有限元建模與仿真三

有限元建模與仿真（三）1現(xiàn)代有限元分析系統(tǒng)的組成2有限元建模、分析軟件及應用幾何建模的方法自下而上(Native)點、線、面、體Point、Line、Surface、Volume3前處理前處理4前處理5幾何建模的方法自上而下(parasolid）直接定義體或面與其它軟件的接口Body、Face、Edge前處理6有限元模型材料屬性的定義單元類型的選擇連接關系的定義單元網(wǎng)格的劃分邊界條件的設置載荷條件的設置7前處理線彈非線彈塑性熱本構(gòu)蠕變橡膠/泡沫粘彈墊片材料勢流體巖土混凝土多孔介質(zhì)用戶定義…結(jié)構(gòu)材料表前處理-定義材料屬性多線性塑性材料(MultiLinear)：yy隨動硬化方式反向加載各向同性硬化方式反向加載前處理-

定義材料屬性包括：定義單元生死特性(幾何Line/Edge/Surface/Face/Volume/Body上)；定義梁單元截面特性（在幾何Line/Edge上）；定義桿單元的截面積、初始應變（或軸力）（在幾何Line/Edge上）；定義復合材料或各向異性材料的材料坐標系(幾何Surface/Face/Volume/Body上)；定義Beam單元的剛性端、鉸接端點（在幾何Line/Edge上）；定義質(zhì)量單元或阻尼單元(幾何Line/Edge/Surface/Face上)；前處理-

定義幾何模型的物理屬性前處理-

定義單元類型單元共分為很多大類，如Truss，IsoBeam，Shell等，每一類都包括低階或高階單元，并可能有不同的算法；單元類型的多少是評價分析軟件的重要指標之一對幾何元素劃分單元時必須指定一個單元類型，包含這個單元組的一些特性：材料特性幾何非線性單元積分點個數(shù)節(jié)點自由度結(jié)果輸出控制自由度邊界條件是最常見的一種邊界條件，控制節(jié)點的任意自由度狀態(tài)為Fixed或Free兩者之一；約束方程類邊界條件約束方程；剛性聯(lián)接（RigidLink）；用來定義物理主體與從體的運動自由度相關性；特殊邊界條件：

Beam單元端點釋放；流固耦合FSI邊界；勢流體邊界；表面張力；前處理-

定義邊界條件前處理-定義邊界條件131.載荷可以分為兩類，一種是標量；一種是矢量，具有方向性，如集中力force；對于矢量載荷，不但要定義大小，而且需要確定其方向；2.施加載荷前，首先要定義載荷（及其方向），載荷的大小稱為Magnitude。然后選擇加載幾何元素以及時間函數(shù)等參數(shù)。缺省的時間函數(shù)為時間函數(shù)1；3.加載主要加載在幾何元素上，也可以加載在節(jié)點和單元上。加載在幾何元素上的載荷不受網(wǎng)格劃分的影響；4.分布載荷在加載的同時，用戶可以選擇使用空間函數(shù)，用來描述載荷隨幾何體的空間不均勻分布特征；前處理-定義載荷Pressure：壓力Force/Moment：集中力/力矩Displacement：位移Line：線Centrifual：離心力masspropotional：質(zhì)量相關力Electromagnetic：電磁力Pipeinternalpressure：管單元內(nèi)壓Temperature：溫度Temp.Gradient：溫度梯度Poreflow：孔隙流速Porepressure：孔隙壓力Contactslip：一種特殊接觸壓力算法Distributefluid-potential：分布勢Concentratefluid-potential：集中勢載荷類型：前處理-定義載荷V=87.6m/s1.對于時域瞬態(tài)動力分析，必須指定必要的初始條件才能求解；常用的初始條件與運動相關，如初始速度；2.對于靜力問題，求解同樣需要初始條件。但由于過程在偽時間內(nèi)進行，幾乎不采用運動相關的初始條件，但可以采用例如初始應力、初始應變等條件；3.對于頻域動力學分析，不能定義初始條件；所有涉及特定狀態(tài)的頻域計算都必須以預應力模態(tài)方式處理；碰撞問題，球體的初始速度為10m/s,其它參數(shù)初始值為缺省值-零；4.初始條件分為兩類：常規(guī)初始條件：用于確定t＝0時刻初始值，這些初始值是求解基本方程必須的；缺省為零；特殊初始條件：初始缺陷（求解非線性屈曲問題）；

前處理-定義初始條件前處理-網(wǎng)格劃分17有限元計算-求解控制18求解器的選擇迭代方法的選擇收斂準則的確定時間步長的定義輸入輸出控制。。。。后處理191云圖修改云圖顏色等值線圖

Smooth圖2時間步控制3同時顯示多個結(jié)果圖4矢量圖5接觸反力和支反力圖6顯示相對位移（relativedisplacement）7節(jié)點或時程曲線8列表顯示結(jié)果results9極值列表顯示10合力計算（combination）11Beam、Truss單元表12切面顯示cutsurface13等值面isosurface14包絡圖envelop15CFD功能流動阻力Dragforce

截面流量volumeflux

粒子流顯示Particaldisplay

質(zhì)量分數(shù)MassRatio16自定義變量resultant17標注文字18頻域－時域曲線轉(zhuǎn)換19過程動畫顯示后處理20優(yōu)化設計過程21CAD與CAE的交互22基于個性化特征的生物力學評價23基于個性化特征的生物力學評價24SocketDesignManufactureFittingAssessmentYesNoFEAManufactureFittingAssessmentDeliveryYesNoSocketDesign基于個性化特征的生物力學評價25建模軟件-mimics26Mimics軟件：Mimics是Materialise公司的交互式的醫(yī)學影像控制系統(tǒng)，即Materiaise'sinteractivemedicalimagecontrolsystem.模塊化結(jié)構(gòu)的軟件圖像導入：支持大多數(shù)圖像格式的導入（Dicom，BMP、JPG）圖像分割：提供灰度閾值、區(qū)域生長、形態(tài)學操作、布爾操作、動態(tài)區(qū)域生長、多層編輯等分割工具。幫助用戶快速方便地突出感興趣區(qū)域圖像可視化：提供原始數(shù)據(jù)的軸狀、冠狀和矢狀試圖；提供根據(jù)感興趣區(qū)域重建得到的三維試圖、并可以進行三維試圖的平移，縮放和旋轉(zhuǎn)。同時能夠剪裁三維模型圖像配準：提供圖像配準、點配準和STL配準功能圖像測量：點對點測量、輪廓線和灰度值測量、密度測量快速成型（RP）切片模塊、MedCAD模塊、仿真模塊、STL+模塊建模軟件-mimics27建模軟件-mimics28建模軟件-mimics29建模軟件-mimics30用Rapidform平滑31-用Rapidform平滑32用Rapidform平滑33用Rapidform平滑34其它建模方法35ADINA軟件36ADINA軟件是美國ADINA公司的產(chǎn)品，也是唯一的產(chǎn)品，是基于有限元技術的大型通用分析仿真平臺。公司的創(chuàng)始人以及軟件的領導者之一，是美國麻省理工學院的K.J.Bathe教授。整個Adina系統(tǒng)包含完整的前后處理器以及求解器，并且求解器的功能涵蓋從基本結(jié)構(gòu)分析到流固耦合分析，程序包含如下模塊：

ADINA-AUI(前后處理模塊)；ADINA-F(流體分析模塊)

ADINA（結(jié)構(gòu)分析模塊）；ADINA-FSI（流固耦合分析模塊）

ADINA-T（熱分析模塊）；ADINA-TMC（熱結(jié)構(gòu)耦合分析模塊）

ADINA-TRANSOR（與CAD系統(tǒng)的專用接口）如Pro/Eengineer,I-DEAS,AutoCAD/MDT,PATRANADINA軟件-用戶界面371.主菜單區(qū)2.模塊選擇區(qū)3.圖標工具條4.圖形區(qū)5.命令輸入窗口6.信息窗口7.鼠標跟隨說明123334567ADINA軟件-用戶界面38ADINA功能區(qū)ADINA子功能區(qū)結(jié)構(gòu)模塊CFD模塊溫度場模塊后處理模塊模塊區(qū)中定義分析的類型，是使用ADINA應首先設置好的一項，選擇適當?shù)姆治鲱愋秃?，ADINA部分菜單（主要是位于MODEL主菜單中選項）將隨之改變；在ADINA功能區(qū)中定義選擇適當?shù)姆治瞿K，然后在子功能區(qū)中選擇分析類型。如結(jié)構(gòu)分析模塊中的分析類型包括：分別為：靜態(tài)分析模態(tài)分析模態(tài)疊加瞬態(tài)分析模態(tài)應力計算振型參與因子計算瞬態(tài)動力分析線性屈曲分析非線性屈曲分析ADINA軟件-用戶界面3.圖標工具條General工具欄：包含基本的Windows操作和視圖功能；建模工具欄：包含所有的建模功能、材料和單元屬性定義；模型顯示工具欄：以線框、陰影、實體等不同方式顯示模型、模型節(jié)點、單元號等；后處理顯示工具欄：包括常用后處理功能，包括繪制云圖、矢量圖、切片顯示、動畫等；圖標工具條包括ADINA大部分（70％）常見的操作，按照其功能相關性，分為四組：ADINA軟件-用戶界面打開文件General工具欄新建文件存儲文件取消重做重畫清除圖形模型顯示模型顯示修改默認方式顯示圖形顯示荷載信息顯示約束信息查詢鍵拾取鍵動態(tài)縮放動態(tài)移動動態(tài)旋轉(zhuǎn)放大縮小網(wǎng)格縮放顯示圖片輸出高亮度顯示ADINA軟件-用戶界面生成點Modeling工具欄坐標系統(tǒng)生成線單元類型點網(wǎng)格劃分線網(wǎng)格劃分施加荷載掃掠成體Body刪除點生成面生成體Volume生成體Body刪除線刪除面刪除體Volume刪除體Body面網(wǎng)格劃分體Volume網(wǎng)格劃分邊網(wǎng)格劃分面Face網(wǎng)格劃分體Body網(wǎng)格劃分刪除網(wǎng)格約束邊界梁截面量距離求解旋轉(zhuǎn)成體Body切平面布爾運算Body修改器ADINA軟件-用戶界面消影顯示Display工具欄線框模型顯示顯示點號顯示接觸面陰影顯示顯示區(qū)顯示幾何模型Segment法向顯示約束方程顯示視圖存儲模型顯示方式存儲顯示點顯示線顯示面區(qū)顏色設定生成區(qū)當前區(qū)顯示線號顯示面號顯示體號顯示節(jié)點號節(jié)點標記顯示顯示單元號顯示材料軸視圖重置模型顯示方式重置ADINA軟件-用戶界面修改繪制云圖方式Results工具欄繪制云圖控制時間步清除云圖使用或設置云圖繪制方式荷載步動畫錄制動畫放映云圖光滑處理清除矢量圖顯示所有網(wǎng)格線切片顯示變形比例放大模態(tài)動畫錄制輸出AVI動畫文件快速云圖繪制矢量圖繪制矢量圖修改快速矢量圖繪制使用設置矢量圖繪制方式顯示輪廓線顯示組輪廓線不顯示網(wǎng)格線顯示變形后模型顯示原模型清除動畫ADINA軟件-用戶界面*.in命令流輸入文件*.idb數(shù)據(jù)庫文件*.por結(jié)果文件*.dat求解文件*.res重啟動文件*.ses工作記錄文件*.pdb后處理數(shù)據(jù)庫文件*.plo后處理命令流文件*.map結(jié)果映射－傳遞文件*.tem溫度結(jié)果文件－傳遞文件*.in命令流輸入文件*.idb數(shù)據(jù)庫文件讀入文件(File>Open)輸出文件(File>Saveas)

其它輸入文件*.x_tParasolid幾何模型文件*.igsIGES幾何文件*.nasNastran數(shù)據(jù)文件ADINA軟件-用戶界面菜單：

Files>文件接口和轉(zhuǎn)換讀入Nastran和IGES文件等外部文件；轉(zhuǎn)換成其他版本文件；文件列表；退出AUI；ADINA軟件-用戶界面ADINAUserInterfaceUsersGuideADINAUserInterfaceCommandReferenceManualVolumeIVolumeIIVolumeIIIVolumeIV（ADINA命令手冊，共四本。主要用于命令執(zhí)行AUI功能的參考，對多數(shù)用戶建議采用圖標和菜單方式進行AUI操作；）ADINAUserInterfacePrimer(帶相應的命令流輸入文件)（ADINA入門訓練手冊，包括共30個例題詳細StepbyStep步驟，是一本系統(tǒng)的ADINA學習手冊，適合任何初學者使用；）ADINA軟件-學習資料及用途TheoryandModelingGuideVolumeIVolumeIIVolumeIII（ADINA理論手冊，共三本，包括結(jié)構(gòu)、熱、流體領域ADINA所涉及到的求解理論，以及如何建立正確分析模型的指導和建議。熱/機械耦合、流/固耦合的理論分別包含在熱、流體理論手冊中。在流體手冊中還包括了ADINA求