NASTRAN – Schnittstelle

Mit dem Kommando „NASTRAN“ können die nachfolgend beschriebenen NASTRAN-Records (vgl. MSC/NASTRAN Version 70, Quick Reference Guide) in eine Datei geschrieben, bzw. Elemente aus einem NASTRAN-File gelesen werden.

In dem dargestellten Dialogfenster können folgende Einstellungen gemacht werden:

Neuer Filetitel: Voreingestellt ist der aktuelle Projekttitel; mit der Schaltfläche kann ein neuer Titel für die Eingabe- oder Ausgabedatei ausgewählt werden.

Extension: Es kann die Dateinamenserweiterung für die NASTRAN-Datei eingetragen werden, Voreinstellung ist .dat.

Nur Geometriedaten schreiben: Wird die Option eingeschaltet, so werden nur Knotenkoordinaten, Koordinatensysteme und Elemente (ohne die zusätzlichen Querschnittswerte) in die Datei geschrieben.

Verschiedene Dateien: Wird die Option eingeschaltet, so werden Geometriedaten, Property-Daten und Lastdaten in getrennte Dateien mit den Dateinamenserweiterungen .dat, .nprop, .nload geschrieben.

Knotenrandbedingungen als SPC1-Records: Wird die Option eingeschaltet, so werden Randbedingungen für einzelne Knotenpunkte in SPC1-Records gespeichert, sonst als Parameter PS im GRID-Record.

Knotenlasten im globalen System: Wird diese Option eingeschaltet, so werden sämtliche in lokalen Koordinatensystemen definierten Knotenkräfte, -momente und -verschiebungen vor der Übertragung in die Datei ins globale System transformiert.

Zuordnung prüfen: Wird diese Option eingeschaltet, so werden wie beim Kommando „CheckNASTRAN“ im Kapitel 10, folgende Kontrollen durchgeführt:

Mechanische Typnummer: Geprüft wird, ob allen Elementen eine dem geometrischen Typ entsprechende mechanische Typnummer zugeordnet wurde (( falsche Zuordnungen werden in Elementauswahlset 1 gespeichert).

Property-Record: Geprüft wird, ob allen Elementen ein zulässiger Querschnittstyp für den Property-Record zugewiesen wurde ( falsche Zuordnungen werden in Elementauswahlset 2 gespeichert).

Querschnitt: Geprüft wird, ob allen Elementen, soweit erforderlich, ein Querschnitt mit zusätzlichen Elementparametern zugewiesen wurde (( falsche Zuordnungen werden in Elementauswahlset 3 gespeichert).

Materialien: Geprüft wird, ob alle in den Querschnitten verwendeten Materialnummern auch definiert wurden.

Elemente mit unzulässiger Zuordnung werden als Auswahlset gespeichert und können damit sehr einfach selektiert werden. Wird ein Fehler festgestellt, so wird angefragt, ob die NASTRAN-Datei dennoch erzeugt werden soll.

Die Kontrolle unterbleibt, wenn nur Geometriedaten in die Datei geschrieben werden.

Mit der Schaltfläche „Schreiben“ wird eine NASTRAN-Datei erzeugt. Die Daten für die NASTRAN-Schnittstelle werden von den Dateien projekt.fes und projekt.lqd gelesen, wobei projekt der aktuelle Filetitel des Projektes ist, deshalb wird am Anfang angefragt, ob diese Dateien mit den Daten im Arbeitsspeicher aktualisiert werden sollen; die Anfrage ist zu bejahen, wenn Daten im Arbeitsspeicher geändert und noch nicht abgesichert wurden.

Mit der Schaltfläche „Lesen“ werden Knotenpunkte, Koordinatensysteme und Elemente aus einer NASTRAN-Datei gelesen. Property- und Lastrecords werden nicht gelesen.

NASTRAN Records

Im Folgenden wird beschrieben, wie die verschiedenen MAKROS-Daten in NASTRAN-Records übersetzt werden. Die Schnittstelle wird bei Bedarf erweitert, ggf. kann auch die Funktion nastran.cpp (vgl. Kapitel 11) erweitert werden.

Knotenkoordinaten, Knotenrandbedingungen

Die Knotenpunkte werden in GRID-Records gespeichert. Sofern für einzelne Knoten Restriktionen mit dem Kommando „Randbedingungen“ definiert sind, werden diese wahlweise ebenfalls im GRID-Record (Parameter CD, PS) oder in SPC1-Records gespeichert.

Elemente und Elementproperties (Querschnitte)

Die Zuordnung von MAKROS-Elementen zu den verschiedenen Typen von NASTRAN-Elementen erfolgt aufgrund von mechanischen Typkennzahlen (mtyp).

NASTRAN-Elemente werden in einem Element-Record und zugeordnetem Property-Record im NASTRAN-Eingabefile beschrieben. Der NASTRAN-Elementrecord enthält neben der Elementnummer und den Knotenpunktnummern, die Nummer des Property-Records und bei einigen Elementtypen weitere Elementparameter (z. B. Dicken in den Eckknoten bei Schalenelementen).

Die Daten des Property-Records und die eventuell erforderlichen zusätzlichen Elementparameterwerte werden in MAKROS mit dem Kommando „Querschnitte“ definiert. Die Daten eines solchen Datensatzes werden im folgenden als Querschnitt bezeichnet auch wenn die Daten nicht direkt Querschnittswerte beinhalten. Verschiedene Typen von Querschnitten werden durch eine Typkennzahl (qtyp) unterschieden. Jeder Querschnittstyp enthält neben der Typkennzahl eine Materialnummer und eine Folge von Querschnittswerten. Die Materialnummer wird in dem NASTRAN-Property-Record gespeichert. Die Querschnittswerte werden in der angegebenen Folge in den NASTRAN-Property-Record oder abhängig von der Querschnittstypkennzahl in den NASTRAN-Elementrecord übertragen.

Querschnitte, die für den NASTRAN-Property-Record bestimmt sind, erhalten eine Typkennzahl, die um 1000 größer ist als die mechanische Typkennzahl der Elementtypen ( qtyp = mtyp + 1000 ). Haben verschiedene Elementtypen denselben Property-Record, so kann eine beliebige der zulässigen Querschnittstypkennzahlen gewählt werden , z.B. sind qtyp = 1011, 1013, 1014, 1015 zulässige Querschnittstypkenzahlen für den Property-Record PLPLANE. Querschnitte, die für den NASTRAN-Element-Record bestimmt sind, erhalten eine Typkennzahl die identisch ist mit der mechanischen Typkennzahl des Elementtyps (qtyp = mtyp).

Die folgende Tabelle zeigt, welche mechanische Typkennzahl (mtyp, Spalte 1) den MAKROS-Elementen zugeordnet werden muss, damit bestimmte NASTRAN-Element-Records ( Spalte 3 ) und zugeordnete Property-Records ( Spalte 4 ) erzeugt werden, z. B. wird für mtyp = 11 bei MAKROS-Elementen vom Typ 42 der NASTRAN-Record CQUAD8 mit einem Porperty-Record PLPLANE erzeugt. In Spalte 2 ist angegeben, welche MAKROS-Elementtypen in die entsprechenden NASTRAN-Elemente umgewandelt werden können. In Spalte 5 ist angegeben, wie viele Querschnittswerte für den Property-Record angegeben werden müssen. Sofern für einen Elementtyp zusätzliche Parameterwerte für den Element-Record benötigt werden, ist die Anzahl der in dem entsprechenden Querschnitt anzugebenden Werte in Spalte 6 angegeben. Ist der Wert in Klammern eingeschlossen, so bedeutet dieses, dass der entsprechende Querschnitt mit der Querschnittstypkennzahl qtyp = mtyp auch entfallen kann. Ist z. B. die Dicke von Schalenelementen konstant, so wird der Dickenwert im Propertydatensatz angegeben, es sind dann keine zusätzlichen Querschnittswerte erforderlich.

Zuordnung MAKROS-Elemente -> NASTRAN-Elemente

mtyp	MAKROS- Typ	NASTRAN- Element-Record	NASTRAN- Property-Record	Anzahl Propertywerte	Anzahl zusätzl. Elementwerte	Anmerkungen
1	2	3	4	5	6	7
11	30	CTRIA3	PLPLANE	2	[2 o. 6]	6) ,7) ,8)
11	32	CTRIA6	²	²	²	², ²
11	40	CQUAD4	²	²	²	², ²
11	42	CQUAD8	²	²	²	², ²
13	40, 42, 46	CQUAD	²	²	-	²
14	30, 32	CTRIAX	²	²	-	²
14	40, 42, 46	CQUADX	²	²	-	²
15	30, 32	CTRIAX6	-	-	1	², 11)
21	30	CTRIA3	PSHELL	1 o. 9	[2 o. 6]	6), 7), 9)
21	32	CTRIA6	²	²	²	², ²
21	40	CQUAD4	²	²	²	², ²
21	42	CQUAD8	²	²	²	², ²
22	30	CTRIAR	²	²	²	²
22	40	CQUADR	²	²	²	²
31	30	CTRIA3	PCOMP	variabel	²	6), 7) , 13), 3)
31	32	CTRIA6	²	²	²	², ²
31	40	CQUAD4	²	²	²	², ²
31	42	CQUAD8	²	²	²	², ²
32	30	CTRIAR	²	²	²	²
32	40	CQUADR	²	²	²	²
41	40	CSHEAR	PSHEAR	4	-
60	60, 62	CPENTA	PLSOLID	1	-	8)
60	70, 72	CTETRA	„	„	-
60	80, 82	CHEXA	„	„	-
61	60, 62	CPENTA	PSOLID	5	-	22)
61	70, 72	CTETRA	„	„	-
61	80, 82	CHEXA	„	„	-
101	20	CONROD	-	-	4
102	20	CROD	PROD	4	-
103	20, 1	CELAS1	PELAS	3	2	12) , 20)
104	20, 1	CELAS2	-	-	5	„ „
105	20, 1	CDAMP1	PDAMP	1	2	„ „
106	20, 1	CDAMP2	-	-	3	„ „
108	20	CTUBE	PTUBE	4	-
110	20	CBAR	PBAR	17	3 o. 6 o. 12	16), 21)
111	20	²	²	„	3 o. 6 o. 12	², 17)
112	20	²	²	„	2	², ², 18)
113	20	²	PBARL	variabel	3 o. 6 o. 12	², 10)
114	20	²	²	„	3 o. 6 o. 12	² , 17)
115	20	²	²	„	2	², ² , 18)
120	20	CBEAM	PBEAM	variabel	4 o. 6 o. 12 o. 14	16), 3)
121	20	²	²	„	4 o. 6 o. 12 o. 14	², 17)
122	20	²	²	„	2	², ², 18)
123	20	²	PBCOMP	variabel	14	²
124	20	²	²	„	14	², 17)
125	20	²	²	„	2	², ², 18)
126	20	²	PBEAML	variabel	14	², 10)
127	20	²	²	„	14	², 17)
128	20	²	²	„	2	², ², 18)
130	20	CGAP	PGAP	10	4
131	20	²	²	²	-	19)
140	20	CVISC	PVISC	2	-
150	20	RBAR	-	-	4
201	1	CONM1	-	-	22
202	1	CONM2	-	-	11
210	-	MPC	-	-	variabel	14)
211	20	²	-	-	Variabel	15)

Anmerkungen:

1) Die Querschnittswerte werden in der Folge in der sie im Querschnittsdatensatz enthalten sind in den Property-Record (im Anschluss an die Material ID) bzw. den Elementrecord übertragen, fehlende Werte werden 0 gesetzt.

2) Sollen oder müssen einzelne Felder im NASTRAN-Record leer bleiben, so ist der entsprechende Querschnittswert mit –99 oder 0 anzugeben. Die Querschnittswerte -99 oder 0 führen immer zu einem leeren Feld im NASTRAN-Record!

3) Die Querschnittswerte –88 und –89 sind zu verwenden, wenn in einem NASRAN Record die Zeichenfolgen „YES“ bzw. „NO“ erzeugt werden sollen. Die Werte –88 bzw. –89 werden immer durch „YES“ bzw. „NO“ ersetzt!

4) Bei Querschnitten für den Property-Record sind unabhängig vom Typ des Records für die erste Zeile immer 6 Werte und die Folgezeilen immer 8 Werte anzugeben. Für Felder, die im Record nicht besetzt sind, ist der Wert 0 oder –99 einzutragen. Enthält die erste Zeile des Property-Records keine Material-ID, so sind für die erste Zeile 7 Werte anzugeben (z.B. PCOMP, PGAP).

5) Sofern in einigen Feldern nicht numerische Werte anzugeben sind, sind diese Felder nachträglich zu editieren, soweit nicht im folgenden ein Code für alternative Zeichenfolgen angegeben ist.

6) mtyp = 11-32: Als zusätzliche Parameter für den Element-Record von CTRIAx und CQUADx können Werte für THETA, ZOFFS und die Elementdicken T1 bis T4 angegeben werden. Fehlen Querschnitte für die Elemente (Querschnittstypkennzahl 11 bis 32), so bleiben die entsprechenden Felder leer. Werden nur zwei Werte im Querschnitt angegeben, so werden diese für THETA und ZOFFS verwendet, werden mehr Werte angegeben, so werden die ersten 2 Werte für THETA und ZOFFS und weitere Werte für T1 – T4 verwendet. Für Felder, die leer bleiben sollen ist ggf. – 99 oder 0 anzugeben.

7) mtyp = 11,21,31: Welcher der verschiedenen möglichen NASTRAN-Elementrecords ( CTRIA3 – CQUAD8) geschrieben wird, richtet sich nach der Anzahl der Knotenpunkte des Elementes.

8) mtyp = 11-15,60: Für den Parameter STR im Property-Record „PLPLANE“ und „PLSOLID“ ist 0 für „GAUS“ und 1 für „GRID“ anzugeben.

9) mtyp = 21,22: Wird in dem Querschnitt für den Property-Record PSHELL ( Querschnittstypkennzahl 1021, 1022) nur ein Wert eingetragen, so wird dieser Wert als Dicke T im Record eingetragen; MID2 und MID3 erhalten denselben Wert wie MID1 (Materialnummer), die übrigen Felder bleiben leer.

10) mtyp = 113-115,126-128: Für den Parameter TYPE im PBARL- bzw. PBEAML-Record wird folgende Zuordnung vorgenommen: 0 = ROD, 1 = TUBE, 2 = L, 3 = I, 4 = CHAN, 5 = T, 6 = BOX, 7 = BAR, 8 = CROSS, 9 = H, 10 = T1, 11 = I1, 12 = CHAN1, 13 = Z, 14 = CHAN2, 15 = T2, 16 = BOX1, 17 = HEXA, 18 = HAT.

11) mtyp = 15: Bei CTRIAX6 ist außer der Materialnummer ein Wert für TH für den Element-Record anzugeben.

12) mtyp = 103-106: Zusätzliche Elementdaten für das Element CELAS1, CDAMP1 sind die Parameter C1 und C2, für CELAS2 die Parameter K, C1, C2, GE, S und für CDAMP2: B, C1, C2. Ist das MAKROS-Element ein Punktelement (Typ = 1), so werden die Felder für G2 und C2 leer gelassen ( NASTRAN Scalar Elemente).

13) mtyp = 31,32: Beim Property-Record PCOMP kann für den Parameter FT eine der Ziffern 0-4 angegeben werden, für 1-4 wird folgende Zeichenfolge eingesetzt: 1=HILL, 2=HOFF, 3=TSAI, 4=STRN, bei 0 bleibt das Feld leer. Für LAM > 0 wird SYM und für SOUTi > 0 wird YES eingesetzt.

14) mtyp = 210 Es ist kein Element sondern nur ein Querschnitt mit der Typkennzahl 210 zu definieren, der die Werte für eine Mehrpunktrestriktion enthält, die Werte werden in der angegebenen Folge in einen MPC-Record übertragen, die Materialnummer ist ohne Bedeutung.

15) mtyp = 211: Die Knotenpunkte des Stabelements (maximal 5 Knoten) werden als Knoten einer Mehrpunktrestriktion verwendet, die Parameter SID sowie Ci und Ai für jeden Knoten müssen in einem Querschnitt mit der Typkennzahl 211 angegeben werden

16) mtyp = 110-115,120-128: Die Querschnitte mit zusätzlichen Elementparametern werden für die Elementtypen CBAR und CBEAM gleich interpretiert, bei CBAR ist für das Feld 9 und die Parameter SA und SB der Wert 0 oder –99 anzugeben. Für jede Fortsetzungszeile sind 8 Werte anzugeben, mit 0 oder –99 für leere Felder.Werden nur 3 (4) Werte angegeben, so werden diese für X1, X2, X3, (BIT) eingesetzt, die Folgezeilen entfallen. Bei 6 Werten werden die zwei weiteren Werte für PA und PB verwendet. Werden 12 (14) Werte angegeben, so werden die weiteren Werte für W1A – W3B und SA, SB eingesetzt.

17) mtyp = 111,112,114,115,121,122,124,125,127,128: Alternative Form von CBAR bzw. CBEAM: der 3. Knoten des Elements wird für GO anstelle von X1 – X3 eingetragen, für X1-X3 ist im Querschnitt der Wert 0 anzugeben.

18) mtyp =112,115,122,125,128: Die Vektordifferenz des 1. und 4. Knotens wird für die Parameter W1A – W3A und die Vektordifferenz des 2. und 5. Knotens wird für die Parameter W1B – W3B eingetragen, als zusätzliche Querschnittsdaten sind nur noch die Parameter PA und PB anzugeben.

19) mtyp = 131: Alternative Form von CGAP, der 3. Knoten des Elementes wird für GO anstelle von X1-X3 eingetragen, CID wird 0 gesetzt.

20) mtyp = 103-106: Nur 1 Property-Querschnitt je Record

21) mtyp = 110: Den CBAR-Elementen kann ein weiterer Querschnitt mit der Querschnittstypkennzahl 2110 zugeordnet werden, mit 4 bis 6 Querschnittswerten. Dieser Querschnitt wird als CBARAO-Record gespeichert. Für den Parameter SCALE ist 1 für LE und 2 für FR einzusetzen. Bei SCALE = 1 und 4 Querschnittswerten werden diese als SCALE, NTPS, X1 und DELTAX interpretiert, sonst als SCALE und X1 – X6.

22) mtyp = 61: Für FCTN nicht Null wird FLUID gesetzt.

Materialien

Materialwerte werden mit dem Kommando „Material“ definiert. Jeder Datensatz besteht aus einer Materialnummer, einer Materialtypkennzahl und einer variablen Anzahl von Materialwerten. Mit der Materialtypkennzahl (matyp) werden die verschiedenen NASTRAN-Materialtypen unterschieden, dabei gilt folgende Zuordnung:

matyp	NASTRAN	matyp	NASTRAN	matyp	NASTRAN
1 4 9	MAT1 MAT4 MAT9	2 5 10	MAT2 MAT5 MAT10	3 8 11	MAT3 MAT8 MATHP

Die Materialwerte werden fortlaufend in den NASTRAN-Record geschrieben. Es sind 7 Werte für die 1. Zeile und 8 Werte für jede Fortsetzungszeile, unabhängig von dem Materialtyp und der im Record in verschiedenen Zeilen vorgesehenen Anzahl von Werten, anzugeben. Sollen oder müssen einzelne Felder leer bleiben, so ist an der entsprechenden Position der Wert 0 oder -99 einzutragen.

Knotenkräfte, Knotenmomente, Knotenverschiebungen und -verdrehungen

Knotenvektoren werden mit dem Kommando „Knotenlast“ definiert. Mit einer Typkennzahl (ltyp) werden verschiedene Typen von Vektoren unterschieden:

ltyp	Vektortyp	NASTRAN-Record
0 1 2 3 4 5	Kraftvektor Momentenvektor Knotenverschiebung Knotenverdrehung Knotenverschiebung Knotenverdrehung	FORCE MOMENT SPC SPC SPCD SPCD

Vektoren können in lokalen Koordinatensystemen definiert werden; in dem Dialogfenster zum NASTRAN-Kommando kann angegeben werden, dass die Vektoren vor Übertragung in die NASTRAN-Datei ins globale Koordinatensystem transformiert werden sollen. In den NASTRAN-Record übertragen werden die LastSetID, die Knotennummer, die Nummer des lokalen Bezugssystems, der Skalierungsfaktor und drei Vektorkomponenten.

Mit dem Kommando „Flächenlast“ können ferner verteilte Lasten definiert werden, die sofort in äquivalente Knotenkräfte umgerechnet werden. Diese Knotenkräfte werden in NASTRAN-Records vom Typ FORCE gespeichert.

Wird die Lasttypkennzahl mit 2 bzw. 3 angegeben, so werden die Vektoren als eingeprägte Knotenverschiebungen bzw. –verdrehungen interpretiert und als Randbedingungs-Records vom Typ SPC in die NASTRAN-Datei geschrieben. Für ltyp = 4,5 werden SPCD-Records anstelle von SPC-Records erzeugt.

Knotenrandbedingungen

Knotenrandbedingungen werden mit dem Kommando „Randbedingungen“ definiert, sie werden wahlweise bei den GRID-Records eingetragen oder es werden SPC1-Records erzeugt. Speicherung in SPC1-Records setzt voraus, dass die Randbedingungen nicht in lokalen Koordinatensystemen definiert sind. Eingeprägte Knotenverschiebungen oder –verdrehungen (NASTRAN-Records SPC) können mit dem Kommando „Knotenlast“ mit der Typkennzahl 2 bzw. 3 definiert werden, ebenso NASTRAN-Records vom Typ SPCD (siehe oben). Mehrpunktrandbedingungen (MCP) werden als Querschnitt mit der Typkennzahl 1210 definiert.

Elementlasten

Elementlasten werden mit dem Kommando „Elementlast“ definiert. Mit einer Typkennzahl (latyp) werden bei NASTRAN die folgenden Lasttypen unterschieden:

latyp	NASTRAN-Record	Anzahl Werte
10 11 12 14	PLOAD PLOAD1 PLOAD2 PLOAD4	1 6 1 4 (10)

In dem Dialogfenster des Kommandos sind nur die folgenden Einträge zu machen: Index, LastSetID, Typkennzahl, und die Lastwerte, die in dem Eingabefeld für zentrale Lastkomponenten (EFLAG = 1, GFLAG = 0) angegeben werden, die weiteren Eingabefelder des Dialogfensters sind für NASTRAN ohne Bedeutung. Als Lastwerte sind folgende Parameterwerte für den NASTRAN-Record anzugeben:

latyp = 10: 1 Lastwert für P

= 11: Kennzahlen für TYPE, SCALE und 4 Werte für X1, P1, X2, P2

= 12: 1 Lastwert für P

= 14: Werte für P1 – P4 und bei Volumenelementen Werte für G1, G3, CID, N1-N3

Für PLOAD werden die Knotennummern der Eckknoten der ausgewählten Elemente übernommen, das Vorzeichen für P ist entsprechend dem Umlaufsinn der Elemente zu wählen. Bei Volumenelementen werden diejenigen Oberflächen belastet, deren Knoten alle in der angegebenen Knotenauswahl enthalten sind, die Flächen sind so orientiert, dass der Normalenvektor nach außen weist.

Bei PLOAD1 ist als erstes eine Kennzahl 1 – 12 für den Parameter TYPE anzugeben, für 1 – 12 werden folgende Zeichenketten eingesetzt: FX, FY, FZ, FXE, FYE, FZE, MX, MY, MZ, MXE, MYE, MZE. Als nächstes ist für den Parameter SCALE eine Kennzahl 1 – 4 anzugeben, für die folgende Zeichenfolgen eingesetzt werden: LE, FR, LEPR, FRPR.

Ist bei latyp = 14 eine Knotenauswahl angegeben worden, so werden die Parameter für G1 und G3 für den Record PLOAD4 bei Volumenelementen automatisch ermittelt, G1 und G3 sind in diesem Fall als 0 anzugeben.