采用有限元分析軟件MSC Nastran分析實際問題，通常歸結為離散有限元模型、給定載荷、定義初始/邊界條件和確定材料模型、分析求解、結果輸出等幾個步驟。利用MSC Nastran的標準功能已經可以求解大量的工程實際問題，但由于實際問題的多樣性，不同用戶要求的特殊性，也可能存在標準的程序尚不具備的特定用戶需要的某一方面功能的情形。此時可通過MSC Nastran提供的二次開發的功能得到有效解決，比如有很多用戶通過DMAP語言擴展了軟件功能，解決了軟件標準功能不容易實現的功能。利用用戶子程序是擴展軟件分析功能的另外一種手段，由于該功能開發出來的時間相對比較晚，一些用戶對它比較陌生，為此，本文對該功能做一個基本介紹，以便廣大用戶學習使用。

常用的用戶子程序分為三類：單元、材料模型、接觸，如表1所示。

表1 常用用戶子程序分類

表１所列用戶子程序如何調用可以參考MSC Nastran用戶定義的服務用戶指南。

如果要使用MSC Nastran的用戶子程序功能，除了安裝MSC Nastran軟件外，還需要安裝如下軟件(括號內是近期測試時安裝的版本)：

1) MSC Nastran SDK (2022.3)，SDK中Tools文件夾路徑需加入到環境變量PATH中。如 D:\MSC.Software\SDK\2022.3\Tools；

2) Python 3.6或更高版本；

3) Windows SDK (10.0.18362)；

4) VS (vs_community_2019.16.11.exe，選擇C++桌面開發)；

5) 傳統的Intel Fortran編譯器（Intel MPI 2019 Update 4）或者Intel oneAPI 編譯器。

注意：采用傳統的Intel Fortran編譯器需要有license（本機或從license服務器獲取)；而Intel oneAPI 編譯器是免費的，但MSC Nastran2022.2及其后續版本才支持。

MSC Nastran用戶子程序功能的使用通常涉及以下方面：

?標識調用用戶子程序的少量選項；

?用戶子程序采用FORTRAN或C++語言編寫； 

?將用戶子程序鏈接到MSC Nastran。

為了讓用戶掌握用戶子程序的使用功能，在用MSC Nastran 的手冊中有一些實際例子，比如在手冊“Demonstration Problems Manual- Implicit Nonlinear”中就有兩個詳細的例子，分別是第43章的定義剛體運動的用戶子程序和第44章的定義材料失效準則的用戶子程序（具體章的編號不同版本有所不同，此處是2022.3版本的編號）。下面以第43章的例題為例介紹用戶子程序的具體用法。

該例主要演示MSC Nastran熱機械耦合分析以及用戶子程序功能的使用，它模擬了考慮塑性功生熱和摩擦生熱效應的圓柱體鐓粗過程，并將分析結果與實驗結果進行比較。該例的MSC　Nastran計算的輸入文件：nug_73.dat和用戶子程序為：nug_73.f。如果已經有了輸入文件名和用戶子程序名，就可以采用以下MSC　Nastran計算命令運行（需要按軟件安裝的路徑略作調整，也可在圖形界面中提交計算）：

D:\MSC.Software\MSC_Nastran\2022.3\bin\nastran.exe nug_73.dat uds=nug_73.f

說明：對于類似本例情形，MSC Nastran有兩個命令行相關關鍵字uds和udssave。其中uds用于指定用戶子程序文件；udssave用于指定用戶服務生成位置，如不指定則在當前計算目錄下。這些關鍵字的使用讓MSC Nastran在運行作業時首先建立用戶服務，然后在計算過程中調用用戶子程序。用戶只需要提供子程序源文件，并在計算文件中指定連接服務信息（如下圖所示）即可。

圖：壓下結束時的變形和軸向位移云圖

在MSC Nastran的安裝路徑下，有各種用戶子程序模板，可參考使用。路徑如：

?D:\MSC.Software\MSC_Nastran\2022.３\msc2022.３\nast\services

另外，用戶還可以參考有關軟件文檔：

?MSC SDK SCA Framework User’s Guide；

?MSC Nastran User Defined Services User’s Guide；

?MSC Nastran Demonstration Problems Manual-Implicit Nonlinear；

?MSC Nastran Quick Reference Guide．