本文介绍了采用MSC Nastran分析实际问题的一般步骤，包括建立离散有限元模型、给定载荷、定义初始/边界条件、确定材料模型、进行分析求解以及输出结果等关键步骤。虽然MSC Nastran的标准功能已经能够解决许多工程实际问题，但是由于实际问题的多样性和不同用户的特殊需求，可能存在某些特定用户需要但标准程序尚不具备的特定功能的情况。在这种情况下，可以利用MSC Nastran提供的二次开发功能来有效解决问题，例如使用DMAP语言扩展软件功能以解决标准功能无法实现的问题。另外一种扩展软件分析功能的方法是使用用户子程序，该功能开发较晚，一些用户可能对其不熟悉，因此本文对其进行了基本介绍，希望能为广大用户学习使用该功能提供帮助。

常用的用户子程序及分类

(资料图)

常用的用户子程序分为三类：单元、材料模型、接触，如表1所示。

表1 常用用户子程序分类

表１所列用户子程序如何调用可以参考MSC Nastran用户定义的服务用户指南。

环境要求

如果要使用MSC Nastran的用户子程序功能，除了安装MSC Nastran软件外，还需要安装如下软件(括号内是近期测试时安装的版本)：

1) MSC Nastran SDK (2022.3)，SDK中Tools文件夹路径需加入到环境变量PATH中。如

2) Python 3.6或更高版本；

3) Windows SDK (10.0.18362)；

4) VS (vs_community_2019.16.11.exe，选择C++桌面开发)；

5) 传统的Intel Fortran编译器（Intel MPI 2019 Update 4）或者Intel oneAPI 编译器。

注意：采用传统的Intel Fortran编译器需要有license（本机或从license服务器获取)；而Intel oneAPI 编译器是免费的，但MSC Nastran2022.2及其后续版本才支持。

用户子程序应用与运行命令

MSC Nastran用户子程序功能的使用通常涉及以下方面：

•标识调用用户子程序的少量选项；

•用户子程序采用FORTRAN或C++语言编写；

•将用户子程序链接到MSC Nastran。

为了让用户掌握用户子程序的使用功能，在用MSC Nastran 的手册中有一些实际例子，比如在手册“Demonstration Problems Manual- Implicit Nonlinear”中就有两个详细的例子，分别是第43章的定义刚体运动的用户子程序和第44章的定义材料失效准则的用户子程序（具体章的编号不同版本有所不同，此处是2022.3版本的编号）。下面以第43章的例题为例介绍用户子程序的具体用法。

该例主要演示MSC Nastran热机械耦合分析以及用户子程序功能的使用，它模拟了考虑塑性功生热和摩擦生热效应的圆柱体镦粗过程，并将分析结果与实验结果进行比较。该例的MSC　Nastran计算的输入文件：nug_73.dat和用户子程序为：nug_73.f。如果已经有了输入文件名和用户子程序名，就可以采用以下MSC　Nastran计算命令运行（需要按软件安装的路径略作调整，也可在图形界面中提交计算）：

说明：对于类似本例情形，MSC Nastran有两个命令行相关关键字uds和udssave。其中uds用于指定用户子程序文件；udssave用于指定用户服务生成位置，如不指定则在当前计算目录下。这些关键字的使用让MSC Nastran在运行作业时首先建立用户服务，然后在计算过程中调用用户子程序。用户只需要提供子程序源文件，并在计算文件中指定连接服务信息（如下图所示）即可。

执行上述MSC Nastran计算命令后，出现的信息截图如下：

如有多个计算模型要使用相同的用户子程序，则用户服务只需创建一次即可，其他的计算都调用这个服务。调用方法：设置3个环境变量指向服务存放路径。例如，假定服务存放路径如下：

计算结束后，即可采用Patran等软件进行计算结果的后处理显示，对于本例主要是显示压下结束时的变形、位移云图、温度云图，另外还将分析得到的一些节点的温度变化历程与实验结果进行比较。

图：压下结束时的变形和轴向位移云图

图：压下结束时的变形和温度云图图：不同位置点的温度变化历程与实测结果的比较