《Femap & NX Nastran基础及高级应用》是Siemens PLM Software公司官方指定的培训教材，系统、全面地介绍了全球领先的CAE解决方案Femap with NX Nastran的各种有限元分析功能、操作方法和分析技巧。全书共分12章，前11章详细阐述了Femap with NX Nastran的功能模块、操作界面、基本分析流程、常用工具、单元、材料、网格划分、后处理、静态分析、动态相应分析等重要知识点，并结合实例进行说明；第12章主要介绍了Femap V10所兼容的CAD数据的版本以及其他的求解器，还包括了NX Nastran其他的一些高级功能的简单介绍。在内容编排上，充分考虑各种层次、不同行业读者的思路和接受能力，去繁从简、由浅入深，实用性和可操作性强，从而使读者能够迅速上手以产生成就感。
　　《Femap & NX Nastran基础及高级应用》附送Femap安装光盘一张，读者可自行安装试用。
　　《Femap & NX Nastran基础及高级应用》可作为广大工程技术人员学习有限元分析的培训教材与自学参考书，也可作为各级院校的教学用书。

　　有限元法分析固体结构在受外力、热等作用下的变形，应力以及对外力的响应等，称为计算固体力学。本节简要介绍有限元方法。如果已有有限元知识的读者可以跳过此节。
　　固体作为物质的基本形态之一，无论是自然物体或是人工建造物体，在生活中随处可见。例如，建筑设施、运输工具、日常用具、生产设备等。为更加方便生活，工程师们在努力创建各种设备、设施及用具。与液体及气体不同，具有一定的形状，承受外力后产生一定的变形。计算固体力学以数字模拟的方式或结合试验数据来研究和检查具有固体结构的设备或设施的力学性能，如应力、应变、变形、屈曲、固有频率、振动及动态响应。
　　固体力学认为物体受力作用时，产生变形、应力及应变。力、变形、应力及应变可以看作是物体上的坐标位置及时间的函数。从物体中切取微小实体，可以导出物体的受力平衡微分方程式。或者按虚功原理（也称假想位移原理）计算物体内部应力应变及表面力和体积力的能量，导出物体的受力平衡微分方程式，如表4．1所示。加上约束条件及受力条件，把问题归结为以位移为未知数的2阶偏微分方程的边界值问题。同样传热问题、热膨胀问题等也归结为2阶偏微分方程的边界值问题。
　　对2阶偏微分方程的边界值问题，如果结构有简单的几何形状，可以利用差分法进行离散化而求解。为适应复杂几何形状及提高求解效率精度等问题，利用变分法（Variational Method）或加权余差函数法（Weighted residual method）把2阶微分方程按分部积分变为积分方程而求取2阶偏微分方程的弱形式的近似解，发展为有限元法。

第1章 Femap概述1
1．1 Femap界面1
1．2 菜单2
1．2．1 File菜单2
1．2．2 Tools菜单5
1．3 Femap的视图5
1．3．1 视图的动态操作6
1．3．2 View菜单7
1．4 可停靠面板8
1．4．1 ModelInfo面板9
1．4．2 EntityEditor面板10
1．4．3 MessageWindow面板11
1．5 自定义工具条12
1．6 状态栏和系统托盘13
1．7 Femap常用对话框13
1．7．1 选择对话框14
1．7．2 定位对话框15
1．8 单位以及单位转换15
1．9 数据管理（组和层）15
1．10 选择工具16
1．11 快捷键16
1．11．1 常用快捷键17
1．11．2 对话框上的快捷键17
1．11．3 选择对话框上的快捷键17
1．11．4 自定义快捷键18
1．12 获取帮助18

第2章 模型简化与网格密度19
2．1 板壳与实体19
2．1．1 模型对比19
2．1．2 薄板举例19
2．2 网格疏密26
2．2．1 合适的单元大小26
2．2．2 粗糙的单元大小27
2．2．3 精密的单元大小27
2．2．4 结论27
2．3 约束和载荷的注意事项28
2．3．1 约束28
2．3．2 载荷28
2．4 有限元术语28

第3章 创建几何模型29
3．1 工作平面29
3．2 创建几何模型31
3．3 创建直线——Line34
3．4 创建圆弧——Arc38
3．5 创建圆——Circle41
3．6 在曲面上创建曲线——CurvesfromSurfaces43
3．7 抽取中性面——MidSurface46

第4章 有限元及有限元求解器——Nastran48
4．1 有限元概要48
4．2 Nastran的模型文件及数据卡片50
4．3 Femap与Nastran53
4．4 分析求解控制及Femap的分析集53
4．4．1 分析求解管理器53
4．4．2 启动和使用分析求解管理器55
4．4．3 系统命令及文件管理56
4．4．4 求解控制及求解类型58
4．4．5 Nastran的系统命令参数60
4．4．6 求解诊断61
4．5 BULK数据选项61
4．6 模型检查63
4．7 分析工况及输出请求63
4．8 分析实例——悬臂梁的非线性大变形分析68
4．8．1 模型概要68
4．8．2 创建材料69
4．8．3 创建梁单元的断面属性69
4．8．4 创建几何模型及划分网格70
4．8．5 设定约束及载荷条件73
4．8．6 设定分析集73
4．8．7 分析结果后处理概要75

第5章 Nastran的单元76
5．1 单元与节点76
5．1．1 节点76
5．1．2 单元77
5．1．3 节点单元及模型数据体系78
5．2 单元概要79
5．3 标量单元81
5．3．1 标量弹簧82
5．3．2 阻尼单元83
5．3．3 集中质量单元84
5．4 线单元86
5．4．1 杆单元86
5．4．2 弹簧单元/粘性阻尼单元87
5．4．3 弹簧单元90
5．4．4 管单元93
5．4．5 弯管及弯梁单元94
5．4．6 桁架单元95
5．4．7 梁单元98
5．4．8 间隙单元103
5．5 二维单元105
5．5．1 二维单元概要105
5．5．2 二维单元的坐标系及节点106
5．5．3 壳单元的属性107
5．5．4 板壳单元的材料区分及形状110
5．5．5 壳单元的积分点及输出113
5．5．6 薄膜单元115
5．5．7 纯弯单元116
5．5．8 平面应变单元116
5．5．9 剪切面板118
5．5．1 0复合板单元120
5．6 三维实体单元124
5．7 接触及连接127
5．7．1 接触分析概要128
5．7．2 接触属性及接触参数129
5．7．3 定义接触域139
5．7．4 定义接触对140
5．7．5 自动定义接触142
5．7．6 滑移线接触142
5．8 焊接及紧固件单元143

第6章 材料属性148
6．1 材料属性概要148
6．2 函数及在材料数据中的应用153
6．2．1 函数及材料数据中的函数153
6．2．2 函数的类型153
6．2．3 创建函数的方法154
6．2．4 函数数据的编辑155
6．2．5 函数图形绘图156
6．3 创建材料数据156
6．3．1 材料数据参数156
6．3．2 材料定义中的共同事项158
6．4 各向同性材料160
6．4．1 结构分析及传热基本数据160
6．4．2 结构分析及传热基本数据的函数相关161
6．4．3 非线性设定162
6．4．4 蠕变特性设定163
6．4．5 材料的相变164
6．5 正交各向异性材料164
6．6 各向异性材料165
6．7 超弹性材料167
6．7．1 Mooney-Rivilin应变能多项式168
6．7．2 实验数据曲线拟合168
6．7．3 定义超弹性材料170
6．8 超弹性密封材料MATG174
6．9 流体材料175
6．10 传热表面材料数据176
6．10．1 自由对流表面传热176
6．10．2 强制对流的表面传热及介质材料176
6．10．3 辐射传热的表面传热参数177
6．11 材料数据库177
6．12 常用的材料数据178

第7章 创建网格182
7．1 几何模型上的网格尺寸及划分网格182
7．1．1 默认尺寸182
7．1．2 曲线上的网格尺寸183
7．1．3 曲面上的网格尺寸185
7．1．4 实体上的网格尺寸187
7．1．5 对话式网格设定及动态网格划分189
7．1．6 匹配曲线上的节点位置191
7．1．7 曲面上的节点位置及指定网格点193
7．1．8 曲面上的映射网格194
7．2 几何模型上的网格属性196
7．2．1 曲线上的网格属性及划分网格196
7．2．2 曲面上的网格属性及划分曲面网格197
7．2．3 实体上的网格属性及划分实体网格197
7．3 有效地划分网格199
7．3．1 抑制微小几何形状200
7．3．2 消除微小几何形状201
7．3．3 合并微小曲线及曲面202
7．4 直接创建网格204
7．5 拉伸扩展．旋转及沿迹线扩展曲线单元或单元面204
7．5．1 扩展曲线或线单元生成面单元205
7．5．2 扩展板单元或单元面生成实体元206
7．5．3 旋转扩展曲线或线单元生成面单元207
7．5．4 旋转扩展面单元或单元面生成实体单元207
7．5．5 沿迹线扩展生成面单元或实体元网格208
7．6 网格操作208
7．6．1 既存单元的复制208
7．6．2 网格的反射复制209
7．6．3 创建实体网格209
7．7 抽取中立面和创建网格212

第8章 静态分析214
8．1 约束的物理意义214
8．2 自由度及自由度集215
8．3 约束及其定义方法217
8．3．1 约束集及约束管理217
8．3．2 节点约束218
8．3．3 对称及反对称约束219
8．3．4 几何模型上的约束220
8．3．5 自动约束220
8．3．6 多点约束221
8．4 结构形式的多点约束222
8．4．1 刚体单元定义的多点约束222
8．4．2 RSPLINE连接单元223
8．4．3 永久约束223
8．5 载荷及分类225
8．5．1 载荷的种类225
8．5．2 节点集中力及扭矩载荷227
8．5．3 节点强制位移及强制回转载荷228
8．5．4 节点温度载荷229
8．5．5 定义节点集中载荷229
8．6 体载荷233
8．6．1 惯性力载荷233
8．6．2 离心力载荷234
8．6．3 Femap中定义体积载荷235
8．7 单元面上的压力载荷235
8．8 节点间的分布载荷236
8．9 非线性传热及非线性热应力分析237
8．9．1 瞬态传热与热应力分析237
8．9．2 瞬态非线性传热分析240
8．9．3 非线性弹性热应力分析及结果概要240
8．10 过盈配合加热装配的模拟分析242
8．10．1 模型概要242
8．10．2 分析结果考察246
8．10．3 参数变更考察247
8．11 电子线路板的焊接热蠕变分析249
8．12 复合板优化设计251
8．13 超弹性分析254
8．13．1 模型及功能概要254
8．13．2 材料特性的曲线拟合256
8．13．3 材料本构曲线的验证257
8．13．4 曲线拟合阶次的考察259

第9章 模型的表示及后处理262
9．1 模型显示262
9．1．1 模型的表示样式262
9．1．2 模型画面快速切换264
9．1．3 鼠标及键盘操作265
9．1．4 模型动态表示及视图方向266
9．1．5 模型表示选择267
9．1．6 视窗中显示的模型数据268
9．1．7 画面选项268
9．2 创建模型中的几个基本项269
9．2．1 坐标系269
9．2．2 工作面270
9．2．3 几个辅助工具270
9．3 组与层272
9．3．1 组273
9．3．2 分组规则273
9．3．3 组的复制274
9．3．4 按逻辑关系创建组274
9．3．5 层275
9．3．6 创建及修改层275
9．3．7 视图的组合选项276
9．4 模型数据列表276
9．5 分析结果的处理277
9．5．1 分析结果集277
9．5．2 节点列向量278
9．5．3 单元的分析结果278
9．5．4 分析结果的显示模式278
9．5．5 分析结果集和列向量279
9．5．6 变形表示模式280
9．5．7 云图表示模式281
9．5．8 云图表示的快速设定283
9．5．9 自由体表示284
9．5．10 云图显示与收敛性285
9．5．11 XY绘图286
9．5．12 XY绘图数据286
9．5．13 XY图形表示属性的设定287
9．6 分析结果的运算处理287
9．6．1 分析结果列向量的定义及充填（Define及Fill命令）288
9．6．2 分析结果列向量的运算处理（Process命令）288
9．6．3 误差评估及其使用方法290
9．6．4 评估误差的计算方法291
9．7 分析结果与载荷的相互转换291
9．7．1 把分析结果转换为载荷291
9．7．2 把其他模型的分析结果转换为载荷292
9．7．3 把载荷转换为分析结果292
9．8 分析结果图形表示设定示例293
9．8．1 云图模式及数据选择293
9．8．2 设定云图属性294
9．8．3 单元准值云图296
9．8．4 屏幕背景及标题297
9．8．5 矢量云图的表示298
9．8．6 矢量云图的显示属性299
9．8．7 模型尺寸及大小的显示301
9．8．8 文本（Text）的作成方法302

第10章 模态分析304
10．1 结构振动基本问题304
10．2 模态分析305
10．3 正则化模态及有效模态质量306
10．4 求解方法及求解控制308
10．5 固有值分析的输出及输出请求310
10．6 框架结构的模态分析311
10．6．1 模型概要311
10．6．2 框架模型的模态分析及结果概要313
10．7 惯性释放自由体的模态分析317
10．7．1 直升机模型317
10．7．2 惯性释放319
10．7．3 分析结果320
10．8 非线性模态321
10．8．1 问题概要321
10．8．2 创建几何模型322
10．8．3 创建材料及板单元属性323
10．8．4 划分网格324
10．8．5 载荷及约束326
10．8．6 无载荷条件的模态分析329
10．8．7 屈曲载荷分析330
10．8．8 弹塑性条件下的模态分析331
10．8．9 流固耦合界面及其模态分析334

第11章 振动响应分析336
11．1 结构振动的一般描述336
11．2 质量及阻尼337
11．2．1 质量337
11．2．2 阻尼337
11．2．3 直接矩阵输入339
11．3 频率响应分析340
11．3．1 频率响应分析的载荷340
11．3．2 直接频率响应分析（SOL108）342
11．3．3 模态频率响应分析344
11．3．4 频率响应分析中的频率范围及频率分辨率347
11．3．5 直接频率响应与模态频率响应的比较349
11．4 瞬态动力分析350
11．4．1 瞬态动力分析的载荷350
11．4．2 直接瞬态动力分析353
11．4．3 模态瞬态动力分析354
11．4．4 瞬态分析方法的比较356
11．5 模态响应分析中的物理坐标反求法357
11．6 响应谱及谱响应分析358
11．6．1 瞬态法动力响应分析及响应谱分析358
11．6．2 谱响应分析361
11．7 地震载荷及结构动力分析362
11．7．1 地震载荷362
11．7．2 模型概要364
11．7．3 地震时间历载荷及选项364
11．7．4 响应谱分析选项（可选）368
11．7．5 直接瞬态动力分析369
11．7．6 模态瞬态动力分析371
11．8 频率响应分析事例374
11．8．1 频率响应分析的载荷374
11．8．2 模型概要374
11．8．3 谱响应分析载荷函数的定义374
11．8．4 谱响应分析约束及励振约束的定义376
11．8．5 谱响应分析的定义及分析结果376

第12章 附记378
12．1 其他求解器及CAD数据378
12．2 关于传热分析378
12．3 材料非线性分析中的耦合关系380
12．4 一些特殊单元380
12．5 随机响应分析381
12．6 复变数模态382
12．7 转子动力学383
12．8 优化设计SOL200384
12．9 并行处理385
附录A Femap单元与各种求解器的对应关系387
附录B Femap当前（V10．01）对应的CAD软件版本388