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第1章 Marc程序概况1

1.1 MSC公司与Marc1

1.1.1 被MSC收购之前的Marc公司1

1.1.2 被MSC收购之后的Marc公司2

1.2 Marc的产品2

1.2.1 Mentat2

1.2.2 Marc3

1.3 Marc程序结构的特点3

1.3.1 单元库4

1.3.2 功能库5

1.3.3 分析库6

1.3.4 材料库7

1.4 Marc安装后的有关目录8

1.5 软件文档9

1.6 Marc的文件系统10

1.7 软件接口功能10

第2章 Marc基本求解过程11

2.1 线弹性有限元法的基本步骤11

2.2 非线性的分类及有限元法的基本流程13

2.3 非线性方程组的求解方法14

2.4 非线性迭代的收敛判据16

2.5 单元的使用方法及数值积分17

2.6 Marc软件的运行19

2.7 Job文件的数据构成21

2.8 求解器24

2.9 内存分配和空间需求25

第3章 Mentat常用菜单28

3.1 概述28

3.1.1 Mentat与Marc程序的关系28

3.1.2 Mentat程序的屏幕布局28

3.1.3 Mentat与用户的通信29

3.2 主菜单31

3.3 静态菜单31

3.3.1 UTILS菜单32

3.3.2 FILES菜单33

3.3.3 PLOT菜单34

3.3.4 VIEW菜单36

3.3.5 HELP菜单37

3.4 前处理38

3.4.1 MESH GENERATION（网格生成）38

3.4.2 列表键菜单39

3.4.3 GEOMETRY PROPERTIES（几何性质定义）40

3.4.4 MATERIAL PROPERTIES（材料性质定义）41

3.4.5 CONTACT（接触定义）44

3.4.6 INITIAL CONDITIONS（初始条件定义）47

3.4.7 BOUNDARY CONDITIONS（边界条件定义）48

3.4.8 SELECT（选择集的定义）50

3.4.9 TABLES（表格的定义）52

3.5 分析54

3.5.1 载荷工况的定义54

3.5.2 作业参数的定义并提交运行58

3.6 后处理63

第4章 Mentat几何建模与网格生成66

4.1 概述66

4.2 单元的类别及质量评定66

4.2.1 单元的类别66

4.2.2 单元质量的评定67

4.2.3 Mentat的网格生成工具67

4.3 单元的直接定义68

4.4 几何建模70

4.4.1 控制点的生成70

4.4.2 线的生成70

4.4.3 面的生成71

4.4.4 实体的生成72

4.5 用映射法生成网格与操作示范73

4.6 自动生成网格73

4.6.1 Mentat几何定义74

4.6.2 Mentat几何修复74

4.6.3 设置种子点78

4.6.4 ADVANCING FRONT四边形、三角形单元生成器79

4.6.5 DELAUNAY三角形单元生成器80

4.6.6 Overlay覆盖网格生成技术81

4.6.7 Patran曲面网格划分器81

4.6.8 四面体单元生成器81

4.6.9 六面体单元生成器83

4.7 Mentat的其他网格处理功能84

4.8 例题92

4.8.1 圆面网格划分92

4.8.2 哑铃型截面网格划分95

4.8.3 自动划分生成三维体网格98

第5章 Marc/Mentat结果输出106

5.1 概述106

5.2 单位一致性106

5.3 有限元应力计算107

5.3.1 Mentat中的外插法／平均法107

5.3.2 应力轴系统108

5.3.3 高斯点结果108

5.3.4 连续和广义应力108

5.3.5 应力结果类型111

5.4 材料轴定义114

5.5 复合材料失效指标116

5.6 I-DEAS/Hypermesh/ADAMS结果输出116

5.7 完全或更新拉格朗日求解结果117

5.8 塑性应变118

5.9 输出到.OUT文件118

5.9.1 单元应力、应变118

5.9.2 反作用力121

5.9.3 连续单元节点力输出121

5.9.4 特征值的文件输出结果121

5.9.5 接触分析输出122

5.9.6 迭代求解器迭代输出123

5.9.7 用户子程序123

5.9.8 其他123

5.10 结果的其他说明124

5.11 后处理的一些特殊功能125

5.11.1 创建动画AVI文件125

5.11.2 流线图及粒子流动图125

5.11.3 应变能126

第6章 单元类型的选择127

6.1 概述127

6.2 实体单元128

6.3 梁单元133

6.3.1 单元分类133

6.3.2 Marc截面方向和截面定义133

6.3.3 梁单元的截面偏置136

6.3.4 Mentat几何特性定义137

6.4 壳单元138

6.5 特殊单元139

第7章 线弹性静力分析142

7.1 二维平面结构线弹性静力分析实例142

7.2 梁结构线弹性静力分析实例146

7.3 板壳结构线弹性静力分析实例150

7.4 三维实体结构线弹性静力分析实例155

第8章 材料本构关系164

8.1 综述164

8.2 弹性与弹塑性164

8.2.1 概述164

8.2.2 弹性材料行为164

8.2.3 弹塑性材料行为166

8.2.4 塑性求解过程和列式171

8.2.5 利用Marc/Mentat进行弹塑性分析171

8.3 蠕变分析172

8.3.1 概述172

8.3.2 蠕变现象172

8.3.3 本构方程172

8.3.4 求解过程173

8.3.5 利用Marc求解蠕变问题174

8.4 橡胶材料特性的分析176

8.4.1 概述176

8.4.2 弹性体的宏观行为176

8.4.3 Mooney材料177

8.4.4 Rivilin表达式178

8.4.5 Ogden模型179

8.4.6 在应力函数中采用Lagrange乘子180

8.4.7 用Marc程序进行弹性体材料分析180

8.5 各向异性行为与复合材料结构180

8.5.1 Marc中的各向异性材料模型180

8.5.2 失效准则183

8.6 材料试验曲线拟合184

8.6.1 概述184

8.6.2 材料试验184

8.6.3 读入数据185

8.6.4 采用基于不变量应变能函数拟合数据186

8.7 采用Rebar单元模拟加强筋189

8.8 例题190

8.8.1 厚壁筒的弹塑性分析190

8.8.2 材料试验曲线拟合195

8.8.3 复合材料皮带的渐进失效分析199

8.8.4 钢筋混凝土梁的受力分析206

第9章 几何非线性与屈曲分析213

9.1 综述213

9.2 几何非线性问题的有限单元法214

9.2.1 几何非线性的应变度量214

9.2.2 几何非线性的应力度量215

9.2.3 非线性有限元的Lagrange格式217

9.3 屈曲分析219

9.3.1 屈曲分析分类219

9.3.2 线性屈曲分析220

9.3.3 非线性屈曲分析222

9.4 失稳路径的弧长法223

9.4.1 增量加载方式223

9.4.2 弧长法224

9.5 材料非线性与屈曲／失稳分析227

9.5.1 材料非线性与几何非线性228

9.5.2 包含材料非线性的屈曲分析229

9.6 例题230

9.6.1 轴对称圆筒的线性屈曲分析230

9.6.2 压杆的扰动分析234

9.6.3 部分球壳受外压的失稳路径分析238

第10章 接触分析243

10.1 综述243

10.1.1 接触问题的描述方法243

10.1.2 Marc软件提供的接触算法244

10.1.3 接触算法的基本流程244

10.2 接触体的定义和运动描述245

10.2.1 可变形接触体的定义245

10.2.2 刚性接触体的定义247

10.2.3 允许传热分析的刚性接触体的定义248

10.2.4 刚体运动描述248

10.2.5 描述刚体运动的初始条件250

10.3 接触探测250

10.3.1 接触容限250

10.3.2 偏斜系数251

10.3.3 接触检查顺序252

10.4 施加接触约束以及修改接触约束253

10.4.1 刚体与变形体之间的接触约束253

10.4.2 变形体与变形体的接触约束253

10.4.3 接触约束的满足与接触体定义顺序的关系254

10.5 模拟摩擦254

10.5.1 滑动库仑摩擦模型255

10.5.2 剪切摩擦256

10.5.3 粘-滑摩擦模型257

10.5.4 双线性摩擦模型257

10.5.5 其他摩擦模型258

10.5.6 关于摩擦的其他说明258

10.6 模拟分离258

10.7 其他接触功能259

10.7.1 粘合259

10.7.2 释放260

10.7.3 过盈检查／过盈闭合量设置260

10.7.4 对称平面261

10.8 循环对称261

10.9 例题262

10.9.1 橡胶管受压分析262

10.9.2 厚壁圆筒套装过盈分析268

10.9.3 滑轮与皮带的接触分析276

第11章 动力学分析285

11.1 综述285

11.2 特征值问题285

11.2.1 数学列式286

11.2.2 求解特征值的数值技术286

11.2.3 刚体模态288

11.3 简谐分析289

11.3.1 复数算式289

11.3.2 采用Marc/Mentat进行简谐分析289

11.4 阻尼模型290

11.4.1 减振器及粘性阻尼290

11.4.2 模态阻尼291

11.4.3 瑞利阻尼291

11.4.4 数值阻尼292

11.5 谱响应分析292

11.5.1 基于谱密度的大地运动292

11.5.2 刚体基运动引起的结构激励294

11.5.3 利用Marc程序进行谱响应分析297

11.6 线性动力瞬态分析297

11.6.1 线性动力学分析基础298

11.6.2 直接积分方法298

11.6.3 模态叠加法300

11.6.4 精度和稳定性301

11.6.5 时间步长的选择301

11.6.6 采用Mentat进行线性瞬态分析的前处理302

11.7 非线性瞬态分析302

11.7.1 非线性方程的直接积分303

11.7.2 塑性的影响304

11.7.3 几何非线性304

11.7.4 非线性加载和边界条件304

11.7.5 精度和稳定性305

11.7.6 利用Marc和Mentat进行非线性瞬态分析305

11.8 悬臂梁特征频率分析306

11.9 方板简谐分析310

11.10 三维框架谱响应分析315

第12章 温度场分析和热应力分析322

12.1 综述322

12.2 热传导分析的有限元法322

12.2.1 热传导问题的数学描述322

12.2.2 热传导问题的有限元法324

12.2.3 非线性热传导分析的收敛判定326

12.3 用Marc/Mentat实施传热分析330

12.3.1 Marc热传导分析的几大特色330

12.3.2 常规热传导分析流程330

12.4 热应力分析333

12.4.1 热应力分析的有限元描述333

12.4.2 热应变334

12.4.3 用Marc/Mentat完成热应力分析334

12.5 热机耦合分析336

12.6 例题339

12.6.1 具有内部涂层的厚壁容器热弹塑性分析实例339

12.6.2 空腔容器热辐射分析353

12.6.3 受钢块挤压的铝环的热机耦合问题359

第13章 电磁场分析368

13.1 综述368

13.2 静电场分析368

13.2.1 静电场分析方程368

13.2.2 静电场分析单元369

13.2.3 2-D静电场分析实例370

13.3 静磁场分析373

13.3.1 静磁分析的方程373

13.3.2 静磁场分析单元375

13.3.3 2-D静磁场分析实例375

13.4 电磁场分析379

13.4.1 瞬态电磁分析列式379

13.4.2 简谐电磁分析列式380

13.4.3 电磁场分析单元381

13.4.4 电磁场耦合分析实例381

13.5 热-电耦合及焦耳生热-结构耦合分析390

13.5.1 热-电耦合的有限元描述390

13.5.2 用Marc进行的热-电耦合分析流程391

13.5.3 焦耳生热分析实例393

13.6 热-电-磁耦合分析400

13.6.1 热-电-磁耦合分析原理400

13.6.2 用Marc进行热-电-磁耦合分析的流程400

13.6.3 热-电-磁耦合分析实例401

第14章 网格自适应与重划分412

14.1 综述412

14.2 误差准则412

14.3 单元网格细化对策416

14.4 网格重划分418

14.5 网格重划分分析实例420

14.6 Pre-State功能实例428

第15章 连接445

15.1 概述445

15.2 节点连接445

15.3 伺服连接447

15.4 弹簧／阻尼447

15.5 RBE2/RBE3448

15.6 例题449

15.6.1 杆-弹簧系统分析449

15.6.2 “吊桥”装置分析453

参考文献463