ADINA第3章物理模型.ppt

第三章 物理模型定义,主要内容,1. 材料模式（ADINA、ADINA-T、ADINA-F ） 2. 单元类型（ADINA、ADINA-T、ADINA-F） 3. 定义几何属性 4. 定义边界与载荷条件,菜单：ModelMaterials 图标：,ADINA采用材料表（Material Table）方式管理模型中的材料定义，每种材料具有唯一的材料标号，将在单元组（Element Group）定义中引用；,材料模式,总体说明,说明： 1. 针对不同的模块，定义材料参数的菜单和图标是相同的； 2. 针对不同模块，材料的本构不同，需要的参数也不同； 3. 任何几何元素必须要有材料的定义才能够进行分析（离散单元除外）；几何体赋予何种材料特性的操作是由网格划分时指定的Element Group确定的； 4. 由Nastran等有限元数据接口读入的有限元模型中不同材料的单元都自动属于不同的Element Group；,材料模式,总体说明,ADINA结构模块的材料模式,材料模式,ADINA,线弹 非线弹 塑性 热本构 蠕变 橡胶/泡沫 粘弹 垫片材料 势流体 岩土 混凝土 多孔介质 用户定义 ,材料模式,ADINA结构材料总体说明,结构材料表,各向同性弹性： 弹性模量：Youngs Module 泊松比：Possions ratio 密度：Desity 热膨胀系数：Coef. Of thermal 说明： 1. 必须指定弹性模量和泊松比； 2. 当进行静力分析时，密度可以不输入；当进行动力分析时，必须指定密度； 3. 当进行线性热结构耦合分析时(通常仅在结构模块中施加已知的温度分布)，必须指定热膨胀系数； 4. 不必输入的数据用0替代； 5. 此材料适用于小应变分析中；,材料模式,ADINA-弹性材料Isotropic,正交各向异性材料： 弹性模量：包括a，b，c三个材料主轴方向模量 泊松比：包括ab，ac，bc三个泊松比 剪切模量：包括ab，ac，bc三个方向剪切模量 密度： 说明： 1. 当进行3D分析时，必须指定所有参数，除静力分析不必给定密度外； 2. 当进行2D分析时，要指定弹性模量泊松比以及ab向剪切模量共7个参数； 3. Wrinkling选项用于模拟丝织物的面内失稳起皱现象；,材料模式,ADINA-弹性材料Orthotropic,非线性弹性材料:,此非线性弹性材料通过输入应力应变关系曲线； 应力应变曲线可以在参数表中输入，也可以给定已经定义的曲线的标号； 另外一个参数是密度； 说明：用于TRASS单元，常用来模拟物理条件中非线性弹簧或Gap；,材料模式,ADINA-弹性材料Nonlinear,用于Gap模拟的材料曲线,用于非线性弹簧模拟的材料曲线,y,y,双线性塑性: 必须输入参数： 弹性模量； 泊松比； 屈服应力； 切线模量； 硬化方式（Transverse或Isotropic方式任选其一） 从 平面看，各向同性硬化方式，屈服圆位于中心，逐步扩大；随动硬化方式屈服圆大小保持不变，但中心位置发生移动。随动硬化这种特性导致受拉后反向加载屈服应力降低现象，称为包兴格效应。 以上参数可以确定双线性弹塑性材料曲线，如右图。,随动硬化方式反向加载,各向同性硬化方式反向加载,材料模式,ADINA-塑性材料双线性塑性Bilinear,ADINA-塑性材料双线性塑性Bilinear,材料输入实例,材料模式,其它参数： 密度：动力分析输入； 极限应变（Max. Allowable effective Strain）：考虑材料破坏时输入； 热膨胀系数：考虑热结构耦合线性分析中指定； 应变率强化参数b（Strain Hardening Parameter）：考虑应变率强化效应时输入，如右式中所示； 考虑应变率效应时，也可以通过输入不同应变率水平下的一组strain-stress曲线，由ADINA求解时自动计算b值；,应变率对当前屈服应力的影响,ADINA-塑性材料双线性塑性Bilinear,材料模式,多线性塑性材料(MultiLinear)：,与双线性塑性类似，只是在加载和卸载过程中呈现多线性特征；,y,y,随动硬化方式反向加载,各向同性硬化方式反向加载,说明： 1. 通过strain-stress曲线定义，不再具有确定切线模量的参数； 2. 应变率效应的算法同双线性模型。,ADINA-塑性材料多线性塑性Multilinear,材料模式,输入材料参数示例,说明：应力应变曲线一般存为TXT文件，需要时可以自动读入；,ADINA-塑性材料多线性塑性Multilinear,材料模式,正交各向异性塑性材料(Orthotropic)：,必须输入参数包括： 弹性模量（a,b,c） 泊松比(ab,ac,bc) 剪切模量(ab,ac,bc) 屈服应力（三个单拉a,b,c，三个纯剪切ab,ac,bc） Hill参数：1. 由初始屈服应力计算得到；或 2. 输入Lankford系数，即R0，R45，R90；或 3. 直接输入Hill方程的常数（共6个）； 硬化模量（Strain Harden Moduli）：三种方式任选其一,其中Strain Harden Moduli方式必须指定六个方向的硬化模量；,ADINA-塑性材料各向异性塑性Orthotropic,说明：此材料模式常用于模拟各向异性特征明显的板成形冷轧钢板或纤维增强复合材料板等；,材料模式,Mroz Bilinear(双线性塑性模型):,输入的参数要确定： 弹性模型； 泊松比； 切线模量1；Et 切线模量2；Etb 初始屈服应力；0y,ADINA-塑性材料 Mroz双线性材料,说明：加载卸载路径严格位于上下Bounding Line之间，卸载采用特殊规则。,材料模式,Gurson塑性模型: 说明： 1. Gurson是一种基于微尺度材料的描述，主要用来模拟韧性材料受载下的空穴集聚和断裂等材料研究； 2. 采用特殊的屈服函数，将材料中的空穴体积和压力作为变量；参考理论手册3.4.5； 3. 用于2D、3D实体单元；,ADINA-塑性材料 Mroz双线性材料,输入参数包括： 弹性模量； 泊松比； 屈服应力； 初始空穴体积分数；,材料模式,ADINA-塑性材料 Mroz双线性材料,Ilyushin双线性塑性模型： 说明： 1. 采用Ilyushin屈服准则和流动准则； 2. 其它特征与简单双线性模型相同；,Ilyushin屈服准则(为Ilyushin数),输入参数： 弹性模量； 泊松比； 屈服应力； Ilyushin数； 切线模量； 密度；,材料模式,非线性温度相关材料：,共分为三种类型，参考温度无关材料模式： 各向同性弹性材料 正交各向异性弹性材料 各向同性塑性材料,说明： 1. 几种材料类似，都采用输入不同温度下的结构性能确定其本构特性，如右图是一种弹塑性材料的输入数据； 2. 不同温度之间的结构特性由插值方法获得。,1300K,600K,293K,ADINA-温度相关材料Thermo,0,温度相关材料结构参数定义方式,材料模式,蠕变（Creep）材料： 说明： 1. 蠕变材料中应变最多可包括热应变、时间相关的塑性应变、时间相关的蠕变应变； 2. 提供四种方式计算蠕变应变：分别称为Law1Law3(主要用于金属材料)和Lubby2（主要用于岩土、混泥土长期蠕变）模型；见右侧模型； 3.可以选择应变硬化（Strain Hardening）和时间硬化（Time Hardening）两种方式；,ADINA-蠕变Creep材料,Law1，输入3参数：,Law2，输入7参数：,其中：,Law3，输入8参数：,其中：,材料模式,输入三参数的破坏模型,Lubby2，输入6参数：,其中：,说明(续): 4. 可以考虑蠕变破坏（Rapture），共有两个方式输入材料极限数据：曲线输入；另一种是输入三个材料参数，通过应力不变量定义的破坏模型，如下；,ADINA-蠕变Creep材料,材料模式,ADINA-蠕变Creep材料,三参数蠕变输入参数示例,材料模式,ADINA-蠕变变参数材料（Creep Variable）,蠕变变参数材料模型（Creep Variable） ： 说明： 1. 与前面的Creep模型类似，主要使用Law3和Lubby2蠕变应变算法； 2. 区别是Law3和Lubby2中所有参数（在Creep模型中为常数），可以随温度变化；,材料模式,高次Mooney Rivlin橡胶材料：,Mooney Rivlin橡胶的应变能函数,材料参数包括： C1C9 D1D2 体积模量,说明： 1. 当只输入C1时，方程为简单弹性； 2. 当只输入C1和C2时，方程为标准的两项MooneyRivlin方程； 3. D1D2通常在模拟生物肌体（Tissue）时采用；,ADINA橡胶/泡沫Mooney Rivlin,材料模式,高阶Ogden橡胶材料：,材料参数包括:,Ogden橡胶的应变能函数,19； 19； 体积模量；,ADINA橡胶/泡沫Ogden,材料模式,说明： 当只输入13， 13时，方程为标准的6参数Ogden应变能方程。,Arruda Boyce橡胶材料：,ADINA橡胶/泡沫Arruda Boyce,材料模式,Arruda Boyce橡胶的应变能函数,输入参数包括： 初始剪切模量； 材料常数m ；,Hyper foam泡沫材料：,ADINA橡胶/泡沫Hyper Foam,材料模式,材料参数： n ； n ； n ； N最大值为9；,说明： 1. 用于模拟高可压缩泡沫材料； 2. 由Ogden模型导出，考虑体积应变； 3. 变形能函数包含独立的剪切变形和体积变形项；,Hyper foam泡沫材料的应变能函数,以上材料方程中的常数可以直接输入，也可以由单轴拉伸、纯剪、等双轴拉伸试验数据自动拟合出来；可给出任何一个试验曲线或所有试验曲线。 输入试验的曲线数据可以是工程应变或伸长比与拉力的关系； 试验曲线拟合成应变能函数则提供很多算法； 可参考理论手册中3.8.5。, 试验曲线拟合,ADINA橡胶/泡沫几点说明,材料模式, 单元选择,各种橡胶材料基本为不可压缩材料（泊松比接近0.5），用户可选择使用u/p单元；, 粘弹效应（Viscoelastic）,1. 以时间变形表示橡胶材料的模量衰减，采用 Maxwell 松弛函数或 Kelvin 蠕变函数表示模量衰减特性； 2. 粘弹项分解为等体积（剪切）变形（ isochoric deformation ）和体积变形（ volumetric deformation ）两部分；,所有的橡胶/泡沫类材料都可以包含粘弹效应；即：,ADINA橡胶/泡沫几点说明,材料模式,曲线描述的岩土材料： 输入参数： 体积模量体积应变关系曲线； 剪切模量体积应变关系曲线；,ADINA岩土本构曲线描述的岩土材料,材料模式,可考虑In-Situ Gravity Pressure导致的失效。,莫尔库仑模型：,说明： 弹性理想塑性模型，不能考虑多数岩土具备的硬化特征； 屈服面为多边形；,输入参数： 弹性模量 泊松比 密度 摩擦角（Friction Angle） 粘结度（Cohesion） 膨胀角（Dilatation Angle）：可选，一般小于摩擦角。,ADINA岩土本构莫尔库仑模型,材料模式,0,DrukerPrager Cap 硬化岩土材料:,1,2,3,D-P模型(拉和压状态),MohrCoulomb模型,说明： 1. DP模型的屈服面在主应力空间内成锥形； 2. 垂直于PI平面看，DP屈服面为圆，(莫尔库仑屈服面为多边形) ； 3. 因此DP模型可以看作是莫尔库仑模型的拉压失效空间；,ADINA岩土本构D&P帽硬化模型,材料模式,DP模型屈服面示意,0,A,C,J1,Cut Off,屈服面,平面Cap,椭圆Cap,H,J1a（平面Cap）,J1a（椭圆Cap）,J2D,拉,弹性变形空间,硬化,两种Cap硬化示意,两种Cap硬化方式： 1. 平面硬化（Plan Hardening）； 2. 椭圆硬化（Eliptical Hardening）；,ADINA岩土本构D&P帽硬化模型,材料模式,材料参数输入示例,输入参数的物理意义示意,ADINA岩土本构D&P帽硬化模型,材料模式,剑桥模型 (Cam-Clay Pressure Dependent Plastic Model )：,说明： 1. 最好的模拟粘土的本构模型； 2. 包含弹性体积应变和静水压的非线性关系； 3. 考虑固结和超固结状态下的应变强化和软化； 4. 考虑破坏；,输入参数： 弹性模量 泊松比 初始屈服面计算方式:initial Stress Initial Stiffness,ADINA岩土本构剑桥模型,材料模式,混泥土（Concrete）： 非线性混泥土模型； 三轴失效可采用： 直接输入数据； Kupfer算法； Sandia算法；,ADINA混泥土,材料模式,多孔介质（Porous）： 菜单：ModelMaterialsPorous Media Property,说明：多孔介质属性为结构材料的附属属性，只有在定义Element Group中的Element Options中选择Porous Media时，才能定义某种结构材料的多孔介质属性；,ADINA多孔介质,材料模式,输入参数： X、Y、Z方向的渗透系数；,粘弹材料（Viscoelastic）：,ADINA粘弹材料,材料模式,输入参数主要为： 体积模量衰减曲线； 剪切模量衰减曲线；,ADINA垫片材料,材料模式,垫片材料(Gasket):,加载卸载路径,垫片材料主轴示意,说明： 包括两种垫片模型：full gasket 和简单垫片模型（simple gasket，简单垫片模型忽略了垫片面内所有变形；全垫片模型考虑面内的弹性变形； 受压产生非线性弹性单向塑性变形 (unidirectional plasticity), 并且有多种卸载路径； 垫片根据应力状态判断其工作状态: open, closed, sealed, leaked or crushed；,ADINA垫片材料,材料模式,主要输入参数： 厚度方向弹性模量； 面内弹性模量； 面内泊松比； 泄漏压力（Leakage Pressure）； 加载卸载曲线；,输入参数示例,ADINA其它结构材料本构,材料模式,Duncan & Chang(邓肯&张 E-B 模型)： 主要用于岩土分析中； 主要参数： C，K，n，Rf，Kb，m，Kur，nur,时间相关材料模式(Time Dependent Model): 非线性弹性、弹塑性材料，用户可定义所有参数随时间变化规律； 变化的参数可以为：E，（热膨胀系数），0中一个或多个；,ADINA还提供多种其它的材料模式，通过动态链接库方式提供特殊用户使用：,应变量度：,说明： 小变形分析可以使用工程应变或格林应变或对数应变； 大变形分析使用对数应变，对应真实应力量度； 橡胶/泡沫类材料通常使用Stretch作为应变量度；,ADINA应变量度说明,材料模式,ADINA中应变量度,ADINA-T 材料模式及参数,材料模式,ADINA-T,材料模式,ADINA-T 材料总体说明,ADINA-T 材料总体说明：,一. 根据物理现象，ADINA-T模块中的材料模式主要分为四类： 1. 热传导 热传导本构由热传导系数K和比热C确定； 2. 热对流 热对流本构由热对流系数h 及环境温度（或与环境温度之差）确定； 3. 热辐射 由热辐射系数和Stefan-Boltzmann常数确定； 4. 其它 Seepage材料（类比于热传导本构）,二. 所有热本构参数分为线性和非线性 线性的参数一般为常数，如常热传导系数，表示结构在不同的温度时具有相同的传热性能； 非线性的参数是变化的参数，主要随温度或时间变化；参数输入往往通过表格输入实现；,三. 所有热本构参数可分为各向同性和各向异性 各向同性参数与材料空间位置无关；各向异性参数首先定义材料方向（材料坐标系），不同方向需指定不同的参数；如各向异性热传导系数K（a，b，c）共三个；,材料模式,ADINA-T 材料总体说明,材料模式,ADINA-T 材料总体说明,ADINA-T材料表（其中的T表示温度变量、t表示时间变量）,热传导本构及输入参数： K Isotropic，C Constant：输入参数为K和C； K Orthotropic，C Constant：输入参数为K（a，b，c）和C； K（T），C Constant：输入参数为C，不同温度下的K值表； K（t），C Constant：输入参数为C，不同时刻K值表； K Isotropic，C（T）：输入参数为K，不同温度下的C值表； K Orthotropic，C（T）：输入参数为K（a，b，c）以及不同温度下的C值表； K（T），C（T）：输入参数为K，C值随温度变化表；,材料模式,ADINA-T热传导本构,材料参数示例（各向同性、热传导系数恒定、比热随温度变化）,热对流问题： Constant：输入热对流换热系数h； 随温度变化：输入h(T)； 随时间变化：输入h(t)； 凝结问题： h(t)和 (t)，瞬态热分析；,凝结问题输入参数示例,材料模式,ADINA-T热对流本构,热辐射本构：,Constant:输入常辐射系数e和stefan-Boltzmann常数； 温度相关系数：输入e（T）和stefan-Boltzmann常数；,材料模式,ADINA-T热辐射本构,Seepage本构： 输入参数为： 渗透系数； 比重； 说明： 渗流分析对模型在坐标系中的位置有严格要求，请参见ADINA-T理论手册中相关说明。,材料模式,ADINA-T渗流本构,渗流参数定义,ADINAF材料模式及参数,材料模式,ADINA-F,1. ADINA-F求解N-S方程以及质量方程、能量方程、本构方程； 2. 由于理论上根据不同流动状态对N-S方程以及质量方程、能量方程的处理不同，相应的本构方程也将随之变化；,3. 以流动状态划分，ADINA-F中区分的流动状态为: 完全不可压缩流（Incompressible） 微可压缩流（Slightly Compressible） 低速可压缩流（Low Speed Compressible） 高速可压缩流（High Speed Compressible）；,材料模式,ADINA-F 本构总体说明,总体说明：,3. 完全不可压缩流（Incompressible）、微可压缩流（Slightly Compressible）、低速可压缩流（Low Speed Compressible）三种流动中本构方程和参数非常类似；,4. 高速可压缩流（High Speed Compressible）主要用于空气动力学分析，其本构参数与以上几种流动状态有较大的区别；因此高速可压缩流本构参数单独介绍；,材料模式,ADINA-F 本构总体说明,ADINA-F 材料表,材料模式,ADINA-F不可压、微可压、低速可压常参数模型（Constant）,：密度 ：粘度 g：重力加速度 Cp：等压比热 Cv：等容比热 K：热传导系数 qB：内热生成功率 ：热膨胀系数 0 ：参考温度 ：表面张力 ：体积模量（缺省1E+20）,本构需要的所有参数包括：,说明： 1. 除体积模量的缺省值为1E+20外，其它参数缺省值为0； 2. 不可压缩流体，假设体积模量为无穷大；同时强迫CvCp；所以可不输入体积模量和等体积比热；同时如果是热无关问题，k、Cp、 qB 、0 也可以不考虑；即对热无关的不可压缩流体，输入的参数为、g、，如果不考虑重力影响和流体表面张力，只需输入、；（ g、 采用缺省值0；但对自由液面问题和VOF中的问题，通常应输入g；） 3. 对于微可压缩流体，需要指定体积模量用于计算压力对体积的改变一项，其它参数使用与不可压缩流体相同；,常参数本构（不随流动状态或时间发生变化）：,说明（续）： 4. 低速可压缩流体中，流体密度由温度、压力相关的状态方程计算，因此不需要体积模量和密度；其它所有参数必须输入；,ADINA-F不可压、微可压、低速可压常参数模型（Constant）,材料模式,时间相关(Time Dependent Model) 模型：,ADINA-F不可压、微可压、低速可压时间相关模型,材料模式,定义参数、 Cp、Cv、k、 qB 、 、 随时间变化，其它所有参数使用与常参数模型完全相同；,说明：这种材料常用在稳态（Steady-State）分析中，逐步控制参数值变化（如降低粘度系数到真实值），目的获得较快的收敛或更加合理的初始条件。,ADINA-F不可压、微可压、低速可压温度相关模型,材料模式,定义参数、 Cp、Cv、k、 qB 、 、 随温度变化，其它所有参数使用与常参数模型完全相同；,温度相关(Temperature Dependent Model) 模型：,时间温度相关材料参数示例,ADINA-F不可压、微可压、低速可压幂模型,材料模式,幂模型（Power Law）：,用幂方程表示粘度系数变化，如右侧方程所示； 需输入常数A、 0 、n ； 其它参数为常数，并且所有常数使用与常参数模型相同； 为非牛顿流体本构；,幂表示 的变化,幂模型参数示例,ADINA-F不可压、微可压、低速可压温度相关幂模型,材料模式,温度相关幂模型（Temperature Dependent Power-Law Model）：,含温度的幂方程表示 的变化,用含温度的幂方程表示粘度系数变化，如右侧方程所示； 需输入常数A、 0 、C、n ； 其它参数为常数，并且所有常数使用与常参数模型相同； 为非牛顿流体本构，只能用于热相关问题求解；,ADINA-F不可压、微可压、低速可压二阶模型,材料模式,二阶模型（Second Order Model）：,其中：,由温度相关幂模型变化而来，用含温度的幂方程表示粘度系数变化，如右侧方程所示； 需输入常数A、 0 、C、E、F、G、H ； 其它参数为常数，并且所有常数使用与常参数模型相同； 为非牛顿流体本构，只能用于热相关问题求解；,ADINA-F不可压、微可压、低速可压 Carreau模型,材料模式, 的变化方程,Carreau Model：,需输入常数A、 0 、n ； 其它参数为常数，并且所有常数使用与常参数模型相同； 为非牛顿流体本构；,ADINA-F不可压、微可压、低速可压大涡模型,材料模式,大涡（零阶）模型（Large Eddy）：,粘度和热传导系数是变化的，由右侧零阶方程确定其变化； 额外输入参数为方程中的kD、Pr两个常数； 其它所有参数使用与常参数方程相同；,、k零阶方程,ADINA-F不可压、微可压、低速可压湍流模型,材料模式,K-，K- 湍流模型：,湍流方程引进的常数必须输入，ADINA-F提供缺省值；,不可压缩湍流模型参数示例,ADINA-F高速可压缩流常参数模型,材料模式,常参数模型（Constant）：,：粘度 2 ：粘度比 Cp：等压比热 Cv：等容比热 K：热传导系数 qB：内热生成功率,本构需要的参数为：,说明： 1. 所有参数为常数； 2. 最简单、最常使用的模型；,常参数模型参数示例,.0001,、k幂指数方程,幂模型（Power Law Model）:,ADINA-F高速可压缩流幂/温度相关/压力相关/温度&压力相关模型,材料模式,引入粘度和热传导系数的幂指数方程表示其变化； 引入的常数需用户输入，共6个；,温度相关模型（Temperature Dependent Model）:,定义、 Cp、Cv、k、 qB随温度变化关系；,压力相关模型（Pressure Dependent Model）:,定义、 Cp、Cv、k、 qB随压力变化关系；,温度压力相关模型（ Temperature& Pressure Dependent Model）:,定义、 Cp、Cv、k、 qB随温度、压力变化关系；,ADINA-F高速可压缩流幂/温度相关/压力相关/温度&压力相关模型,材料模式,幂相关模型参数示例,ADINA-F高速可压缩流湍流模型,材料模式,K-湍流模型：,湍流方程引进的常数必须输入，ADINA-F提供缺省值；,ADINA-F多孔介质,材料模式,多孔介质材料（Porous）： 用于不可压缩、微可压、低速可压流体分析中； 与常参数模型相比，额外参数为： s：固体密度 Cps：固体等压比热 Ks：固体热传导系数 ：孔隙率 ：渗透率系数,多孔介质参数示例,ADINA-F多组份定义,材料模式,菜单：ModelMass TransferMass Transfer Materials,Constant：常数 Flow Direction Related：速度方向相关 Power Law：幂方程 User Supplied：用户自定义,用于定义各个组份的扩散系数，共有四种方式：,定义多组份材料,说明： 必须在ModelFlow Assumption中定义Mass Transfer分析及组份数目，才能定义组份材料； 定义的组份材料必须在MeshingElement Group中的Mass Transfer选项中激活才能参与计算；,定义单元类型（Element）,单元类型,总体说明： 1. ADINA单元的重要特点是单元算法与材料本构相互独立，因此选择单元的主要依据为模型的几何形态及其具备的功能，对用户来说单元使用简单明了； 2. 单元共分为12大类，如Truss，IsoBeam，Shell等，每一类都包括低阶或高阶单元，并可能有不同的算法； 3. 单元分为2D和3D单元，2D单元必须位于YZ平面内，如果是轴对称模型，则Z轴为对称轴，且位于Y平面；,总体说明,单元类型,4. 单元组是单元类型的定义，对几何元素划分单元时必须指定一个单元组，划分的单元除具有相同的单元类型外，还具有其它相同的单元组规定的特性，如： 材料特性 几何非线性 单元积分点个数 节点自由度 结果输出控制 以及不同单元的独特性质；,5. 单元组定义菜单：MeshingElement Group 图标：,总体说明（续）：,总体说明,单元类型,ADINA结构单元,ADINA,单元类型,说明： 1. Truss单元坐标系为r，从节点1指向节点2，因此不需要辅助节点； 2. 不能受轴向力以外的载荷，不需要定义截面形状，但必须在ModelGeometry Attribute或MeshingElement Data中输入横截面积。如果有初始应变，也在此输入；（一般为求解方便，可输入接近零的初始应变值。） 3. 适用于小位移或大位移问题； 4. 2-node单元通常可以用于模拟桁架结构、索结构、线性弹簧、非线性间隙单元； 5. 3-或4-node高级单元用于模拟索、钢筋混凝土结构中的钢筋，即Rebar。,ADINA杆单元或桁架单元（Truss）,单元类型,A,G,B,C,E,D,I,F,H,A:材料标号 B:几何非线性定义 选项包括：Default，Large， Small。选择Default时，此单元组单元算法采用ControlAnalysis AssumptionKenamaticDisplacement中定义； 当选择Large时，采用几何非线性算法；当选择Small时，采用小变形小应变算法； C:单元节点 14个（1个节点是2D轴对称分析中的单自由度环Ring。通常是24个节点。）,ADINA杆单元或桁架单元（Truss）,单元类型,D:计算质量特性 选择Yes可计算单元组所有单元的质量和质心坐标；选择Default则是否计算确决于ControlMiscellaneous Options中的相应定义； 如果计算质量，在后处理中可以给出关于质量的一些信息； E:初始应变输入 None Nodal Strain Only Element Strain Only Nodal/Element Strains,ADINA杆单元或桁架单元（Truss）,单元类型,A,G,B,C,E,D,I,F,H,说明：有初始应变时一般采用Element Strain选项；,F:用于模拟间隙单元，参见理论手册3.3； G:如果选择Use as Rebars，则必须在Rebar Lable中定义组成加强筋的所有线，Rebar单元将2D或3D混泥土实体单元时自动生成； H:蠕变分析 当考虑模型经历一段时间蠕变变形后再受其它载荷的分析中使用，要输入蠕变发生的时间； I:单元类型 可以是3D单元，此时节点数为24；如果是轴对称模型，其节点数为1，即Ring单元；,ADINA杆单元或桁架单元（Truss）,单元类型,A,G,B,C,E,D,I,F,H,说明：在其它单元的类型中，关于 B:几何非线性 D:质量特性 E:初始应变 H:蠕变时间 几项的定义与Truss相同，因此不再重复解释。,ADINA杆单元或桁架单元（Truss）,单元类型,A,G,B,C,E,D,I,F,H,说明： 1. 2-D实体单元适用于小位移/小应变、大位移/大应变、大位移/小应变,即适合各种几何非线性分析； 2. 轴对称单元模拟整体结构的单位弧度段，因此，轴对称分析中的集中荷载也必须是分配在该弧度段结构的大小； 3. 一般9-节点单元求解效率最高，但是使用显式动力算法分析应力波传播时推荐使用4-节点单元； 4. u/p混合单元算法（位移压力单元方程） 应用于近不可压缩材料（橡胶材料）以及弹塑性材料分析中可能出现剪切锁定和体积锁定的情况，应使用9-节点单元或4-节点单元. 注意：当选择了橡胶材料时，AUI自动选择混合内插公式，而对于弹塑性材料，用户需要自己选择 mixed interpolation formulation； 5. 当弯曲效应显著时，最好采用多点积分单元，不要使用3-node 三角形单元。,ADINA 2D单元（2D-Solid）,单元类型,A,I,D,G,E,F,H,N,J,C,B,K,L,M,A:单元子类型 包括： 轴对称，平面应力，平面应变 ，3-D平面应力，通用平面应变； 3-D平面应力一般用于从2D网格通过Sweep或Revolution方式生成3D网格时的初始网格； B:单元选项 选项包括： Porous Media(多孔介质) User-Coded（用户定义） Simple gasket（简单垫片材料） General Gasket（通用垫片材料） 只有当模型中有单元选项设置为多孔介质时，才能在ModelMaterialsPorous Property中设置其参数； C:3D Plane Strain单元的参考点 可以是Point或Node；,ADINA 2D单元（2D-Solid）,单元类型,D:几何非线性 见Truss单元的解释； E:插值算法 Default，Displacement，Mixed，Set Pressure Explicit 如果采用Default，则当定义橡胶材料时，自动设置为Mixed（U/P混合插值算法） ，否则为Displacement算法；当塑性分析中存在体积锁定和剪切锁定时，用户需要指定其为Mixed算法； Set Pressure Explicit是Mixed一种简化形式，对压力自由度显式求解，计算更快； F:单元结果形式 Stress/strain，Nodal Force 一般以应力/应变方式输出结果，特别问题中需要单元节点力输出计算结果；,ADINA 2D单元（2D-Solid）,单元类型,A,I,D,G,E,F,H,N,J,C,B,K,L,M,G:破坏准则 为ADINA已有的准则或用户自定义形式； H:非协调单元 是否存在非协调单元； I：应力结果参考系 应力结果最初在单元坐标系获得，可以映射到总体坐标系或材料坐标系下，两者通过坐标转换是对应的。一般各向异性材料应力结果才需要转换到材料坐标系； K:开关：退化单元是否采用空间各向同性算法； L:开关，是否计算应变能； M:开关,是否使用用户自定义准则； J:塑性功转化成热的系数，一般为0.951； N:用户自定义断裂准则 输入所需矩阵；,ADINA 2D单元（2D-Solid）,单元类型,A,I,D,G,E,F,H,N,J,C,B,K,L,M,说明： 1. 具有常截面的二节点的哈密顿梁； 2. 网格划分需要指定辅助节点确定R、S、T坐标系； 3. 结构性能通过输入梁截面和材料来描述或弯矩曲率输入曲线描述； 4. 可定义端点释放和刚性端； 5. 适用于小位移、大位移、小应变分析中； 6. 所有截面类型均适用于弹性梁单元，但是只有矩形截面、圆截面梁可以用于非线性弹塑性梁；,ADINA梁单元(Beam),单元类型,A,B,C,D,E,A:积分点个数 R、S、T为梁单元坐标系，一般采用缺省设置； B:刚度选项 两种方式：1.通过材料和梁界面特性计算其刚度，此时要输入材料标号并在ModelGeometry Attribute中定义Cross Section,之后指定给相应的几何元素； 2.使用非线性弯矩曲率梁算法，此时要在ModelMaterialsBeam Rigidity中定义弯矩曲率梁的性能曲线；,ADINA梁单元(Beam),单元类型,C:刚性端 一般选择Defined by Lenggth with Infinite Stiffness方式； 刚性端一般定义在梁和梁的相连接位置，相邻两个单元共用一个节点，必须对两个单元在共用节点处指定刚性端属性。可在MeshingElement Data中指定； D:单元选项 Bolt和Tied两个选项； Bolt为预紧螺栓，通过在Element Data或Geometry Attribute输入预紧力大小； E:螺栓预紧力计算公差 采用缺省值；,A,B,C,D,E,ADINA梁单元(Beam),单元类型,说明： 1. Isobeam单元只能定义矩形截面梁； 2. 适用于小位移、大位移、小应变； 3. 网格划分需要指定辅助节点确定R、S、T坐标系； 4. 在线性分析中，哈密顿梁的刚度矩阵为闭式的，而isobeam采用数值积分的方法计算，因此在直线梁的线性分析，2-node哈密顿梁单元比2-node isobeam单元更有效； 5. Isobeam单元主要用于模拟曲线梁、壳的刚性支撑、大变形的梁、轴对称荷载作用下的轴对称壳 ；,ADINA等参梁单元(IsoBeam),单元类型,A,A:单元子类型 选项包括： General 3D（3D 空间梁） Plane Stress（平面应力） Plane Strain（平面应变） Axisymetry Shell（轴对称）,ADINA等参梁单元(IsoBeam),单元类型,说明： 1. 壳单元适用于小位移/小应变，大位移/小应变，大位移/大应变问题. 但是只有双线性塑性、多线性塑性、各交异性塑性材料模型可以考虑大位移/大应变； 2. 分析壳最有效的单元为4-node壳单元，即MITC4 shell，具有做好的算法和精度； 3. 可以用于分析薄壳、厚壳、多层壳（通常是复合材料）结构；,ADINA壳单元（Shell）,单元类型,A,B,C,D,A:选择积分算法和积分点 一般为缺省设置。当进行大应变分析时，如汽车碰撞和板成形模拟中，厚度t方向的积分点个数为35个； B:层数 可分层，并且在MeshingElementElement Layer中给每层定义不同的材料性质多层材料如仿弹玻璃等；或给每层定义增强纤维的体积分数等如纤维增强复合材料。详见Meshing中单元管理一节内容； C:单元失效准则 定义其各种失效形式，包括复合材料失效的Tsai-Hill,Tsai-Wu,Tsai-Hashin等；详见理论手册2.7； D:开关，是否计算中性面上的等效力和力矩；,ADINA壳单元（Shell）,单元类型,说明： 1. 管单元用于2-或4-node 管梁单元(横截面没有椭圆化、扭曲)，或4-node管壳单元(允许截面椭圆化、扭曲)； 2. 在Geometry Attribute中一定要定义的Pipe类型； 3. 管单元可以用于模拟具有一般边界、荷载条件(包括管内压、温度载荷)的管网问题分析； 4. 当直线管或厚壁管的椭圆化效应不显著时，应采用2-或4-节点管梁单元，这种情况下，可以进行考虑大位移/小应变的线性或非线性分析； 5. 当椭圆化效应重要时，应采用4-node管壳单元，这种情况下，可以进行考虑小位移/小应变的线性、非线性分析；,ADINA管单元（Pipe）,单元类型,A,B,C,D,A:模型是否存在椭圆化或翘曲 B:是否计算内径与横截面积 C:离散精度 采用缺省值； D:单元选项 如果选择Bolt，则可在管单元上施加预紧力；,ADINA管单元（Pipe）,单元类型,A,B,C,D,A:定义弹簧刚度、质量、阻尼特性详见ModelMaterials Spring property set说明； B:开关，指定为非线性弹簧特性； C:开关，弹簧性质定义在局部坐标系下；（线性弹簧有效） D:单元选项 如果选择Tied，则在两个节点（一般属于壳单元）之间建立联接关系；,说明：定义弹簧单元在Meshing Elements Spring中输入点/节点、自由度等参数；弹簧单元可以连接两个节点或连接一个节点与地面（用0表示）；,ADINA弹簧、阻尼单元,单元类型,说明： 1. 通用单元为线性单元，单元可以根据需要具有任意多个节点； 2. 通用单元用于定义特殊单元，提供用户极大的自由度输入符合用户需要的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵； 3. 用户可以直接输入通用单元的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵；,A,B,C,D,A:定义所需矩阵， 包括刚度、质量、阻尼、用户自定义矩阵，详见定义单元矩阵； B:坐标转换开关 C:计算单元结果 一般是节点力； D:单元刚度 输入刚度矩阵，或用户子程序；,ADINA通用单元（General Element）,单元类型,说明： 1. 势流体单元节点的自由度数目跟其具体采用的算法相关，如常见 displacement-based fluid elements 基于位移的流体 potential-based fluid elements 基于势的势流体算法 2. 通常采用potential-based element； 3. 3D 势流体单元同此，略；,A,B,A:选择算法 B:一般为Element Pressure/Velocities,ADINA2D势流体单元,单元类型,ADINA-T单元类型,单元类型,ADINA-T,ADINAT中的单元类型包括： 1-D (一维热传导、对流、辐射) 2-D Conduct（二维热传导） 3-D Conduct （三维热传导） Shell Conduct（板壳热传导） Boundary Convection（对流单元） Boundary Radiation（辐射单元）,单元类型,ADINA-T单元类型,说明：对流或辐射单元属于边界单元；对2D问题，为线单元；三维问题，为面单元；对一维问题，为点单元。,A:单元子类型 轴对称问题 平面问题 B:热传导材料标号 C:积分点个数 D:退化单元是否处理为空间各向同性的功能开关,A,B,C,D,单元类型,ADINA-T2D热传导单元,单元类型,ADINA-T3D热传导/Shell热传导,略；,B,C,A,A:单元子类型 Node(1D) 此时只能用/Model/Nodal Convection或Nodal Radiation定义点单元； Planar（2D） Axismetry（2D） Surface（3D） B:对流材料标号 C:参考面位置,单元类型,ADINA-T边界对流/辐射单元（Boundary Convection/Radiation）,ADINA-F单元类型,单元类型,ADINA-F,ADINAF中的单元类型包括： 2-D Fluid（二维流体单元） 3-D Fluid （三维流体流体）,单元类型,ADINA-F单元类型,B,A,C,D,E,A:单元选项 包括： Solid：固体单元，不流动，常常出现在共轭传热分析中； Phase Change：气液相变介质； B:流场类型 不可用；流场类型在分析类型中指定； C:离散格式 共三个选项，分别为Default，Finite Volume，Finite Element； D:传质 定义单元组中可能流入的各组份材料标号；在高速可压缩流中不可用； E:开关，能量方程中是否包括扩散项；,单元类型,ADINA-F 2D/3D流体单元,定义几何模型的物理属性,几何属性,总体说明,几何属性,说明： 1. 所有功能在ModelGeometry Attribute菜单下； 2. 功能主要是： 定义单元生死特性(几何Line/Edge/Surface/Face/Volume/Body上)； 定义梁单元截面特性（在几何Line/Edge上）； 定义杆单元的截面积、初始应变（或轴力）（在几何Line/Edge上）； 定义复合材料或各向异性材料的材料坐标系(几何Surface/Face/Volume/Body上)； 定义Beam单元的刚性端、铰接端点（在几何Line/Edge上）； 定义质量单元或阻尼单元(几何Line/Edge/Surface/Face上) ； 3. 所有功能可以用单元表MeshingElement Data对单元定义；在何处定义，由用户取决于方便性；,4. 严格区分ADINA Native（Simple）几何实体和Parasolid（B-Rep.）实体； 5. 按照几何实体将划分的单元物理意义行载荷定义； 6. ADINA-T的几何属性定义请参考ADINA-结构模块的说明