基于ADINA的有限元應(yīng)用探討

摘要在普及CAD技術(shù)的今天，從普通的工程機(jī)械到航天飛機(jī)，幾乎所有的設(shè)計(jì)制造都離不開有限元分析技術(shù)，而ADINA作為現(xiàn)在著名的有限元分析軟件，歷經(jīng)三十多年的不斷改進(jìn)與發(fā)展，得到了用戶的認(rèn)可，并在許多工程領(lǐng)域建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。ADINA領(lǐng)先的計(jì)算理論、強(qiáng)大的分析功能，使其在眾多的有限元工程分析軟件中占有一席之地。這里以ADINA軟件應(yīng)用舉例，對(duì)有限元應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 CAD技術(shù) 有限元分析 ADINA軟件應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application of Finite Element Based on ADINA

ZHU Yu

(Meiling Chemical Factory， Zunyi， Guizhou 563000)

AbstractToday， the popularity of CAD technology， from ordinary mechanical engineering to the space shuttle， almost all design and manufacture can not be separated with finite element analysis techniques. ADINA， as the famous finite element analysis software， after thirty years' continuous improvement and development， has been recognized by the user， and have played an important role in many engineering fields. The leading computational theory and powerful analytical functions make ADINA have a place in many of the finite element analysis software. This paper takes ADINA software as an example， discusses the application of finite element.

Key wordsCAD technology; finite element analysis; ADINA software application

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們正在不斷建造更大功率的發(fā)電機(jī)組和更為精密的機(jī)械設(shè)備。這一切都要求工程師在設(shè)計(jì)階段就能精確地預(yù)測(cè)出產(chǎn)品和工程的技術(shù)性能，需要對(duì)結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力強(qiáng)度以及溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、電磁場(chǎng)和滲流等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。這些都可歸結(jié)為求解物理問題的控制偏微分方程式，這些問題的解析計(jì)算往往是不現(xiàn)實(shí)的。近年來(lái)在計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來(lái)的有限元分析（ADINA，F(xiàn)inite Element Analysis）方法則為解決這些復(fù)雜的工程分析計(jì)算問題提供了有效的途徑。

1 ADINA發(fā)展概況

ADINA是著名的有限元分析軟件，其領(lǐng)先的計(jì)算理論、強(qiáng)大而廣泛的分析功能，使ADINA成為有限元工程分析軟件中的精品。目前ADINA廣泛應(yīng)用在各個(gè)工程領(lǐng)域，如巖土與地下工程、道橋工程、水利水電工程、建筑工程、采礦工程、地質(zhì)災(zāi)害防治等，在眾多的國(guó)內(nèi)外工程項(xiàng)目應(yīng)用中，其模擬實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力以及結(jié)果準(zhǔn)確性獲得工程技術(shù)人員的廣泛認(rèn)可和推崇。

2 ADINA學(xué)習(xí)過程中常見問題探討

在使用ADINA時(shí)遇到下面這個(gè)警告，“*** WARNING *** CP= 16348.630。 Small equation solver pivot term= 3.698915243E-04 encountered at UY DOF of node 108112. Check for an insufficiently constrained model.”這說的是：Check for an insufficiently constrained model！——檢查你的模型，這個(gè)模型的約束不夠。并且這段英語(yǔ)還指出是108112號(hào)節(jié)點(diǎn)y方向的自由度約束不夠。

另外Adina的前處理功能不是很強(qiáng)。在做二維圖的時(shí)候通常是在AutoCAD里畫圖，通過DXF導(dǎo)入Hypermesh，然后通過IGES 導(dǎo)入Adina。其具體操作是：把AutoCAD的模型存成R14以前版本的dxf格式的文件（假定文件名為model.dxf），然后在同一目錄中增加一個(gè)名為loaddxf.in的文本文件，其中可以只寫一條命令：LOADDXF model.dxf，然后保存并關(guān)閉文件。再打開ADINA，導(dǎo)入loaddxf.in這個(gè)命令流文件就應(yīng)該可以了。

在對(duì)模型進(jìn)行多次復(fù)制、旋轉(zhuǎn)和比例縮放等操作后，模型變得混亂了。這是因?yàn)樵诤竺娴腡ransformation操作中，在需要定義新的Transformation時(shí)沒有定義新的Transformation，而是修改了前面已經(jīng)定義并使用的Transformation，這樣就會(huì)打亂前面的操作。

3 ADINA技術(shù)工程應(yīng)用實(shí)例

如：分析兩塊無(wú)摩擦板間受壓的O-形橡膠密封圈的接觸問題，如圖1。求：（1）橡膠材料的應(yīng)力——應(yīng)變數(shù)據(jù) ；（2）剛性位移；（3）應(yīng)力列表顯示。

圖1 結(jié)構(gòu)受力圖

3.1 定義模型主控?cái)?shù)據(jù)

（1）定義標(biāo)題： 敲入標(biāo)題“exe04: Rubber O-ring pressed between two frictionless plates” →and click OK。

（2）主控自由度和自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)。在右邊分析類型菜單中Click 按鈕→選Automatic Time-Stepping按鈕選項(xiàng)→ click OK。

（3）定義平衡迭代誤差、時(shí)間函數(shù)、時(shí)間步長(zhǎng)。

3.2 建立力學(xué)模型

（1）建立模型幾何點(diǎn)。選Define Points圖標(biāo)→敲入坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)→and click OK。

（2）建立幾何線。選Define Lines圖標(biāo)→敲入線段→and click OK（如圖2所示）。

（3）建立幾何面。選Define Surfaces圖標(biāo)→按表4定義幾何面→click OK（如圖2所示）。

（4）施加邊界條件、約束方程和定義載荷。選Apply Load 圖標(biāo)→設(shè)置Load Type為 Displacement→選右邊載荷區(qū)的Define按 鈕→add displacement 1→在 Prescribed Values of Translation中設(shè)置 Z為 -1.0→click OK。確保“Apply to” 設(shè)置為Point→在表的第一行設(shè)置Site # 為6→ click OK（如圖3所示）。

圖2 幾何模型圖3力學(xué)模型

3.3 定義材料特性

（1）選Model→Materials→Stress-Strain Curve →add stress-strain curve number 1 →敲入應(yīng)力－應(yīng)變數(shù)據(jù)→click OK。

（2）選Model→Materials→Rubber→Hyperelastic→add hyperelastic material 1→設(shè)置Simple Tension Curve為 1 → click OK（如圖4所示）。

3.4 定義單元和單元?jiǎng)澐?/p>

（1）選Meshing→Mesh Density→Point Size→設(shè)置1-5點(diǎn)的尺寸→click OK。

（2）選Meshing→Element Groups→add 單元組1，設(shè)置單元類型為 2-D Solid →確保Sub-Type為 Axisymmetric→and click OK 。

（3）選Mesh Surface圖標(biāo)確保Number of Nodes per Element為 9→在頭四行分別敲入面 積編號(hào)1， 2， 3， 4→click OK（如圖5所示）。

（4）定義接觸面：①接觸面：用3個(gè)接觸面，接觸面1為整個(gè)O性圈外表面，接觸面2、3分別為上下平 板面。②接觸對(duì)：設(shè)置接觸對(duì)contact pair 2→設(shè)置目標(biāo)面Target Surface為3→設(shè)置接 觸面Contactor Surface為1→確保圖6 橡膠網(wǎng)格接觸模型 Coefficient of Friction 為0.0 →click OK(如圖6所示)。

（5）在O形圈內(nèi)定義一個(gè)軟彈簧單元(消除O形圈的剛性位移)。

3.5 求解和后處理

（1）保存數(shù)據(jù)和運(yùn)行ADINA。

（2）后處理ADINA-PLOT：①獲取模型信息：選List→info→Model→在窗口中顯示模型信息：節(jié)點(diǎn)數(shù)633，單元組數(shù)2和接觸單元1個(gè)；單元組1有152個(gè)對(duì)稱單元；單元組2有1個(gè)彈簧單元。②獲得同時(shí)有載荷和接觸力的變形網(wǎng)格圖（如圖7所示）；③顯示壓力等值線和應(yīng)力矢量圖：顯示最大主應(yīng)力等值線：選 Clear圖標(biāo)→ Mesh Plot圖標(biāo)→Band Plot圖標(biāo)→選變 量Stress:SIGMA-P1 →cick OK。顯示應(yīng)力矢量：選Mesh Plot 圖標(biāo)(在屏幕中調(diào)整圖形網(wǎng) 格顯示大小) →選 QuickVector Plot圖標(biāo)（如圖8所示）

圖7橡膠接觸壓力

圖8最大主應(yīng)力等值線和應(yīng)力矢量

④結(jié)果列表顯示：選List→Value→List_Zone→設(shè)置變量1為Stress:SIGMA-P1→設(shè)置變量2為SIGMA-P2設(shè)置變量3為SIGMA-P3→click Apply，在顯示框中可以察看結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

有限元技術(shù)對(duì)許多工科的人而言，其必要性和重要性是不言而喻的。利用有限元技術(shù)可幫助用戶解決了成千上萬(wàn)個(gè)工程實(shí)際問題，同時(shí)也為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

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