ADINA有限元軟件簡介

1、ADINA功能簡單說明 # 1、ADINA的發(fā)展歷史2ADINA功能1ADINA用戶界面、前后處理功能2.2ADINA計算分析功能ADINA功能簡單說明ADINA功能簡單說明 ADINA功能說明1、ADINA的發(fā)展歷史ADIN出現(xiàn)于1975年，在K.J.Bat博士的帶領(lǐng)下，其研究小組共同開發(fā)出ADINA有限元分析軟件。到84年以前，ADINA是全球最流行的有限元分析程序，一方面由于其強大的功能，被工程界、科學(xué)研究、教育等眾多用戶廣泛應(yīng)用；另外其源代碼是PublicDomainCode，后來出現(xiàn)的很多知名有限元程序都來源于ADINA的基礎(chǔ)代碼。1986年，K.J.Batle士在美國馬薩諸塞州Wa

2、tertown成立ADINAR&D司，開始其商業(yè)化發(fā)展的歷程。實際上，到ADINA84版本時已經(jīng)具備基本功能框架，ADINA公司成立的目標是使其產(chǎn)品ADINA這大型商業(yè)有限元求解軟件，專注求解結(jié)構(gòu)非線性、流體、流體與結(jié)構(gòu)耦合、熱、熱機耦合等復(fù)雜問題，并力求程序的求解能力、可靠性、求解效率全球領(lǐng)先。一直以來，ADINA在計算理論和求解問題的廣泛性方面處于全球領(lǐng)先的地位，尤其針對結(jié)構(gòu)非線性、流體、流/固耦合、熱、熱機耦合等復(fù)雜工程問題開發(fā)出強大功能。經(jīng)過近20年的商業(yè)化開發(fā)，ADINA已經(jīng)成為近年來發(fā)展最快的有限元軟件，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的工程仿真分析，包括汽車、機械制造、電子電器、材料加工、船

3、舶、航空航天、國防軍工、鐵道、石化、能源、土木建筑等各個領(lǐng)域。2、ADINA功能ADINA是一個可以求解多物理場問題的有限元系統(tǒng)，由多個模塊組成。包括：前后處理模塊(ADINA-AUI)、結(jié)構(gòu)分析模塊(ADINA-Structures)、流體分析模塊(ADINA-CFD)、熱分析模塊(ADINA-Thermal)、流固耦合分析模塊(ADINA-FSI)、熱機耦合分析模塊(ADINA-TMC)以及建模模塊(ADINA-M)和與其它程序的接口模塊(ADINA-Transor)。2.1ADINA用戶界面、前后處理功能ADINA是一個全集成系統(tǒng)，所有分析模塊使用統(tǒng)一的前后處理ADINA-AUI，易學(xué)易

4、用，友好的交互式圖形界面實現(xiàn)所有建模和后處理功能。ADINA-AUI的主要特點包括：D內(nèi)嵌ADINA-M建模模塊，這個模塊采用的是Parasolid建模技術(shù)。這種Parasolid技術(shù)是著名的EDS公司開發(fā)的，此技術(shù)首先是作為通用大型三維CAD軟件UG的內(nèi)核技術(shù)被采用，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的被很多公司的三維CAD產(chǎn)品接受作為自己的內(nèi)核技術(shù)。ADINA采用CAD軟件的內(nèi)核技術(shù)作為自己的CAD建模技術(shù)有兩方面的好處：1、自身建立幾何模型的功能強大；2、如果采用CAD軟件建立幾何模型，其所建立的模型可以無障礙的進入ADINA,而不會有模型缺失的問題。當(dāng)然現(xiàn)在還有一些三維CAD軟件不是Parasolid內(nèi)核的

5、，但是大多也都支持Parasolid格式模型的輸出。D物理性能、載荷和邊界條件可直接賦予到模型的幾何特征，因此修改單元網(wǎng)格不會影響模型載荷和邊界條件的定義，用戶可以反復(fù)調(diào)整網(wǎng)格。DADINA提供多種網(wǎng)格劃分器，具有強大的網(wǎng)格劃分功能。除常見網(wǎng)格劃分外，對復(fù)雜模型可進行自動六面體網(wǎng)格劃分，同時也具有自適應(yīng)網(wǎng)格重劃分功能。DADINA-AUI提供了與多種CAD軟件的數(shù)據(jù)接口。而且可以讀入并寫出Nastran格式的有限元模型數(shù)據(jù)，因此很多可以輸出Nastran格式有限元模型的前處理程序都可以作為ADINA的前處理使用。DADINA-AUI提供了撤銷Undo和重做Redo的功能，并且Undo/Redo

6、的次數(shù)可由用戶定義D后處理支持各種結(jié)果變量可視化處理方法。如網(wǎng)格變形圖、線、面、消隱、彩色云圖、等值線圖、矢量圖等；旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、抓圖和生成動畫等操作通用簡便；D各種變量曲線圖繪制、流場粒子、切片顯示等技術(shù)；D可將多種結(jié)果用一幅圖形表示（如使用一副圖形同時表示流體速度與結(jié)構(gòu)應(yīng)力）；D從輸出變量中定義導(dǎo)出變量；DADINA可以方便的生成應(yīng)力、溫度、變形等計算結(jié)果的動畫顯示、切片動畫；D方便的繪制出模型的任意點任一計算結(jié)果參量隨時間或其他參量的變化曲線，例如應(yīng)力一應(yīng)變曲線、位移時間曲線、應(yīng)力時間曲線等等；2.2ADINA計算分析功能ADINA由于其可靠性、高效性、精確性通過了廣泛的驗證、項目審

7、查和大量工程檢驗問題的嚴格測試，在各個行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用并且取得很高的聲譽。ADINA-trctre模塊分析功能：D靜力分析：分析各種結(jié)構(gòu)在一定邊界條件和載荷作用下內(nèi)力、應(yīng)力、變形等分布情況問題。ADINA是目前世界上非線性功能最有效、可靠的分析軟件之一，在靜力分析中能夠有效地考慮各種非線性效應(yīng)，幾何非線性、材料非線性、狀態(tài)非線性等。動力分析：包括隱式瞬態(tài)動力分析、顯式瞬態(tài)動力分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、響應(yīng)譜分析、隨機振動分析。ADINA的模態(tài)分析功能不僅可以分析單個構(gòu)件的模態(tài)，還可以分析裝配體的模態(tài)，整個裝配體中可以包括接觸、螺栓單元等非線性因素。結(jié)構(gòu)屈曲分析：屈曲分析用于確定結(jié)構(gòu)局部或

8、整體失穩(wěn)時極限荷載，結(jié)構(gòu)在特定荷載下的失穩(wěn)模態(tài)和失穩(wěn)過程。ADINA中屈曲分析分為線性屈曲和非線性屈曲。ADINA的LDC（Load-DisplacementContrOl算法通過反復(fù)增減荷載并同時控制結(jié)構(gòu)位移，尋找結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界荷載，能夠反映結(jié)構(gòu)的實際受力和變形狀態(tài)。分析。0提供包括牛頓流體和非牛頓流體等多種流體材料模式。流體本構(gòu)（Neton和Non-Neton）：常參數(shù)模型ADINA功能簡單說明ADINA功能簡單說明 時間相關(guān)參數(shù)模型冪律參數(shù)模型Carreau參數(shù)模型溫度相關(guān)參數(shù)模型溫度相關(guān)冪律參數(shù)模型速度相關(guān)參數(shù)模型壓力相關(guān)參數(shù)模型壓力溫度相關(guān)參數(shù)模型二次參數(shù)模型大渦參數(shù)模型(零階模型)

9、用戶自定義材料本構(gòu)D可計算層流或湍流問題，提供了多種湍流模型，并且提供大渦模型。湍流模型：K-E模型RNGK-模型K-模型KmSS模型SA模型DESSAI型Large-eddy模型(包括Standard、Smagorinsky、RenormalizationGrou)pPrandtl混尺度模型DADINA-CFD采用控制體積、有限元等算法求解Navier-Strokes或Euler方程，并提供了極為豐富的邊界條件描述，可計算非常復(fù)雜的流體問題。常用流體邊界條件：Prescribedsolutionvariables(Variable=Velocity，Pressure、Temperaturee

10、t)c.Zerosolutionvariables(Variable=Velocity，Pressure、Temperatureetc.)Zerofluxofsolutionvariables(Variable=Mass，Heatet)c.PrescribedrotationalvelocityFixedWa(llSlip/NoSlipCondition)WallMovingWa(llSlipConditionW)allNoSlipMovingWall(Type=TangentialorType=Rotational)ConcentratedforceloadDistributednormal

11、-tractionloadFieldcentrifugalloadUniformflowExternalflowSupersonicatinletSubsonicatinletSupersonicatoutletSubsonicatoutletSymmetric熱相關(guān)邊界條件：ConcentratedheatflowloadDistributedheatfluxloadHeatandmassconvectionsRadiationSpecularradiation流體界(壁)面相關(guān)邊界條件：Fluid-structureinterfaceFreesurfaceFluid-fluidinterf

12、acePhase-changeInterfaceGapControlUsersuppliedBoundaryConditionsAU可計算共軛傳熱問題、傳質(zhì)問題、兩相流問題（VOF算法）。流動問題中經(jīng)常伴隨有傳熱，象排氣管的傳熱問題等。當(dāng)需要考慮傳熱時涉及到兩個場：流場和溫度場。此時是一個耦合問題，不再是一個單一場的問題，需要進行耦合求解。ADINA-F可以方便的用來求解流動/傳熱的耦合問題。當(dāng)用ADINA來求解此類問題時，只需在單元特性選項中將結(jié)構(gòu)部分的單元選為solid即可，結(jié)構(gòu)與流體之間的傳熱特性由程序自動計算。下面是一個簡單的2D流動傳熱問題，容器兩側(cè)的溫度不同，導(dǎo)致容器內(nèi)的流體由于溫

13、度不均勻而流動并且進行熱量傳遞。VELOCITYHE1.0000.08?5Q.n&75提供于流體流動條件的流體FCBI(Flow-Condition-Based-Interpolation)算法基于流體流動條件的流體FCBI（Flow算法是一種新理論。目前大多數(shù)-0,0075的CFD軟件所采用的方法類似于ADINA的FCBI-C單元算法，是一種半隱式的算法。這種方法的優(yōu)勢在于計算速度快，占用內(nèi)存少，容易收斂。它實際上是一種迭代的方法，即迭代求解速度場和壓力場。ADINA還另外發(fā)展了一種純隱式的解法FCBI,這是ADINA特有的方法。這種方法是純隱式解法，其特點是建立與結(jié)構(gòu)模型相同的一致剛度矩陣

14、，因此也只有采用這種方法才能實現(xiàn)強流固耦合一一直接耦合。FCBI提供了更高的求解穩(wěn)定性和精度，只是占用資源太多，現(xiàn)在商業(yè)計算系統(tǒng)中只有ADINA中加入了這種算法，隨著硬件設(shè)備的發(fā)展，最終會是計算流體軟件的發(fā)展方向。繞圓柱體的流場分析（FCBIC模塊分析功能:ADINA求解由傳導(dǎo)、對流、輻射引起的傳熱問題；可進行穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)溫度場分析；材料屬性可隨時間變化可考慮透明介質(zhì)內(nèi)部的輻射；可計算相變；有單元死活功能及相應(yīng)的邊界條件變化。AD1NAADINA模塊分析功能:15.00-36.00-2F.0Q1-16L00L可進行溫度應(yīng)力分析;?；癁闊岱治隹蛇M行摩擦生熱分析;摩擦生熱、接觸傳熱ADINA-FSI

15、模塊分析功能：流固耦合算法：流固耦合求解是ADINA的絕對優(yōu)勢所在。ADINA-FSI（FluidStructureInteract）是全球領(lǐng)先的流固耦合求解器。由于ADINA的結(jié)構(gòu)求解器和流體求解器都是同一公司的產(chǎn)品，ADINA-FSI很容易將ADINA-Sturctures和ADINA-CFD的功能融合在一起，實現(xiàn)流體/結(jié)構(gòu)耦合的高級分析。目前耦合場的分析一般有兩種方法，一種是用一個結(jié)構(gòu)軟件計算結(jié)構(gòu)問題、用一個流體軟件計算流體問題、再用一個熱分析軟件計算熱問題，通過在其中兩個軟件之間進行數(shù)據(jù)傳遞來實現(xiàn)多物理場耦合。這種方法只能做疊代耦合也可以稱為弱耦合，并且只能實現(xiàn)兩場耦合。另一種方法是以

16、ADINA為代表的在一個軟件內(nèi)核的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的統(tǒng)一的多物理場耦合系統(tǒng)，因為ADINA實際上是在一個軟件的內(nèi)部實現(xiàn)多物理場耦合的，所以其實現(xiàn)多物理場耦合的手段更靈活，可以做迭代耦合，也就是弱耦合，更可以實現(xiàn)強耦合。所謂強耦合是指多個物理場的方程結(jié)構(gòu)方程、流體方程、熱方程直接組合成為一個統(tǒng)一的多物理場方程組進行耦合。因此其計算效率更高、計算結(jié)果更準確，而且可以真正的實現(xiàn)三場同時耦合。能否實現(xiàn)強耦合分析要看軟件系統(tǒng)是否采用了數(shù)學(xué)上的一致化處理方法，即將結(jié)構(gòu)方程組、流體方程組（包括熱方程組）、流固耦合界面方程組都統(tǒng)一成為一個系統(tǒng)方程組，然后進行求解。而不是先計算流場，然后計算結(jié)構(gòu)場，反復(fù)迭代的計算

17、方法。ADINA是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)強耦合、三場耦合計算的商業(yè)計算系統(tǒng)。ADINA中的流固耦合分為四種類型，流固耦合（FSI）、流固熱三場耦合（TFSI）、包含多孔介質(zhì)的流固耦合（PFSI）、包含多孔介質(zhì)的熱流固耦合（TPFSI）。另外，ADINA還可以實現(xiàn)流固耦合的模態(tài)計算，可以得到設(shè)備內(nèi)的流體介質(zhì)與結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的模態(tài)。動網(wǎng)格技術(shù)：ADINA提供了很多實現(xiàn)復(fù)雜流固耦合所必需的特殊技術(shù)動網(wǎng)格技術(shù)（參數(shù)化動網(wǎng)格、網(wǎng)格自動重劃分、滑動界面）和特殊邊界條件（GAP邊界條件），這些功能是ADINA的優(yōu)勢所在。另一種實現(xiàn)流固耦合的方法是通過第三方軟件把一個流體軟件和一個結(jié)構(gòu)軟件組合在一起，然后分別計算，再

18、通過第三方軟件來傳遞數(shù)據(jù)。使用這種方法的一個顯著的缺點就是，因為原來的流體軟件和結(jié)構(gòu)軟件都不是為了流固耦合設(shè)計的，很多只有流固耦合問題才需要的特殊技術(shù)它們沒法提供?，F(xiàn)在還有另外一種流固耦合的網(wǎng)格處理方法，其特點是不建立流固耦合界面，不采用動網(wǎng)格技術(shù)。它ADINA功能簡單說明ADINA功能簡單說明的實現(xiàn)方法是結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和流體網(wǎng)格相互獨立，結(jié)構(gòu)運動到不同的位置時計算相應(yīng)位置流體的壓力，然后傳遞到結(jié)構(gòu)上。這種方法一般是顯式程序采用的。相比較來說，ADINA建立流固耦合界面和動網(wǎng)格的方法是嚴格和準確的。參數(shù)化動網(wǎng)格技術(shù)：下圖中是一個減震器的例子。活塞（結(jié)構(gòu)模型）和彈簧相連，可沿著管壁上下運動，由于管壁與活塞之間的摩擦作用及液體的粘性，活塞運動過程中將會產(chǎn)生阻尼。本例主要研究了摩擦系數(shù)和液體的粘性對減震器性能的影響。在這個模型中，活塞上下的流體網(wǎng)格會發(fā)生很大的變形，但是數(shù)量不會改變，這種動網(wǎng)格技術(shù)叫做參數(shù)化動網(wǎng)格。這是一個剎車防抱死系統(tǒng)（ABS）工作過程y：www：A4-1油在機構(gòu)內(nèi)腔流動，并推動鋼珠運動