element or a single entry. If a single entry, each element split will be oriented the same relative to the element origin as the first element.

Select the tet edge to split.

Split a tet element at a selected face location.

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Tet

Method: Split

Replacement Pattern

Auto Execute

Single Element Edge

-Apply-

Split Location (Straight Edge) :

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 233 Options

Modifying Quads

Splitting a Quad into Two Quads

Select this icon to enable the two quad option.

Specify the edge where the split is to occur. This list may contain one entry for each element or a single entry. If a single entry, each element will be split at the same edge relative to the element origin as the first element.

Specify the quads to be split by selecting from the graphics window or entering a list of elements.

Select automatic or manual operation.

Note: The new quads will have the same topology as the parent (i.e., a Quad8 will be split into two Quad8s).

Finite Elements

Action: Modify

Object:

: Quad

Method: Split

Replacement Pattern

Auto Execute

Quad Element List

-Apply-

Split on longest edge

Split on selected edge

Element Edge List

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 234 Options

Splitting a Quad into Three Quads

Select this icon to enable the three quad option.

Specify the quads to be split by selecting from the graphics window or entering a list of elements.

Note: The new quads will have the same topology as the parent (i.e., a Quad8 will be split into three Quad8s).

Finite Elements

Action: Modify

Object: Quad

Method: Split

Replacement Pattern

Auto Execute

Quad Element List

-Apply-

Node List

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 235 Options

Splitting a Quad into Four Quads or Four Trias or NxM Quads

Figure 13-5

Select one of these icons to enable the selected pattern.

Specify the quads to be split by selecting from the graphics window or entering a list of elements.

Note: The new elements will have the same topology as the parent (i.e., a Quad8 will be split into Quad8s or Tria6s).

Specify the edge where the split is to occur. This list may contain one entry for each element or a single entry. If a single entry, each element will be split at the same edge.

Specify the number of elements to be created at the two edge directions. N specifies the number of elements at the selected edge, M the other direction. This method will split all elements with the same pattern, unless they are not connected and no shared edges can be found.

Option for a 2 x 2 or n x m split only available for quad elements.

Finite Elements

Action: Modify

Method:

Object: Quad

Split

Replacement Pattern

Split in 2 x 2 Quads

Split in N x M Quads

Auto Execute

Quad Element List

Element Edge List

Specify N,M: N at selected Edge

N 2

M 2

-Apply-

◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 236 Options

Splitting a Quad into Two Trias

Figure 13-6

Select this icon to enable the two tria option.

Specify the quads to be split by selecting from the graphics window or entering a list of elements.

Select automatic or manual operation.

Note: The new trias will have the same topology as the parent (i.e., a Quad8 will be split into two Tria6s).

Finite Elements

Action: Modify

Object:

: Quad

Method: Split

Replacement Pattern

Auto Execute

Quad Element List

Node List

-Apply-

Split on shorter diagonal

Split at selected node ◆

◆◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 237 Options

Splitting a Quad into Three Trias

Figure 13-7

Select this icon to enable the three tria option.

Specify the quads to be split by selecting from the graphics window or entering a list of elements.

Note: The new trias will have the same topology as the parent (i.e., a Quad8 will be split into three Tria6s).

Specify the edge to orient the split. This list may contain one entry for each element or a single entry. If a single entry, each element split will be oriented the same relative to the element origin as the first element.

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Method:

: Quad

Split

Replacement Pattern

Auto Execute

Quad Element List

Element Edge List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 238 Options

Modifying Nodes

Move Method

Figure 13-8

Specifies a list of new node locations by entering coordinates in the global rectangular system (as shown) or by using the select menu.

Specifies the list of nodes to be moved.

Finite Elements

Action: Modify

Object:

: Node

Method: Move

Auto Execute

Node List

Node 101 102

New Node Locations

[0 12.5 o] [0 13.2 .5]

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 239 Options

Offset Method

Specifies a reference coordinate frame in which the direction vector is defined.

Specifies the list of nodes to be offset.

If ON, the offset will occur in the opposite direction indicated by the direction vector.

The Node/Offset method allows moving nodes by an indicated vector distance.

Specifies whether the offset direction is defined relative to rectangular coordinates in any selected coordinate frame, or relative to curvilinear coordinates of a selected cylindrical or spherical reference coordinate frame. If rectangular coordinates are selected, the vector may be selected via the select mechanism.

Specifies the direction in which the nodes are to be offset. For cartesian enter direction vector components along the three axes. For curvilinear enter actual incremental distances. For example enter ∆r, ∆θ (in degrees) and ∆z.

For cartesian only, this specifies the actual distance the nodes are to be offset in the direction indicated by the direction vector. When the direction vector or the reference coordinate frame are modified, the magnitude of the new vector is automatically loaded here. The magnitude may then be modified, if a different length is desired. PCL expressions can be entered here to achieve convenient scaling of the original vector length (i.e. ‘10 / 2‘).

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Method:

: Node

Offset

Type of Transformation

Cartesian in Refer. CF

Curvilinear in Refer. CF

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

Direction Vector

<1 0 0>

Vector Magnitude

Reverse Vector Direction

Auto Execute

Node List

-Apply-

◆◆

◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 240 Options

Edit Method

New physical location(s) of the listed node(s). Enter coordinates in the global rectangular system or use the select menu.

Used to input new node ID numbers for the listed nodes. See Output ID List (p. 25) in the MSC.Patran Reference Manual, Part 1: Basic Functions.

ID number of a coordinate frame where the displacements, degrees-of-freedom, constraints, and solution vectors are defined for the listed nodes.

Appears when any nodal attribute is selected. It lists the ID numbers of the nodes which are to be changed.

When one of these attributes is selected, the appropriate information to modify appears on the form. When this form is initially opened, none of the attributes are selected, therefore, only the Nodal Attributes box is displayed.

ID number of a coordinate frame where the location is defined for the listed nodes.

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Method:

Node

Edit

Nodal Attributes

ID Analysis Coordinate Frame Refer. Coordinate Frame Location

New Node ID’s

Analysis Coordinate Frame

Refer. Coordinate Frame

Node Locations

Auto Execute

Node List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 241 Options

Project Method

Closest to Surf option will project the existing nodes by using the closest approach to the specified surface or face.

Define Vector option allows you to specify the coordinates of the Projection Vector and the Refer. Coordinate Frame to express the vector within. (Example: <1 1 0>). The Vector select menu will appear to allow you alternate ways to cursor define the vector direction.

View Vector option will project the existing points by using the view angle of the current viewport. MSC.Patran will project the existing nodes using the normal direction of the screen.

Closest to Curve option will project the existing nodes by using the closest approach to the specified curve or edge.

To Plane option will project the existing nodes by changing the selected coordinate value in a specified reference coordinate system.

Projection Vector and Refer. Coordinate Frame is used if the Define Vector option is chosen.

Select Nodes to be projected with the selected option.

Specify Surfaces or Curves that the nodes will be projected onto.

Finite Elements

Action: Modify

Object:

Method:

Object: Node

Project

Option: Closest to Surf

Auto Execute

Input Nodes

Surface List

-Apply-

Projection Vector

<0 0 0>

Refer. Coordinate Frame

Coord 0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 242 Options

Modifying MPCsWhen Modify is the selected Action and MPC is the selected Object, the Modify MPC form is displayed. Use this form to modify the attributes of existing MPCs.

Brings up the Modify Terms form. Use to create, modify or delete dependent and independent terms.

Specifies a constant term, if supported by the current selected MPC type.

Indicates the MPC type currently selected. If the MPC is not valid for the current Analysis Code and Analysis Type preferences, this label will read:

Not Valid for Current Preferences

In this case, the remaining widgets will not be displayed.

Indicates the current settings of the Analysis Code and Analysis Type Preferences.

Used to specify the MPC to be modified. The form will be updated automatically whenever the contents of this databox are changed to reflect the attributes of the existing MPC. If the MPC does not exist, the remaining widgets in this form are not displayed.

Finite Elements

Action: Modify

Object:

: MPC

Analysis Preferences: :ANSYS Structural

MPC ID

MPC 1234571

MPC Type:

Constant

Modify Terms…

-Apply- Reset

Explicit

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 243 Options

Modify Terms

This form appears when the Modify Terms button is selected on the Modify MPC form. Use this form to modify the dependent and independent terms of a selected MPC.

Modify Terms

Create Dependent

Create Independent

Modify

Delete

Node 101,109:124:5

Node List

Auto Execute

DOFs

Dependent Terms (1)

Nodes (1) DOFs (1 )

101,109:124:5 UX,UY,UZ

Independent Terms (No Max)

Coefficient Nodes (1) DOFs (1)

0.5 5:25:5 UX,UY,UZ

UX UYUZ

Sets the mode of the Apply function to:

1. Create a dependent term.2. Create an independent term.3. Modify a term, or4. Delete a term. The Create Dependent and Create Independent items are disabled once the maximum number of dependent or independent terms are created.

Specifies a nonzero coefficient for a term. This widget is displayed when creating or modifying a term which includes a Coefficient column.

Specifies the nodes for a term. This widget is displayed when creating or modifying a term which includes a Nodes column.

Select the degrees-of-freedom for a term. This widget is displayed when creating or modifying a term, which includes a DOFs column.

Holds the dependent and independent term information as rows in the spreadsheet. The number of terms required is displayed in parentheses next to the spreadsheet label. A term consists of one or more of the following:

1. A sequencer number (not shown).2. A nonzero coefficient.3. A list of nodes (the required number is

displayed in parentheses).4. A list of degrees-of-freedom (the required

number is listed in parentheses).Existing terms can be selected for modification and deletion.

0.5Coefficient =

-Apply- Clear Cancel

◆◆

◆◆ ◆◆

◆

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Modify Action… §13.2 244 Options

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… § 245 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

14 The Delete Action

■ Delete Action

■ Delete Forms

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.1 246 Options

14.1 Delete ActionThe Delete action provides the capability to remove finite element entities from the model database. Submenus are provided to selectively delete any combination of finite element entities or specifically Node, Element, Mesh Seed definitions, Mesh on Curve ⁄Surface ⁄Solid, or MPC entities. By default, Auto Execute is selected which means MSC.Patran will automatically delete after the entities are selected.

If there are many finite element entities to be deleted, a percent complete form will show the status of the delete process for each entity type. When deletion is complete, a report appears in the command line indicating the number and IDs of the entities deleted, and the number and IDs of the entities not found and therefore not deleted.

The association of the deleted entity with other related entities is broken during deletion. Nodes, element properties, loads and boundary conditions, results and groups may become unreferenced due to deletion. Toggles are provided to delete unreferenced nodes and empty groups due to the delete function. The current group will not be deleted even if it becomes empty.

The Abort key may be selected at any time to halt the delete process, and the Undo button may be used to restore the deleted entities.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 247 Options

14.2 Delete FormsWhen Delete is the selected action, the following options are available.

Object Type Description

Any Allows for deletion of multiple types of finite element entities at once. Related nodes, element properties, load and boundary conditions, results and groups may become unreferenced due to deletion.

Mesh Seed Deletes the mesh seed definitions from the specified edges.

Mesh Control Deletes the mesh control applied to a surface.

Mesh Surface Deletes the mesh from the specified surfaces.

Curve Deletes the mesh from the specified curves.

Solid Deletes the mesh from the specified solids.

Node Deletes the specified nodes. Element corner nodes will not be deleted. Related load and boundary conditions, results are disassociated with the deleted nodes but they are not deleted. Any nodes associated with a DOF list will be removed from the nodes portion of the DOF list term. A toggle is provided to delete empty groups due to the deletion.

Element Deletes the specified elements. Nodes, element properties, load and boundary conditions, results and groups are disassociated with the deleted elements but they are not deleted. A toggle is provided to delete related nodes and empty groups due to the deletion.

MPC Deletes the multi-point constraints. Nodes and groups are disassociated with the deleted MPCs but they are not deleted. A toggle is provided to delete related nodes and empty groups due to the deletion.

Superelement Deletes the superelements.

DOF List Deletes the specified degree-of-freedom (DOF) lists.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 248 Options

Delete — Any Use this form to delete multiple types of finite element entities at one time. Any combination of elements, nodes, and multi-point constraints may be selected for deletion. When deleting elements and nodes, the mesh on curves, surfaces and solids may also be deleted. However, mesh seeds can only be deleted through the Delete/Mesh Seed menu. Nodes, element properties, loads and boundary conditions, results and groups may become unreferenced due to deletion. Toggles are provided to delete unreferenced nodes and empty groups due to the delete operation.

Selects and displays the entity types which can be selected for deletion from the viewport.

Specifies the list of finite element entities to be deleted. Either cursor select, type in the entity types and IDs, or by using the Finite Element select menu.

Specifies the entity types to be deleted. Set the appropriate toggles ON or OFF.

Specifies Nodes which are selectable for deletion (default is ON). Empty Groups – Set toggle ON to indicate groups have become empty due to the deletion of nodes.

Specifies Elements are selectable for deletion (default is ON). Node – Deletes all nodes that are related to the deleted elements (default is ON). Empty Groups – Set toggle ON (default OFF) to indicate groups have become empty due to deletion of elements.

By default, Auto Execute is OFF. This means MSC.Patran will not automatically delete after the objects are selected.

Specifies MPCs are selectable for deletion (default is OFF). Node– Deletes all nodes which are related to the deleted MPCs. Empty Groups – Toggle ON to indicate that groups that become empty due to the deletion of MPCs should be deleted.

Finite Elements

Action: Delete

Object: Any

Delete Node and Related

Empty Groups Element and Related

Node Empty Groups

MPC’s Node Empty Groups

Auto Execute Finite Element Entity List Node 1:900 Element 5:20

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 249 Options

Delete — Mesh SeedUse this form to delete an existing mesh seed definition for a list of specified edges. The edges may be curves, or edges of surfaces or solids. When deletion is complete, a report appears in the command line indicating the number and IDs of the edges which were deleted.

Specifies the list of edges containing the mesh seed definitions to be deleted. Either cursor select the existing curves or edges of surfaces or solids or specify the edge entity type and IDs. (Example: Curve 10, Surface 12.1, Solid 22.5.2. )

By default, Auto Execute is OFF. This means MSC.Patran will not automatically delete after the objects are selected.

The abort key may be pressed at any time to halt the delete process, and the Undo button may be used to restore the deleted mesh seed definitions to their respective edges.

Finite Elements

Action:

Object: Mesh Seed

Auto Execute

Curve List Curve 1.5 Surface 6.3

-Apply-

Delete

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 250 Options

Delete — Mesh (Surface)Use this form to delete an existing mesh of nodes and elements applied to one or more surfaces, or solid faces. When deletion is complete, a report appears in the command line indicating the number and IDs of the entities from which meshes were deleted.

Specifies the list of geometric entities that are meshed by cursor or by entering the entity type and IDs. (Example, to delete a mesh from a Surface enter: Surface 12, Solid 22.4.)

Types which can be selected are: Curve, Surface, or Solid.

By default, Auto Execute is OFF. This means MSC.Patran will not automatically delete after the objects are selected.

The abort key may be pressed at any time to halt the delete process, and the Undo button may be used to restore the deleted mesh of nodes and elements.

Finite Elements

Action: Delete

Object: Mesh

Type: Surface

Auto Execute

Surface List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 251 Options

Delete — Mesh (Curve)Use this form to delete an existing mesh of nodes and elements applied to one or more curves, or surface or solid edges.

By default, Auto Execute is OFF. This means MSC.Patran will not automatically delete a mesh after each geometric entity is selected.

Specifies the list of geometric entities. Either cursor select existing meshed entities, use the left mouse button, or enter the IDs. (Example: Curve 12, Surface 30.4.)

Defines the general type of mesh to be deleted. This can be set to Curve, Surface and Solid.

Finite Elements

Action: Delete

Object:

Type:

Mesh

Curve

Auto Execute

Curve List Curve 12 Surface 36.4

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 252 Options

Delete — Mesh (Solid)Use this form to delete an existing mesh of nodes and elements applied to one or more solids.

By default, Auto Execute is OFF. This means MSC.Patran will not automatically delete a mesh after each geometric entity is selected.

Specifies the list of geometric entities. Either cursor select existing meshed entities, use the left mouse button, or enter the IDs. (Example: Solid 22.)

Defines the general type of mesh to be deleted. This can be set to Curve, Surface and Solid.

Finite Elements

Action: Delete

Object:

Type:

Mesh

Solid

Auto Execute

Solid List Solid 22

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 253 Options

Delete — Mesh Control

Finite Elements

Action: Delete

Object: Mesh Control

Auto Execute

Surface List

-Apply-

List of surfaces from which mesh control should be deleted.

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 254 Options

Delete — NodeUse this form to delete existing nodes from the model database. Element corner nodes will not be deleted. Related loads and boundary conditions, results and groups are disassociated with the deleted nodes but they are not deleted. Any nodes associated with a DOF list will be removed from the nodes portion of the DOF list term. A toggle is provided to delete groups that become empty due to the deletion of the nodes. When deletion is complete a report appears in the command line indicating the number and IDs of the nodes deleted.

Allows Empty Groups to be deleted with the node, or left in place. The current group will not be deleted even if it becomes empty.

Specifies the list of nodes which are to be deleted. Select with cursor, or specify node IDs.

Toggle ON to indicate groups which have become empty due to the deletion of nodes, and should be deleted.

By default, Auto Execute is OFF. This means that MSC.Patran will not automatically delete after the objects are selected.

The abort key may be pressed at any time to halt the delete process and the Undo button may be used to restore the deleted nodes and groups.

Finite Elements

Action: Delete

Object:

Node

Delete Related

Empty Groups

Auto Execute

Node List Node 1:1000 1009 1010

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 255 Options

Delete — ElementUse this form to delete existing elements from the model database. Related nodes, element properties, loads and boundary conditions, results and groups are disassociated from the deleted elements, but they are not deleted. A toggle is provided to delete all related nodes and empty groups due to the deletion of elements.

Allows for the related nodes and Empty groups to be deleted with the element or left alone. The current group will not be deleted even if it becomes empty.

Specifies the list of elements. Either cursor select, or specifies element IDs. Through the element select menu, elements may be deleted by type (for instance only bar elements or triangular elements… etc.).

Deletes all nodes that are related to the elements which have been deleted (default is ON).

Toggle ON to indicate groups which have become empty due to the deletion of elements, and should be deleted.

By default, Auto Execute is OFF. This means that MSC.Patran will not automatically delete after the objects are selected.

The abort key may be pressed at any time to halt the delete process, and the Undo button may be used to restore the deleted elements and related nodes and groups.

Finite Elements

Action: Delete

Object:

Element

Delete Related

Nodes

Empty Groups

Auto Execute

Element List

Element 2 6 7:65

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 256 Options

Delete — MPCUse this form to delete an existing multi-point constraint (MPC) from the database. Related nodes and groups are disassociated from the deleted MPCs, but they are not deleted. A toggle is provided to delete all related nodes and empty groups due to the deletion of the MPCs.

Allows the related nodes and empty groups to be deleted or left in place.

Specifies the list of MPCs to be deleted. Select with the cursor or type in the MPC IDs.

By default, Auto Execute is OFF. This means that MSC.Patran will not automatically delete after the objects are selected.

Deletes all nodes which are related to the MPCs that have been deleted (default is ON).

Toggle ON to indicate groups which have become empty due to the deletion of MPCs and should be deleted.

The abort key may be selected at any time to halt the delete process, and the Undo button may be used to restore the deleted MPCs and related nodes and groups.

Finite Elements

Action: Delete

Object:

MPC

Delete Related

Nodes

Empty Groups

Auto Execute

List of MPC’s MPC 1:10 12 15

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 257 Options

Delete — SuperelementUse this form to delete superelements from the database. Note that this is currently available only for the MSC.Nastran analysis preference.

List of existing superelements. Only the highlighted superelements are deleted.

Finite Elements

Action: Delete

Object:

Superelement

Superelement List

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe Delete Action… §14.2 258 Options

Delete — DOF ListUse this form to delete degree-of-freedom (DOF) lists from the database. Note that this is currently available only for the ANSYS and ANSYS 5 analysis preference.

Displays a list of all DOF lists currently defined in the database. Highlighting one or more entries and selecting Apply will delete the highlighted DOF lists from the database.

Finite Elements

Action: Delete

Object:

DOF List

Analysis Preferences: Code: ANSYS Type: Structural

Available DOF Lists

-Apply-

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library § 259 Options

MSC.Patran Reference Manual, Part 3: Finite Element Modeling

CHAPTER

15 The MSC.Patran Element Library

■ Introduction

■ Beam Element Topology

■ Tria Element Topology

■ Quad Element Topology

■ Tetrahedral Element Topology

■ Wedge Element Topology

■ Hex Element Topology

■ MSC.Patran’s Element Library

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.1 260 Options

15.1 IntroductionThe MSC.Patran template database file, template.db, contains a “generic” set of finite element topologies. By default, when opening a new database, the element topology library is included. Topology, in the context of a finite element, is the relative node, edge and face numbering scheme for each element of the same topology. The MSC.Patran library is compatible with earlier versions of MSC.Patran (PATRAN Release 2.5). MSC.Patran also provides additional information about each element topology which was not available in the earlier MSC.Patran versions:

• Nodal parametric locations

• Edge numbering

• Face numbering

• Face sense

• Corresponding degenerate element topology ID

Where possible, the ISO 10303-104, Application Resources: Finite Element Analysis document, which is part of International Standard ISO 10303-Product Data Representation and Exchange (STEP), was used to define the element topologies. If the ISO standard was found to be in conflict with earlier versions of MSC.Patran, the MSC.Patran convention took precedence. The ISO standard for numbering edges and faces of elements is used.

Face and edge numbering are important for assigning element attributes, such as pressures applied to a solid element face. In MSC.Patran, you may select an edge or a face of an element with the cursor. An example of the syntax, used in the Select Databox to describe an edge of hex element 1, would be elem 1.2.3, which refers to edge 3 of face 2 of element 1.

The element topology tables listed in sections 13.2 through 13.7 are used to construct and interpret the syntax of the Select Databox string. MSC.Patran’s Element Library (p. 320) provides illustrations of each element type and topology, and their node locations.

Parametric coordinate systems

Rectangular. [Xi/Eta/Zeta] is used for Tet/Wedge/Hex elements. Values can either have a range of -1 to 1 or 0 to 1 depending on the case where an area or volume coordinate systems can apply (Tet/Wedge elements). [Xi/Eta] applies to a Tri or Quad element. Values range from 0 to 1 for the Tri, and -1 to 1 for the Quad. [Xi] applies to a Bar element. Values range from -1 to 1.

Area. [L1/L2/L3] is used for locating a point within a triangular area. Values range from 0 to 1, and the sum of all cordinates is equal to 1. The values correspond to the weighting with respect to the 3 corners of a triangle. For a Tri or Wedge element which will use [Xi/Eta] and [Xi/Eta/Zeta], the Xi/Eta value will range from 0 to 1, and we can determine L1/L2/L3 as :

L1 = 1.0 — Xi — Eta

L2 = Xi

L3 = Eta

Important: The face sense is interpreted as positive if the normal is pointing away from (towards the outside) the element, using the right hand rule. This only applies to volume elements (element dimensionality = 3).

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.1 261 Options

Volume. [L1/L2/L3/L4] is used for locating a point within a tetrahedral volume. Values range from 0 to 1, and the sum of all cordinates is equal to 1. The values correspond to the weighting with respect to the 4 corners of a tetrahedron. For a Tet element which will use [Xi/Eta/Zeta], the Xi/Eta/Zeta value will range from 0 to 1, and we can determine L1/L2/L3/L4 as :

L1 = 1.0 — Xi — Eta — Zeta

L2 = Xi

L3 = Eta

L4 = Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.2 262 Options

15.2 Beam Element TopologyMSC.Patran contains three different beam element topologies: Bar2, Bar3 and Bar4.

General Data

Shape = Beam

Element dimensionality= 1

Number of corner nodes = 2

Number of edges = 1

Number of faces = 0

Number of face edges = 0

Specific Data — Bar2

Element name = Bar2

Number of nodes = 2

Order = linear

Degenerate element name = <none>

For more information, see Bar2 (p. 320).

Specific Data — Bar3

Element name = Bar3

Number of nodes = 3

Order = Quadratic

Table 15-1 Bar2 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 1 2

Table 15-2 Bar2 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi

1 -1.0

2 1.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.2 263 Options

Degenerate element name = <none>

For more information, see Bar3 (p. 322).

Specific Data — Bar4

Element name = Bar4

Number of nodes = 4

Order = Cubic

Degenerate element name = <none>

For more information, see Bar4 (p. 330).

Table 15-3 Bar3 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 3 2

Table 15-4 Bar3 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi

1 -1.0

2 1.0

3 0.0

Table 15-5 Bar4 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 1 3 4 2

Table 15-6 Bar4 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi

1 -1.0

2 1.0

3 -1/3

4 1/3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.3 264 Options

15.3 Tria Element TopologyMSC.Patran contains six different triangular element topologies: Tria3, Tria4, Tria6, Tria7, Tria9, Tria13.

General Shape

For Tri elements, area coordinates [L1/L2/L3] are commonly used. See Area (p. 260) coordinate system for more information.

Tri elements can be obtained by degenerating a Quad element.

1. Quad corner node 2 collapses onto 1.

2. Tri corner nodes 1/2/3 match 1/3/4 for the Quad.

General Data

Shape = Triangular

Element dimensionality= 2

Number of corner nodes = 3

Number of edges = 3

Number of faces = 1

Number of face edges = 3

Specific Data — Tria3

Element name = Tria3

Number of nodes = 3

Order = linear

Degenerate element name = <none>

Table 15-7 Tria Face Numbering

Face ID Sense Edge 1 Edge 2 Edge 3

1 1 1 2 3

Table 15-8 Tria3 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 1 2

2 2 3

3 3 1

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.3 265 Options

To obtain a Tri3 by degenerating a Quad4, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tri3 (p. 320).

Specific Data — Tria4

Element name = Tria4

Number of nodes = 4

Order = linear

Degenerate element name = <none>

Table 15-9 Tria3 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

1 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0,0.0

3 0.0, 1.0

Tri3 Quad4

1 1

2 3

3 4

Table 15-10 Tria4 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 1 2

2 2 3

3 3 1

Table 15-11 Tria4 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

1 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.3 266 Options

To obtain a Tri4 by degenerating a Quad5, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tri4 (p. 321).

Specific Data — Tria6

Element name = Tria6

Number of nodes = 6

Order = Quadratic

Degenerate element name = <none>

3 0.0, 1.0

4 1/3, 1/3

Tri4 Quad5

1 1

2 3

3 4

4 5

Table 15-12 Tria6 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 4 2

2 2 5 3

3 3 6 1

Table 15-13 Tria6 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

1 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0

3 0.0, 1.0

4 0.5, 0.0

Table 15-11 Tria4 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.3 267 Options

To obtain a Tri6 by degenerating a Quad8, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tri6 (p. 322).

Specific Data — Tria7

Element name = Tria7

Number of nodes = 7

Order = Quadratic

Degenerate element name = <none>

5 0.5, 0.5

6 0.0, 0.5

Tri6 Quad8

1 1

2 3

3 4

4 6

5 7

6 8

Table 15-14 Tria7 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 4 2

2 2 5 3

3 3 6 1

Table 15-15 Tria7 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

1 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0

3 0.0, 1.0

4 0.5, 0.0

Table 15-13 Tria6 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.3 268 Options

To obtain a Tri7 by degenerating a Quad9, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tri7 (p. 323).

Specific Data — Tria9

Element name = Tria9

Number of nodes = 9

Order = Cubic

Degenerate element name = <none>

5 0.5, 0.5

6 0.0, 0.5

7 1/3, 1/3

Tri7 Quad9

1 1

2 3

3 4

4 6

5 7

6 8

7 9

Table 15-16 Tria9 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 1 4 5 2

2 2 6 7 3

3 3 8 9 1

Table 15-17 Tria9 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

1 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0

3 0.0, 1.0

Table 15-15 Tria7 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.3 269 Options

To obtain a Tri9 by degenerating a Quad12, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tri9 (p. 330).

Specific Data — Tria13

Element name = Tria13

Number of nodes = 13

Order = Cubic

Degenerate element name = <none>

4 1/3, 0.0

5 2/3, 0.0

6 1/3, 2/3

7 1/3, 2/3

8 0.0, 2/3

9 0.0, 1/3

Tri9 Quad12

1 1

2 3

3 4

4 7

5 8

6 9

7 10

8 11

9 12

Table 15-18 Tria13 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 1 4 5 2

2 2 6 7 3

3 3 8 9 1

Table 15-17 Tria9 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.3 270 Options

To obtain a Tri13 by degenerating a Quad16, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tri13 (p. 331).

Table 15-19 Tria13 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta or L2/L3

1 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0

3 0.0, 1.0

4 1/3, 0.0

5 2/3, 0.0

6 2/3, 1/3

7 1/3, 2/3

8 0.0, 2/3

9 0.0, 1/3

10 2/9, 1/9

11 4/9, 2/9

12 2/9, 4/9

13 1/9, 2/9

Tri13 Quad16

1 1

2 3

3 4

4 7

5 8

6 9

7 10

8 11

9 12

10 14

11 15

12 16

13 13

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.4 271 Options

15.4 Quad Element TopologyMSC.Patran contains six different quadrilateral element topologies: Quad4, Quad5, Quad8, Quad9, Quad12, Quad16.

General Data

Shape = Quadrilateral

Element dimensionality= 2

Number of corner nodes = 4

Number of edges = 4

Number of faces = 1

Number of face edges = 4

Specific Data — Quad4

Element name = Quad4

Number of nodes = 4

Order = linear

Degenerate element name = Tria3

Table 15-20 Quad Face Numbering

Face ID Sense Edge 1 Edge 2 Edge 3 Edge 4

1 1 1 2 3 4

Table 15-21 Quad4 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 1 2

2 2 3

3 3 4

4 4 1

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.4 272 Options

For more information, see Quad4 (p. 320).

Specific Data — Quad5

Element name = Quad5

Number of nodes = 5

Order = linear

Degenerate element name = Tria4

Table 15-22 Quad4 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta

1 -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0

3 1.0, 1.0

4 -1.0, 1.0

Table 15-23 Quad5 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 1 2

2 2 3

3 3 4

4 4 1

Table 15-24 Quad5 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta

1 -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0

3 1.0, 1.0

4 -1.0, 1.0

5 0.0, 0.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.4 273 Options

For more information, see Quad5 (p. 321).

Specific Data — Quad8

Element name = Quad8

Number of nodes = 8

Order = Quadratic

Degenerate element name = Tria6

For more information, see Quad8 (p. 322).

Specific Data — Quad9

Element name = Quad9

Number of nodes = 9

Order = Quadratic

Table 15-25 Quad8 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 5 2

2 2 6 3

3 3 7 4

4 4 8 1

Table 15-26 Quad8 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta

1 -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0

3 1.0, 1.0

4 -1.0, 1.0

5 0.0, -1.0

6 1.0, 0.0

7 0.0, 1.0

8 -1.0, 0.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.4 274 Options

Degenerate element name = Tria7

For more information, see Quad9 (p. 323).

Specific Data — Quad12

Element name = Quad12

Number of nodes = 12

Order = Cubic

Degenerate element name = Tria9

Table 15-27 Quad9 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 5 2

2 2 6 3

3 3 7 4

4 4 8 1

Table 15-28 Quad9 Node ParametricCoordinates

Node Number Xi/Eta

1 -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0

3 1.0, 1.0

4 -1.0, 1.0

5 0.0, -1.0

6 1.0, 0.0

7 0.0, 1.0

8 -1.0, 0.0

9 0.0, 0.0

Table 15-29 Quad12 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 1 5 6 2

2 2 7 8 3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.4 275 Options

For more information, see Quad12 (p. 330).

Specific Data — Quad16

Element name = Quad16

Number of nodes = 16

Order = Cubic

Degenerate element name = Tria13

3 3 9 10 4

4 4 11 12 1

Table 15-30 Quad12 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta

1 -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0

3 1.0, 1.0

4 -1.0, 1.0

5 1/3, -1.0

6 1/3, -1.0

7 1.0,-1/3

8 1.0,1/3

9 1/3, 1.0

10 -1/3, 1.0

11 -1.0,1/3

12 -1.0,-1/3

Table 15-31 Quad16 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 1 5 6 2

2 2 7 8 3

Table 15-29 Quad12 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.4 276 Options

For more information, see Quad16 (p. 331).

3 3 9 10 4

4 4 11 12 1

Table 15-32 Quad16 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta

1 -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0

3 1.0, 1.0

4 -1.0, 1.0

5 -1/3, -1.0

6 1/3, -1.0

7 1.0,-1/3

8 1.0,1/3

9 1/3, 1.0

10 -1/3, 1.0

11 -1.0,1/3

12 -1.0,-1/3

13 -1/3,-1/3

14 1/3, -1/3

15 1/3, 1/3

16 -1/3, 1/3

Table 15-31 Quad16 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 277 Options

15.5 Tetrahedral Element TopologyMSC.Patran contains eight different tetrahedral element topologies: Tet4, Tet5, Tet10, Tet11, Tet14, Tet15, Tet16, Tet40.

General Data

Shape = Tetrahedral

Element dimensionality= 3

Number of corner nodes = 4

Number of edges = 6

Number of faces = 4

Number of face edges = 3

General Shape

For Tet elements, volume coordinates [L1/L2/L3/L4] are commonly used. See Volume (p. 261) coordinate system for more information.

Tet elements can be obtained by degenerating Hex elements.

1. Hex corner nodes 2/3/4 collapse onto 1, and 6 collapses onto 5.

2. Tet corner nodes 1/2/3/4 match 1/5/7/8 for the Hex.

Specific Data — Tet4

Element name = Tet4

Number of nodes = 4

Order = linear

Degenerate element name = <none>

Table 15-33 Tetrahedral Face Numbering

Face ID Sense Edge 1 Edge 2 Edge 3

1 -1 1 2 3

2 1 1 5 4

3 1 2 6 5

4 1 3 4 6

Table 15-34 Tet4 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 1 2

2 2 3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 278 Options

To obtain a Tet4 by degenerating a Hex8, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tet4 (p. 320).

Specific Data — Tet5

Element name = Tet5

Number of nodes = 5

Order = linear

Degenerate element name = <none>

3 3 1

4 1 4

5 2 4

6 3 4

Table 15-35 Tet4 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/L4

1 0.0, 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0, 0.0

3 0.0, 1.0, 0.0

4 0.0, 0.0, 1.0

Tet4 Hex8

1 1

2 5

3 7

4 8

Table 15-36 Tet5 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 1 2

2 2 3

Table 15-34 Tet4 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 279 Options

To obtain a Tet5 by degenerating a Hex9, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tet5 (p. 321).

Specific Data — Tet10

Element name = Tet10

Number of nodes = 10

Order = Quadratic

3 3 1

4 1 4

5 2 4

6 3 4

Table 15-37 Tet5 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/L4

1 0.0, 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0, 0.0

3 0.0, 1.0, 1.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 1/4, 1/4, 1/4

Tet5 Hex9

1 1

2 5

3 7

4 8

5 9

Table 15-36 Tet5 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 280 Options

Degenerate element name = <none>

To obtain a Tet10 by degenerating a Hex20, the following are corresponding nodes:

Table 15-38 Tet10 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 5 2

2 2 6 3

3 3 7 1

4 1 8 4

5 2 9 4

6 3 10 4

Table 15-39 Tet10 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/L4

1 0.0, 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0, 0.0

3 0.0, 1.0, 0.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 0.5, 0.0, 0.0

6 0.5, 0.5, 0.0

7 0.0, 0.5, 0.0

8 0.0, 0.0, 0.5

9 0.5, 0.0, 0.5

10 0.0, 0.5, 0.5

Tet10 Hex20

1 1

2 5

3 7

4 8

5 13

6 18

7 15

8 16

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 281 Options

For more information, see Tet10 (p. 322).

Specific Data — Tet11

Element name = Tet11

Number of nodes = 11

Order = Quadratic

Degenerate element name = <none>

9 20

10 19

Table 15-40 Tet11 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 5 2

2 2 6 3

3 3 7 1

4 1 8 4

5 2 9 4

6 3 10 4

Table 15-41 Tet11 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/L4

1 0.0, 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0, 0.0

3 0.0, 1.0, 0.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 0.5, 0.0, 0.0

6 0.5, 0.5, 0.0

7 0.0, 0.5, 0.0

8 0.0, 0.0, 0.5

9 0.5, 0.0, 0.5

10 0.0, 0.5, 0.5

11 1/4, 1/4, 1/4

Tet10 Hex20

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 282 Options

To obtain a Tet11 by degenerating a Hex21, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tet11 (p. 323).

Specific Data — Tet14

Element name = Tet14

Number of nodes = 14

Order = Quadratic

Degenerate element name = <none>

Tet11 Hex21

1 1

2 5

3 7

4 8

5 13

6 18

7 15

8 16

9 20

10 19

11 21

Table 15-42 Tet14 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 5 2

2 2 6 3

3 3 7 1

4 1 8 4

5 2 9 4

6 3 10 4

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 283 Options

To obtain a Tet14 by degenerating a Hex27, the following are corresponding nodes:

Table 15-43 Tet14 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/L4

1 0.0, 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0, 0.0

3 0.0, 1.0, 0.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 0.5, 0.0, 0.0

6 0.5, 0.5, 0.0

7 0.0, 0.5, 0.0

8 0.0, 0.0, 0.5

9 0.5, 0.0, 0.5

10 0.0, 0.5, 0.5

11 1/4, 1/4, 0.0

12 0.5, 1/4, 1/4

13 0.0, 1/4, 1/4

14 1/4, 0.0, 1/4

Tet14 Hex27

1 1

2 5

3 7

4 8

5 13

6 18

7 15

8 16

9 20

10 19

11 25

12 23

13 27

14 24

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 284 Options

For more information, see Tet14 (p. 324).

Specific Data — Tet15

Element name = Tet15

Number of nodes = 15

Order = Quadratic

Degenerate element name = <none>

Table 15-44 Tet15 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 5 2

2 2 6 3

3 3 7 1

4 1 8 4

5 2 9 4

6 3 10 4

Table 15-45 Tet15 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/L4

1 0.0, 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0, 0.0

3 0.0, 1.0, 0.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 0.5, 0.0, 0.0

6 0.5, 0.5, 0.0

7 0.0, 0.5, 0.0

8 0.0, 0.0, 0.5

9 0.5, 0.0, 0.5

10 0.0, 0.5, 0.5

11 1/4, 1/4, 1/4

12 1/4, 1/4, 0.0

13 0.5, 1/4, 1/4

14 0.0, 1/4, 1/4

15 1/4, 0.0, 1/4

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 285 Options

To obtain a Tet15 by degenerating a Hex27, the following are corresponding nodes:

For more information, see Tet15 (p. 327).

Specific Data — Tet16

Element name = Tet16

Number of nodes = 16

Order = Cubic

Degenerate element name = <none>

Tet15 Hex27

1 1

2 5

3 7

4 8

5 13

6 18

7 15

8 16

9 20

10 19

11 21

12 25

13 23

14 27

15 24

Table 15-46 Tet16 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 1 5 6 2

2 2 7 8 3

3 3 9 10 1

4 1 11 14 4

5 2 12 15 4

6 3 13 16 4

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 286 Options

To obtain a Tet16 by degenerating a Hex32, the following are corresponding nodes:

Table 15-47 Tet16 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/L4

1 0.0, 0.0, 0.0

2 1.0, 0.0, 0.0

3 0.0, 1.0, 0.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 1/3, 0.0, 0.0

6 2/3, 0.0, 0.0

7 2/3,1/3, 0.0

8 1/3, 2/3, 0.0

9 0.0, 2/3, 0.0

10 0.0, 1/3, 0.0

11 0.0, 0.0, 1/3

12 2/3, 0.0, 1/3

13 0.0, 1/3, 2/3

14 0.0, 0.0, 2/3

15 1/3, 0.0, 2/3

16 0.0, 1/3, 2/3

Tet16 Hex32

1 1

2 5

3 7

4 8

5 17

6 21

7 27

8 28

9 23

10 19

11 20

12 32

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 287 Options

For more information, see Tet16 (p. 330).

Specific Data — Tet40

Element name = Tet40

Number of nodes = 40

Order = Cubic

Degenerate element name = <none>

13 29

14 24

15 31

16 30

Table 15-48 Tet40 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 1 5 6 2

2 2 7 8 3

3 3 9 10 1

4 1 11 14 4

5 2 12 15 4

6 3 13 16 4

Table 15-49 Tet40 Node Parametric Coordinates

Node Number C(3) Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/L4

1 0.0, 0.0, 0.0 21 2/9, 0.0, 1/9

2 1.0, 0.0, 0.0 22 4/9, 0.0, 2/9

3 0.0, 1.0, 0.0 23 2/3, 2/9, 1/9

4 0.0, 0.0, 1.0 24 1/3, 4/9, 2/9

5 1/3, 0.0, 0.0 25 0.0, 1/9, 2/9

6 2/3, 0.0, 0.0 26 0.0, 2/9, 1/9

7 2/3, 1/3, 0.0 27 2/9,.074074,.037037

8 1/3, 2/3, 0.0 28 4/9, 148148,.074074

9 0.0, 2/3, 0.0 29 2/9, .296297,.148148

Tet16 Hex32

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 288 Options

To obtain a Tet40 by degenerating a Hex64, the following are corresponding nodes:

10 0.0, 1/3,0.0 30 1/9,.148148, .074074

11 0.0, 0.0, 1/3 31 1/9, 0.0, 2/9

12 2/3, 0.0, 1/3 32 2/9, 0.0, 4/9

13 0.0, 2/3, 1/3 33 2/3, 1/9, 2/9

14 0.0, 0.0, 2/3 34 1/3, 2/9, 4/9

15 1/3, 0.0, 2/3 35 0.0, 2/9, 4/9

16 0.0, 1/3, 2/3 36 0.0, 4/9, 2/9

17 2/9, 1/9, 0.0 37 2/9,.037037,.074074

18 4/9, 2/9, 0.0 38 4/9,.074074,.148148

19 2/9, 4/9, 0.0 39 2/9,.148148,.296297

20 1/9, 2/9, 0.0 40 1/9,.074074,.148148

Tet40 Hex64

1 1

2 5

3 7

4 8

5 17

6 21

7 27

8 28

9 23

10 19

11 20

12 32

13 29

14 24

15 31

16 30

17 39

Table 15-49 Tet40 Node Parametric Coordinates

Node Number C(3) Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/L4

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.5 289 Options

For more information, see Tet40 (p. 332).

18 51

19 52

20 40

21 44

22 56

23 62

24 63

25 42

26 41

27 46

28 58

29 59

30 47

31 43

32 55

33 61

34 64

35 54

36 53

37 45

38 57

39 60

40 48

Tet40 Hex64

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 290 Options

15.6 Wedge Element TopologyMSC.Patran contains eight different wedge element topologies: Wedge6, Wedge7, Wedge15, Wedge16, Wedge20, Wedge21, Wedge24 and Wedge52.

General Data

Shape = Wedge

Element dimensionality= 3

Number of corner nodes = 6

Number of edges = 9

Number of faces = 5

Number of face edges = 4,3

General Shape

For Wedge elements, a combination of area and rectangular coordinates [L1/L2/L3/Zeta] are commonly used. Zeta values vary from -1 to 1 as in a Hex element. The area coordinates L1/L2/L3 represent the weighting with respect to the 3 edges along the Zeta direction:

edge number 8 (node 1—>4)

edge number 7 (node 2—>5)

edge number 9 (node 3—>6)

See Area (p. 260) coordinate system for more information.

Wedge elements can be obtained by degenerating Hex elements.

1. Hex corner node 2 collapses onto 1, and 6 collapses onto 5.

2. Wedge corner nodes 1:6 match 1/3/4/5/7/8 for the Hex.

Specific Data — Wedge6

Element name = Wedge6

Number of nodes = 6

Order = linear

Table 15-50 Wedge Face Numbering

Face ID Sense Edge 1 Edge 2 Edge 3 Edge 4

1 1 1 2 3 *

2 -1 4 5 6 *

3 -1 1 8 4 7

4 -1 2 9 5 8

5 -1 3 7 6 9

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 291 Options

Degenerate element name = Tet4

To obtain a Wedge6 by degenerating a Hex8, the following are corresponding nodes:

Table 15-51 Wedge6 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 2 1

2 1 3

3 3 2

4 5 4

5 4 6

6 6 5

7 2 5

8 1 4

9 3 6

Table 15-52 Wedge6 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

1 0.0, 0.0, -1.0

2 1.0, 0.0, -1.0

3 0.0, 1.0, -1.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 1.0, 0.0, 1.0

6 0.0, 1.0, 1.0

Wedge6 Hex8

1 1

2 3

3 4

4 5

5 7

6 8

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 292 Options

For more information, see Wedge 6 (p. 320).

Specific Data — Wedge7

Element name = Wedge7

Number of nodes = 7

Order = linear

Degenerate element name = Tet5

Table 15-53 Wedge7 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 2 1

2 1 3

3 3 2

4 5 4

5 4 6

6 6 5

7 2 5

8 1 4

9 3 6

Table 15-54 Wedge7 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

1 0.0, 0.0, -1.0

2 1.0, 0.0, -1.0

3 0.0, 1.0, -1.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 1.0, 0.0, 1.0

6 0.0, 1.0, 1.0

7 1/3, 1/3, 0.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 293 Options

To obtain a Wedge7 by degenerating a Hex9, the following are corresponding nodes:

For more information, see Wedge7 (p. 321).

Specific Data — Wedge15

Element name = Wedge15

Number of nodes = 15

Order = quadratic

Degenerate element name = Tet10

Wedge7 Hex9

1 1

2 3

3 4

4 5

5 7

6 8

7 9

Table 15-55 Wedge15 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 2 7 1

2 1 9 3

3 3 8 2

4 5 13 4

5 4 15 6

6 6 14 5

7 2 11 5

8 1 10 4

9 3 12 6

Table 15-56 Wedge15 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

1 0.0, 0.0, -1.0

2 1.0, 0.0, -1.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 294 Options

To obtain a Wedge15 by degenerating a Hex20, the following are corresponding nodes:

3 0.0, 1.0, -1.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 1.0, 0.0, 1.0

6 0.0, 1.0, 1.0

7 0.5, 0.0, -1.0

8 0.5, 0.5, -1.0

9 0.0, 0.5, -1.0

10 0.0, 0.0, 0.0

11 1.0, 0.0, 0.0

12 0.0, 1.0, 0.0

13 0.5, 0.0, 1.0

14 0.5, 0.5, 1.0

15 0.0, 0.5, 1.0

Wedge15 Hex20

1 1

2 3

3 4

4 5

5 7

6 8

7 10

8 11

9 12

10 13

11 15

12 16

13 18

14 19

15 20

Table 15-56 Wedge15 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 295 Options

For more information, see Wedge15 (p. 322).

Specific Data — Wedge16

Element name = Wedge16

Number of nodes = 16

Order = quadratic

Degenerate element name = Tet11

Table 15-57 Wedge16 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 2 7 1

2 1 9 3

3 3 8 2

4 5 13 4

5 4 15 6

6 6 14 5

7 2 11 5

8 1 10 4

9 3 12 6

Table 15-58 Wedge16 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

1 0.0, 0.0, -1.0

2 1.0, 0.0, -1.0

3 0.0, 1.0, -1.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 1.0, 0.0, 1.0

6 0.0, 1.0, 1.0

7 0.5, 0.0, -1.0

8 0.5, 0.5, -1.0

9 0.0, 0.5, -1.0

10 0.0, 0.0, 0.0

11 1.0, 0.0, 0.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 296 Options

To obtain a Wedge16 by degenerating a Hex21, the following are corresponding nodes:

For more information, see Wedge16 (p. 323).

Specific Data — Wedge20

Element name = Wedge20

Number of nodes = 20

Order = quadratic

12 0.0, 1.0, 0.0

13 0.5, 0.0, 1.0

14 0.5, 0.5, 1.0

15 0.0, 0.5, 1.0

16 1/3, 1/3, 0.0

Wedge16 Hex21

1 1

2 3

3 4

4 5

5 7

6 8

7 10

8 11

9 12

10 13

11 15

12 16

13 18

14 19

15 20

16 21

Table 15-58 Wedge16 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 297 Options

Degenerate element name = Tet14

Table 15-59 Wedge20 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 2 7 1

2 1 9 3

3 3 8 2

4 5 13 4

5 4 15 6

6 6 14 5

7 2 11 5

8 1 10 4

9 3 12 6

Table 15-60 Wedge20 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

1 0.0, 0.0, -1.0

2 1.0, 0.0, -1.0

3 0.0, 1.0, -1.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 1.0, 0.0, 1.0

6 0.0, 1.0, 1.0

7 0.5, 0.0, -1.0

8 0.5, 0.5, -1.0

9 0.0, 0.5, -1.0

10 0.0, 0.0, 0.0

11 1.0, 0.0, 0.0

12 0.0, 1.0, 0.0

13 0.5, 0.0, 1.0

14 0.5, 0.5, 1.0

15 0.0, 0.5, 1.0

16 1/3, 1/3, -1.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 298 Options

To obtain a Wedge20 by degenerating a Hex26, the following are corresponding nodes:

For more information, see Wedge20 (p. 325).

17 1/3, 1/3, 1.0

18 0.5, 0.5, 0.0

19 0.0, 0.5, 0.0

20 0.5, 0.0, 0.0

Wedge20 Hex26

1 1

2 3

3 4

4 5

5 7

6 8

7 10

8 11

9 12

10 13

11 15

12 16

13 18

14 19

15 20

16 21

17 22

18 26

19 23

20 24

Table 15-60 Wedge20 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 299 Options

Specific Data — Wedge21

Element name = Wedge21

Number of nodes = 21

Order = quadratic

Degenerate element name = Tet15

Table 15-61 Wedge21 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 2 7 1

2 1 9 3

3 3 8 2

4 5 13 4

5 4 15 6

6 6 14 5

7 2 11 5

8 1 10 4

9 3 12 6

Table 15-62 Wedge21 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

1 0.0, 0.0, -1.0

2 1.0, 0.0, -1.0

3 0.0, 1.0, -1.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 1.0, 0.0, 1.0

6 0.0, 1.0, 1.0

7 0.5, 0.0, -1.0

8 0.5, 0.5, -1.0

9 0.0, 0.5, -1.0

10 0.0, 0.0, 0.0

11 1.0, 0.0, 0.0

12 0.0, 1.0, 0.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 300 Options

To obtain a Wedge21 by degenerating a Hex27, the following are corresponding nodes:

13 0.5, 0.0, 1.0

14 0.5, 0.5, 1.0

15 0.0, 0.5, 1.0

16 1/3, 1/3, 0.0

17 1/3, 1/3, -1.0

18 1/3, 1/3, 1.0

19 0.5, 0.5, 0.0

20 0.0, 0.5, 0.0

21 0.5, 0.0, 0.0

Wedge21 Hex27

1 1

2 3

3 4

4 5

5 7

6 8

7 10

8 11

9 12

10 13

11 15

12 16

13 18

14 19

15 20

16 21

17 22

Table 15-62 Wedge21 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 301 Options

For more information, see Wedge21 (p. 328).

Specific Data — Wedge24

Element name = Wedge24

Number of nodes = 24

Order = Cubic

Degenerate element name = Tet16

18 23

19 27

20 24

21 25

Table 15-63 Wedge24 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 2 8 7 1

2 1 12 11 3

3 3 10 9 2

4 5 20 19 4

5 4 24 23 6

6 6 22 21 5

7 2 14 17 5

8 1 13 16 4

9 3 15 18 6

Table 15-64 Wedge24 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

1 0.0, 0.0, -1.0

2 1.0, 0.0, -1.0

3 0.0, 1.0, -1.0

4 0.0, 0.0, 1.0

5 1.0, 0.0, 1.0

Wedge21 Hex27

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 302 Options

To obtain a Wedge24 by degenerating a Hex32, the following are corresponding nodes:

6 0.0, 1.0, 1.0

7 1/3, 0.0, -1.0

8 2/3, 0.0, -1.0

9 2/3, 1/3, -1.0

10 1/3, 2/3, -1.0

11 0.0, 2/3, -1.0

12 0.0, 1/3, -1.0

13 0.0, 0.0, -1/3

14 1.0, 0.0, -1/3

15 0.0, 1.0, -1/3

16 0.0, 0.0, 1/3

17 1.0, 0.0, 1/3

18 0.0, 1.0, 1/3

19 1/3, 0.0, 1.0

20 2/3, 0.0, 1.0

21 2/3, 1/3, 1.0

22 1/3, 2/3, 1.0

23 0.0, 2/3, 1.0

24 0.0, 1/3, 1.0

Wedge24 Hex32

1 1

2 3

3 4

4 5

5 7

6 8

7 11

Table 15-64 Wedge24 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 303 Options

For more information, see Wedge24 (p. 330).

Specific Data — Wedge52

Element name = Wedge52

Number of nodes = 52

Order = Cubic

Degenerate element name = Tet40

8 12

9 13

10 14

11 15

12 16

13 17

14 19

15 20

16 21

17 23

18 24

19 27

20 28

21 29

22 30

23 31

24 32

Table 15-65 Wedge52 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 2 8 7 1

2 1 12 11 3

3 3 10 9 2

4 5 20 19 4

5 4 24 23 6

Wedge24 Hex32

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 304 Options

6 6 22 21 5

7 2 14 17 5

8 1 13 16 4

9 3 15 18 6

Table 15-66 Wedge52 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta Node Number Xi/Eta/Zeta or

L2/L3/Zeta

1 0.0, 0.0, -1.0 27 2/9, 4/9, -1.0

2 1.0, 0.0, -1.0 28 1/9, 2/9, -1.0

3 0.0, 1.0, -1.0 29 1/3, 0.0, -1/3

4 0.0, 0.0, 1.0 30 2/3, 0.0, -1/3

5 1.0, 0.0, 1.0 31 2/3, 1/3, -1/3

6 0.0, 1.0, 1.0 32 1/3, 2/3, -1/3

7 1/3, 0.0, 1.0 33 0.0, 2/3, -1/3

8 2/3, 0.0, -1.0 34 0.0, 1/3, -1/3

9 1/3, 1/3, -1.0 35 2/9, 1/9, -1/3

10 1/3, 2/3, -1.0 36 4/9, 2/9, -1/3

11 0.0, 2/3, -1.0 37 2/9, 4/9, -1/3

12 0.0, 1/3, -1.0 38 1/9, 2/9, -1/3

13 0.0, 0.0, -1/3 39 1/3, 0.0, 1/3

14 1.0, 0.0, -1/3 40 2/3, 0.0, 1/3

15 0.0, 1.0, -1/3 41 2/3, 1/3, 1/3

16 0.0, 0.0, 1/3 42 1/3, 2/3, 1/3

17 1.0, 0.0, 1/3 43 0.0, 2/3, 1/3

18 0.0, 1.0, 1/3 44 0.0, 1/3, 1/3

19 1/3, 0.0, 1.0 45 2/9, 1/9, 1/3

20 2/3, 0.0, 1.0 46 4/9, 2/9, 1/3

21 2/3, 1/3, 1.0 47 2/9, 4/9, 1/3

22 1/3, 2/3, 1.0 48 1/9, 2/9, 1/3

23 0.0, 2/3, 1.0 49 2/9, 1/9, 1.0

24 0.0, 1/3, 1.0 50 4/9, 2/9, 1.0

Table 15-65 Wedge52 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 305 Options

To obtain a Wedge52 by degenerating a Hex64, the following are corresponding nodes:

25 2/9, 1/9, -1.0 51 2/9, 4/9, 1.0

26 4/9, 2/9, -1.0 52 1/9, 2/9, 1.0

Wedge52 Hex64

1 1

2 3

3 4

4 5

5 7

6 8

7 11

8 12

9 13

10 14

11 15

12 16

13 17

14 19

15 20

16 21

17 23

18 24

19 27

20 28

21 29

22 30

23 31

24 32

25 34

Table 15-66 Wedge52 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta or L2/L3/Zeta Node Number Xi/Eta/Zeta or

L2/L3/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.6 306 Options

For more information, see Wedge 52 (p. 333).

26 35

27 36

28 33

29 39

30 40

31 41

32 42

33 43

34 44

35 46

36 47

37 48

38 45

39 51

40 52

41 53

42 54

43 55

44 56

45 58

46 59

47 60

48 57

49 62

50 63

51 64

52 61

Wedge52 Hex64

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 307 Options

15.7 Hex Element TopologyMSC.Patran contains eight different hex element topologies: Hex8, Hex9, Hex20, Hex21, Hex26, Hex27, Hex32, Hex64.

General Data

Shape = Hex

Element dimensionality= 3

Number of corner nodes = 8

Number of edges = 12

Number of faces = 6

Number of face edges = 4

General Shape

TheHex parametric coordinates (Rectangular) are:

1. X axis for the Hex element is from node 1—>2.

2. Y axis for the Hex element is from node 1—>4.

3. Z axis for the Hex element is from node 1—>5.

Specific Data — Hex8

Element name = Hex8

Number of nodes = 8

Order = linear

Table 15-67 Hex Face Numbering

Face ID Sense Edge 1 Edge 2 Edge 3 Edge 4

1 1 1 2 3 4

2 -1 5 6 7 8

3 -1 1 10 5 9

4 -1 2 11 6 10

5 -1 3 12 7 11

6 -1 4 9 8 12

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 308 Options

Degenerate element name = Wedge6

For more information, see Hex8 (p. 320).

Specific Data — Hex9

Element name = Hex9

Number of nodes = 9

Table 15-68 Hex8 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 1 2

2 2 6

3 6 5

4 5 1

5 4 3

6 3 7

7 7 8

8 8 4

9 1 4

10 2 3

11 6 7

12 5 8

Table 15-69 Hex8 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta

1 -1.0, -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0, -1.0

3 1.0, 1.0, -1.0

4 -1.0, 1.0, -1.0

5 -1.0, -1.0, 1.0

6 1.0, -1.0, 1.0

7 1.0, 1.0, 1.0

8 -1.0, 1.0, 1.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 309 Options

Order = linear

Degenerate element name = Wedge7

For more information, see Hex9 (p. 321).

Specific Data — Hex20

Element name = Hex20

Table 15-70 Hex9 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2

1 1 2

2 2 6

3 6 5

4 5 1

5 4 3

6 3 7

7 7 8

8 8 4

9 1 4

10 2 3

11 6 7

12 5 8

Table 15-71 Hex9 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta

1 -1.0, -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0, -1.0

3 1.0, 1.0, -1.0

4 -1.0, 1.0, -1.0

5 -1.0, -1.0, 1.0

6 1.0, -1.0, 1.0

7 1.0, 1.0, 1.0

8 -1.0, 1.0, 1.0

9 0.0, 0.0, 0.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 310 Options

Number of nodes = 20

Order = quadratic

Degenerate element name = Wedge15

Table 15-72 Hex20 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 9 2

2 2 14 6

3 6 17 5

4 5 13 1

5 4 11 3

6 3 15 7

7 7 19 8

8 8 16 4

9 1 12 4

10 2 10 3

11 6 18 7

12 5 20 8

Table 15-73 Hex20 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta

1 -1.0, -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0, -1.0

3 1.0, 1.0, -1.0

4 -1.0, 1.0, -1.0

5 -1.0, -1.0, 1.0

6 1.0, -1.0, 1.0

7 1.0, 1.0, 1.0

8 -1.0, 1.0, 1.0

9 0.0, -1.0, -1.0

10 1.0, 0.0, -1.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 311 Options

For more information, see Hex20 (p. 322).

Specific Data — Hex21

Element name = Hex21

Number of nodes = 21

Order = quadratic

Degenerate element name = Wedge16

11 0.0, 1.0, -1.0

12 -1.0, 0.0, -1.0

13 -1.0, -1.0, 0.0

14 1.0, -1.0, 0.0

15 1.0, 1.0, 0.0

16 -1.0, 1.0, 0.0

17 0.0, -1.0, 1.0

18 1.0, 0.0, 1.0

19 0.0, 1.0, 1.0

20 -1.0, 0.0, 1.0

Table 15-74 Hex21 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 9 2

2 2 14 6

3 6 17 5

4 5 13 1

5 4 11 3

6 3 15 7

7 7 19 8

8 8 16 4

9 1 12 4

10 2 10 3

Table 15-73 Hex20 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 312 Options

For more information, see Hex21 (p. 323).

11 6 18 7

12 5 20 8

Table 15-75 Hex21 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta

1 -1.0, -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0, -1.0

3 1.0, 1.0, -1.0

4 -1.0, 1.0, -1.0

5 -1.0, -1.0, 1.0

6 1.0, -1.0, 1.0

7 1.0, 1.0, 1.0

8 -1.0, 1.0, 1.0

9 0.0, -1.0, -1.0

10 1.0, 0.0, -1.0

11 0.0, 1.0, -1.0

12 -1.0, 0.0, -1.0

13 -1.0, -1.0, 0.0

14 1.0, -1.0, 0.0

15 1.0, 1.0, 0.0

16 -1.0, 1.0, 0.0

17 0.0, -1.0, 1.0

18 1.0, 0.0, 1.0

19 0.0, 1.0, 1.0

20 -1.0, 0.0, 1.0

21 0.0, 0.0, 0.0

Table 15-74 Hex21 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 313 Options

Specific Data — Hex26

Element name = Hex26

Number of nodes = 26

Order = quadratic

Degenerate element name = Wedge20

Table 15-76 Hex26 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 9 2

2 2 14 6

3 6 17 5

4 5 13 1

5 4 11 3

6 3 15 7

7 7 19 8

8 8 16 4

9 1 12 4

10 2 10 3

11 6 18 7

12 5 20 8

Table 15-77 Hex26 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta

1 -1.0, -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0, -1.0

3 1.0, 1.0, -1.0

4 -1.0, 1.0, -1.0

5 -1.0, 1.0, 1.0

6 1.0, -1.0, 1.0

7 1.0, 1.0, 1.0

8 -1.0, 1.0, 1.0

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 314 Options

For more information, see Hex26 (p. 326).

Specific Data — Hex27

Element name = Hex27

Number of nodes = 27

Order = quadratic

Degenerate element name = Wedge21

9 0.0, -1.0, -1.0

10 1.0, 0.0, -1.0

11 0.0, 1.0, -1.0

12 -1.0, 0.0, -1.0

13 -1.0, -1.0, 0.0

14 1.0, -1.0, 0.0

15 1.0, 1.0, 0.0

16 -1.0, 1.0, 0.0

17 0.0, -1.0, 1.0

18 1.0, 0.0, 1.0

19 0.0, 1.0, 1.0

20 -1.0, 0.0, 1.0

21 0.0, 0.0, -1.0

22 0.0, 0.0, -1.0

23 -1.0, 0.0, 0.0

24 1.0, 0.0, 0.0

25 0.0, -1.0, 0.0

26 0.0, 1.0, 0.0

Table 15-78 Hex27 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

1 1 9 2

2 2 14 6

3 6 17 5

Table 15-77 Hex26 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 315 Options

4 5 13 1

5 4 11 3

6 3 15 7

7 7 19 8

8 8 16 4

9 1 12 4

10 2 10 3

11 6 18 7

12 5 20 8

Table 15-79 Hex27 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta

1 -1.0, -1.0, -1.0

2 1.0, -1.0, -1.0

3 1.0, 1.0, -1.0

4 -1.0, 1.0, -1.0

5 -1.0, -1.0, 1.0

6 1.0, -1.0, 1.0

7 1.0, 1.0, 1.0

8 -1.0, 1.0, 1.0

9 0.0, -1.0, -1.0

10 1.0, 0.0, -1.0

11 0.0, 1.0, -1.0

12 -1.0, 0.0, -1.0

13 -1.0, -1.0, 0.0

14 1.0, -1.0, 0.0

15 1.0, 1.0, 0.0

16 -1.0, 1.0, 0.0

17 0.0, -1.0, 1.0

Table 15-78 Hex27 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 316 Options

For more information, see Hex27 (p. 329).

Specific Data — Hex32

Element name = Hex32

Number of nodes = 32

Order = cubic

Degenerate element name = Wedge24

18 1.0, 0.0, 1.0

19 0.0, 1.0, 1.0

20 -1.0, 0.0, 1.0

21 0.0, 0.0, 0.0

22 0.0, 0.0, -1.0

23 0.0, 0.0, 1.0

24 -1.0, 0.0, 0.0

25 1.0, 0.0, 0.0

26 0.0, -1.0, 0.0

27 0.0, 1.0, 0.0

Table 15-80 Hex32 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 1 9 10 2

2 2 18 22 6

3 6 26 25 5

4 5 21 17 1

5 4 14 13 3

6 3 19 23 7

7 7 29 30 8

8 8 24 20 4

9 1 16 15 4

10 2 11 12 3

Table 15-79 Hex27 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 317 Options

For more information, see Hex32 (p. 330).

Specific Data — Hex64

Element name = Hex64

Number of nodes = 64

Order = cubic

11 6 27 28 7

12 5 32 31 8

Table 15-81 Hex32 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta Node Number Xi/Eta/Zeta

1 -1.0, -1.0, -1.0 17 -1.0, -1.0, -1/3

2 1.0, -1.0, -1.0 18 1.0, -1.0, -1/3

3 1.0, 1.0, -1.0 19 1.0, 1.0, -1/3

4 -1.0, 1.0, -1.0 20 -1.0, 1.0, -1/3

5 -1.0, -1.0, 1.0 21 -1.0, -1.0, 1/3

6 1.0, -1.0, 1.0 22 1.0, -1.0, 1/3

7 1.0, 1.0, 1.0 23 1.0, 1.0, 1/3

8 -1.0, 1.0, 1.0 24 -1.0, 1.0, 1/3

9 -1/3, -1.0, -1.0 25 -1/3, -1.0, 1.0

10 1/3, -1.0, -1.0 26 1/3, -1.0, 1.0

11 1.0, -1/3, -1.0 27 1.0, -1/3, 1.0

12 1.0, 1/3, -1.0 28 1.0, 1/3, 1.0

13 1/3, 1.0, -1.0 29 1/3, 1.0, 1.0

14 -1/3, 1.0, -1.0 30 -1/3, 1.0, 1.0

15 -1.0, 1/3, -1.0 31 -1.0, 1/3, 1.0

16 -1.0, -1/3, -1.0 32 -1.0, -1/3, 1.0

Table 15-80 Hex32 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 318 Options

Degenerate element name = Wedge52

Table 15-82 Hex64 Edge Numbering

Edge Number Node 1 Node 2 Node 3 Node 4

1 1 9 10 2

2 2 18 22 6

3 6 26 25 5

4 5 21 17 1

5 4 14 13 3

6 3 19 23 7

7 7 29 30 8

8 8 24 20 4

9 1 16 15 4

10 2 11 12 3

11 6 27 28 7

12 5 32 31 8

Table 15-83 Hex64 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta Node

Number Xi/Eta/Zeta Node Number Xi/Eta/Zeta

1 -1.0, -1.0, -1.0 23 1.0, 1.0, 1/3 45 -1/3, -1/3, -1/3

2 1.0, -1.0, -1.0 24 -1.0, 1.0, 1/3 46 1/3, -1/3, -1/3

3 1.0, 1.0, -1.0 25 -1/3, -1.0, 1.0 47 1/3, 1/3, -1/3

4 -1.0, 1.0, -1.0 26 1/3, -1.0, 1.0 48 -1/3, 1/3, -1/3

5 -1.0, -1.0, 1.0 27 1.0, -1/3, 1.0 49 -1/3, -1.0, 1/3

6 1.0, -1.0, 1.0 28 1.0, 1/3, 1.0 50 1/3, -1.0, 1/3

7 1.0, 1.0, 1.0 29 1/3, 1.0, 1.0 51 1.0, -1/3, 1/3

8 -1.0, 1.0, 1.0 30 -1/3, 1.0, 1.0 52 1.0, 1/3, 1/3

9 -1/3, -1.0, -1.0 31 -1.0, 1/3, 1.0 53 1/3, 1.0, 1/3

10 1/3, -1.0, -1.0 32 -1.0, -1/3, -1.0 54 -1/3, 1.0, 1/3

11 1.0, -1/3, -1.0 33 -1/3, -1/3, -1.0 55 -1.0, 1/3, 1/3

12 1.0, 1/3, -1.0 34 1/3, -1/3, -1.0 56 -1.0, -1/3, 1/3

13 1/3, 1.0, -1.0 35 1/3, 1/3, -1.0 57 -1/3, -1/3, 1/3

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.7 319 Options

For more information, see Hex64 (p. 334).

14 -1/3, 1.0, -1.0 36 -1/3, 1/3, -1.0 58 1/3, -1/3, 1/3

15 -1.0,1/3, -1.0 37 -1/3, -1.0, -1/3 59 1/3, 1/3, 1/3

16 -1.0, -1/3, -1.0 38 1/3, -1.0, -1/3 60 -1/3, 1/3, 1/3

17 -1.0, -1.0, -1/3 39 1.0, -1/3, -1/3 61 -1/3, -1/3, 1.0

18 1.0, -1.0, -1/3 40 1.0, 1/3, -1/3 62 1/3, -1/3, 1.0

19 1.0, 1.0, -1/3 41 1/3, 1.0, -1/3 63 1/3, 1/3, 1.0

20 -1.0, 1.0, -1/3 42 -1/3, 1.0, -1/3 64 -1/3, 1/3, 1.0

21 -1.0, -1.0, 1/3 43 -1.0, 1/3, -1/3

22 1.0, -1.0, 1/3 44 -1.0, -1/3, -1/3

Table 15-83 Hex64 Node Parametric Coordinates

Node Number Xi/Eta/Zeta Node

Number Xi/Eta/Zeta Node Number Xi/Eta/Zeta

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 320 Options

15.8 MSC.Patran’s Element Library

1 2

Bar2 Tri3

Tet4

Hex8Wedge 6

Quad4

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 321 Options

1 2

4 3

Quad5 Tri4

Wedge7Tet5

Hex9

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 322 Options

1 2

5 2

813

187

8 15

112

115

317

Bar3 Tri6

Tet10Quad8

Wedge15 Hex20

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 323 Options

1 2

4 3

11 11

1412

816

1620

12 17

Quad9

Tet11

Hex21

Wedge16

Tri7

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 324 Options

SURFACE NODES

1114

4 10

8 7

Tet14

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 325 Options

7 16

x z

13 17

x z

7 8

LEVEL 3

LEVEL 2

LEVEL 1

LEVEL 1 LEVEL2

LEVEL3

Wedge20

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 326 Options

LEVEL 1 LEVEL2

LEVEL3

411

1626

1425

411

617

LEVEL 3

LEVEL 2

LEVEL 1

Hex26

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 327 Options

LEVEL 1 LEVEL 2

LEVEL 3

Y Y

Z X

4 310

148 7

115 12

9 6

410

6 9

4 1

431

Tet15

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 328 Options

7 17

x z

21 16

x z

13 18

x z

7 8

LEVEL 3

LEVEL 2

LEVEL 1

LEVEL 1 LEVEL 2

LEVEL 3

21 19

Wedge21

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 329 Options

LEVEL 1 LEVEL 2

LEVEL 3

411

1627

1426

411

617

LEVEL 3

LEVEL 2

LEVEL 1

139

Hex27

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 330 Options

1 2

9 87

65 2

154

5 18

3 4 9

14 15

1611

10 9

2728

31 32

1314

1923

1112

1417

1613

1815

Bar4 Tri9

Tet16Quad12

Wedge24 Hex32

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 331 Options

14 5

1113

4 10 9 3

1 5 6 2

1516

1413

Quad16

Tri13

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 332 Options

SURFACE NODES SURFACE NODES

INTERIOR NODES

Y Y

Z X

4 3

4 1

(overlapping Nodes in this View) INTERIOR NODES

16 1335 36

25 2610

914

32 31 20 19

21 175

22 18

7 23 33 12

8 24 34 15

13 16

29 27

38 28

39 37 27 29

40 30

Tet40

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 333 Options

24 23

2528

4548

3538

4952

LEVEL 1 LEVEL 3

LEVEL 2 LEVEL 4

LEVEL 4

LEVEL 3

LEVEL 2

LEVEL 1

Wedge 52

CloseOptionsPART 3: Finite Element ModelingThe MSC.Patran Element Library §15.8 334 Options

LEVEL 1 LEVEL 3

LEVEL 2 LEVEL 4

824

204

723

193

218

226

521

171

LEVEL 4

LEVEL 3 LEVEL 2

LEVEL 1

Hex64

O Q C A B D E F G H I J K L M N P R S T U V W X Y Z#

I N D E XMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualIndex 335 Options

I N D E XMSC.Patran Reference Manual

Part 3: Finite Element Modeling

Aaccess finite element modeling, 5analysis coordinate frame, 2any, 248arc method, 82aspect ratio, 187associate, 9

curve, 111node, 114point, 110solid, 113surface, 112

associate action, 109attributes, 2Auto TetMesh, 8

Bbars, 228building finite element model, 6

Ccollapse, 195connectivity, 2constraint, 2create

mesh seeding, 19meshing curves, 14meshing solids, 17meshing surfaces, 15remeshing/reseeding, 21

create action, 12creating finite element model, 8curve method, 111cyclic symmetry, 2, 62

Ddegrees-of-freedom, 2, 57

delete, 9any, 248DOF List, 258element, 255mesh control, 253mesh curve, 251mesh seed, 249mesh solid, 252mesh surface, 250MPCs, 256node, 254superelement, 257

delete action, 247dependent DOF, 2disassociate, 117

elements, 118node, 119

disassociate action, 117

Eedge angle, 193edit, 225editing, 8element, 255

boundaries, 140connectivity, 143duplicates, 141IDs, 147Jacobian Ratio, 145Jacobian Zero, 146normals, 142

element attributes, 203element coordinate system, 205element topology, 13element-element

geometry fit, 144elements, 76, 77, 78, 105, 132

mirror, 78renumber, 105rotate, 77translate, 76

O Q C A B D E F G H I J K L M N P R S T U V W X Y Z#

I N D E XMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualIndex 336 Options

equivalenceall, 125group, 126list, 127

equivalence action, 122equivalencing, 2, 9examples, 260explicit, 2extrude method, 83

FFEM data, 97finite element, 2finite element model, 2free edges, 2free faces, 2

Gglide control, 85glide method, 84glide-guide control, 88glide-guide method, 86graphics, 58group, 126

Hhex

all, 172aspect, 174edge angle, 175face skew, 176face taper, 179face warp, 177twist, 178

Iimplicit, 2

independent DOF, 2IsoMesh, 2, 8, 15

2 curve, 39curve, 38surface, 40

JJacobian Ratio, 3Jacobian Zero, 3

Llibrary, 3list, 127loft method, 96

Mmesh, 214mesh control, 49, 253mesh control data, 98mesh curve, 251mesh paths, 15, 17mesh seed, 30, 222, 249

curvature based, 33one way bias, 31tabular, 34two way bias, 32uniform, 30

mesh seed attributes, 206mesh seeding, 19mesh solid, 252mesh surface, 250mesh transitions, 19meshing curves, 14meshing solids, 17meshing surfaces, 15midnode

normal offset, 181tangent offset, 182

O Q C A B D E F G H I J K L M N P R S T U V W X Y Z#

I N D E XMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualIndex 337 Options

modify, 9bars, 228edit, 225mesh, 214mesh seed, 222MPCs, 242nodes, 238quads, 233trais, 229

modify action, 213MPC, 3, 208

cyclic symmetry, 62degrees-of-freedom, 57graphics, 58sliding surface, 63

MPC create, 9MPC terms, 57MPC types, 56, 60MPCs, 56, 242, 256multiple MPCs, 58

Nnode, 254

IDs, 180node distance, 202node location, 201nodes, 54, 71, 72, 74, 104, 132, 238

mirror, 74renumber, 104rotate, 72translate, 71

non-uniform seed, 3normal method, 89normals, 3

Ooptimization, 3optimization method, 133optimize, 9

nodes/elements, 132

optimize action, 130

Pparameters, 3paths, 3paver, 3, 8, 15point method, 110

Qquad, 233

all, 152aspect, 154skew, 156taper, 157warp, 155

Rradial cylindrical method, 90radial spherical method, 91reference coordinate frame, 3remeshing/reseeding, 21renumber, 3, 9

action, 103rezoning, 97

Sseeding, 3seeding solid, 19seeding surface, 19shape, 3

O Q C A B D E F G H I J K L M N P R S T U V W X Y Z#

I N D E XMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualIndex 338 Options

show, 9element attributes, 203element coordinate system, 205mesh control attributes, 207mesh seed attributes, 206MPC, 208node distance, 202node location, 201

show action, 200skew, 184sliding surface, 3, 63solid

IsoMesh, 42TetMesh, 45

solid method, 113spherical theta method, 92sub MPC, 3surface method, 112sweep, 9

arc, 82extrude, 83glide, 84glide-guide, 86loft, 96normal, 89radial cylindrical, 90radial spherical, 91spherical theta, 92vector field, 94

sweep action, 81

Ttaper, 192term, 3Tet

all, 158aspect, 160collapse, 163edge angle, 161face skew, 162

TetMesh, 4, 8parameters, 47

theory, 184aspect ratio, 187collapse, 195edge angle, 193skew, 184taper, 192twist, 196warp, 191

topology, 4transform, 9transform action, 70transitions, 4tria

all, 148aspect, 150skew, 151

triangular elements, 19trias, 229twist, 196types, 4

Uuniform seed, 4

Vvector field method, 94verification, 4, 9

O Q C A B D E F G H I J K L M N P R S T U V W X Y Z#

I N D E XMSC.Patran Reference Manual Part 3: Finite Element Modeling

CloseOptionsMSC.Patran Reference ManualIndex 339 Options

verifyelement

boundaries, 140connectivity, 143duplicates, 141IDs, 147Jacobian Ratio, 145Jacobian Zero, 146normals, 142

element-elementgeometry fit, 144

hexall, 172aspect, 174edge angle, 175face skew, 176face taper, 179face warp, 177twist, 178

midnodenormal offset, 181tangent offset, 182

nodeIDs, 180

quadall, 152aspect, 154skew, 156taper, 157warp, 155

Tetall, 158aspect, 160collapse, 163edge angle, 161face skew, 162

triaall, 148aspect, 150skew, 151

wedgeall, 164aspect, 166

edge angle, 167face skew, 168face taper, 171face warp, 169twist, 170

verify action, 136

Wwarp, 191wedge

all, 164aspect, 166edge angle, 167face skew, 168face taper, 171face warp, 169twist, 170

Источник

А вот и еще интересные новости по теме: