ADINA有限元软件简介

1、ADINA功能简单说明 # 1、ADINA的发展历史2ADINA功能1ADINA用户界面、前后处理功能2.2ADINA计算分析功能ADINA功能简单说明ADINA功能简单说明 ADINA功能说明1、ADINA的发展历史ADIN出现于1975年，在K.J.Bat博士的带领下，其研究小组共同开发出ADINA有限元分析软件。到84年以前，ADINA是全球最流行的有限元分析程序，一方面由于其强大的功能，被工程界、科学研究、教育等众多用户广泛应用；另外其源代码是PublicDomainCode，后来出现的很多知名有限元程序都来源于ADINA的基础代码。1986年，K.J.Batle士在美国马萨诸塞州Wa

2、tertown成立ADINAR&D司，开始其商业化发展的历程。实际上，到ADINA84版本时已经具备基本功能框架，ADINA公司成立的目标是使其产品ADINA这大型商业有限元求解软件，专注求解结构非线性、流体、流体与结构耦合、热、热机耦合等复杂问题，并力求程序的求解能力、可靠性、求解效率全球领先。一直以来，ADINA在计算理论和求解问题的广泛性方面处于全球领先的地位，尤其针对结构非线性、流体、流/固耦合、热、热机耦合等复杂工程问题开发出强大功能。经过近20年的商业化开发，ADINA已经成为近年来发展最快的有限元软件，被广泛应用于各个行业的工程仿真分析，包括汽车、机械制造、电子电器、材料加工、船

3、舶、航空航天、国防军工、铁道、石化、能源、土木建筑等各个领域。2、ADINA功能ADINA是一个可以求解多物理场问题的有限元系统，由多个模块组成。包括：前后处理模块(ADINA-AUI)、结构分析模块(ADINA-Structures)、流体分析模块(ADINA-CFD)、热分析模块(ADINA-Thermal)、流固耦合分析模块(ADINA-FSI)、热机耦合分析模块(ADINA-TMC)以及建模模块(ADINA-M)和与其它程序的接口模块(ADINA-Transor)。2.1ADINA用户界面、前后处理功能ADINA是一个全集成系统，所有分析模块使用统一的前后处理ADINA-AUI，易学易

4、用，友好的交互式图形界面实现所有建模和后处理功能。ADINA-AUI的主要特点包括：D内嵌ADINA-M建模模块，这个模块采用的是Parasolid建模技术。这种Parasolid技术是著名的EDS公司开发的，此技术首先是作为通用大型三维CAD软件UG的内核技术被采用，现在已经广泛的被很多公司的三维CAD产品接受作为自己的内核技术。ADINA采用CAD软件的内核技术作为自己的CAD建模技术有两方面的好处：1、自身建立几何模型的功能强大；2、如果采用CAD软件建立几何模型，其所建立的模型可以无障碍的进入ADINA,而不会有模型缺失的问题。当然现在还有一些三维CAD软件不是Parasolid内核的

5、，但是大多也都支持Parasolid格式模型的输出。D物理性能、载荷和边界条件可直接赋予到模型的几何特征，因此修改单元网格不会影响模型载荷和边界条件的定义，用户可以反复调整网格。DADINA提供多种网格划分器，具有强大的网格划分功能。除常见网格划分外，对复杂模型可进行自动六面体网格划分，同时也具有自适应网格重划分功能。DADINA-AUI提供了与多种CAD软件的数据接口。而且可以读入并写出Nastran格式的有限元模型数据，因此很多可以输出Nastran格式有限元模型的前处理程序都可以作为ADINA的前处理使用。DADINA-AUI提供了撤销Undo和重做Redo的功能，并且Undo/Redo

6、的次数可由用户定义D后处理支持各种结果变量可视化处理方法。如网格变形图、线、面、消隐、彩色云图、等值线图、矢量图等；旋转、平移、缩放、抓图和生成动画等操作通用简便；D各种变量曲线图绘制、流场粒子、切片显示等技术；D可将多种结果用一幅图形表示（如使用一副图形同时表示流体速度与结构应力）；D从输出变量中定义导出变量；DADINA可以方便的生成应力、温度、变形等计算结果的动画显示、切片动画；D方便的绘制出模型的任意点任一计算结果参量随时间或其他参量的变化曲线，例如应力一应变曲线、位移时间曲线、应力时间曲线等等；2.2ADINA计算分析功能ADINA由于其可靠性、高效性、精确性通过了广泛的验证、项目审

7、查和大量工程检验问题的严格测试，在各个行业中得到广泛应用并且取得很高的声誉。ADINA-trctre模块分析功能：D静力分析：分析各种结构在一定边界条件和载荷作用下内力、应力、变形等分布情况问题。ADINA是目前世界上非线性功能最有效、可靠的分析软件之一，在静力分析中能够有效地考虑各种非线性效应，几何非线性、材料非线性、状态非线性等。动力分析：包括隐式瞬态动力分析、显式瞬态动力分析、模态分析、谐波响应分析、响应谱分析、随机振动分析。ADINA的模态分析功能不仅可以分析单个构件的模态，还可以分析装配体的模态，整个装配体中可以包括接触、螺栓单元等非线性因素。结构屈曲分析：屈曲分析用于确定结构局部或

8、整体失稳时极限荷载，结构在特定荷载下的失稳模态和失稳过程。ADINA中屈曲分析分为线性屈曲和非线性屈曲。ADINA的LDC（Load-DisplacementContrOl算法通过反复增减荷载并同时控制结构位移，寻找结构失稳的临界荷载，能够反映结构的实际受力和变形状态。分析。0提供包括牛顿流体和非牛顿流体等多种流体材料模式。流体本构（Neton和Non-Neton）：常参数模型ADINA功能简单说明ADINA功能简单说明 时间相关参数模型幂律参数模型Carreau参数模型温度相关参数模型温度相关幂律参数模型速度相关参数模型压力相关参数模型压力温度相关参数模型二次参数模型大涡参数模型(零阶模型)

9、用户自定义材料本构D可计算层流或湍流问题，提供了多种湍流模型，并且提供大涡模型。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采用控制体积、有限元等算法求解Navier-Strokes或Euler方程，并提供了极为丰富的边界条件描述，可计算非常复杂的流体问题。常用流体边界条件：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热相关边界条件：ConcentratedheatflowloadDistributedheatfluxloadHeatandmassconvectionsRadiationSpecularradiation流体界(壁)面相关边界条件：Fluid-structureinterfaceFreesurfaceFluid-fluidinterf

12、acePhase-changeInterfaceGapControlUsersuppliedBoundaryConditionsAU可计算共轭传热问题、传质问题、两相流问题（VOF算法）。流动问题中经常伴随有传热，象排气管的传热问题等。当需要考虑传热时涉及到两个场：流场和温度场。此时是一个耦合问题，不再是一个单一场的问题，需要进行耦合求解。ADINA-F可以方便的用来求解流动/传热的耦合问题。当用ADINA来求解此类问题时，只需在单元特性选项中将结构部分的单元选为solid即可，结构与流体之间的传热特性由程序自动计算。下面是一个简单的2D流动传热问题，容器两侧的温度不同，导致容器内的流体由于温

13、度不均匀而流动并且进行热量传递。VELOCITYHE1.0000.08?5Q.n&75提供于流体流动条件的流体FCBI(Flow-Condition-Based-Interpolation)算法基于流体流动条件的流体FCBI（Flow算法是一种新理论。目前大多数-0,0075的CFD软件所采用的方法类似于ADINA的FCBI-C单元算法，是一种半隐式的算法。这种方法的优势在于计算速度快，占用内存少，容易收敛。它实际上是一种迭代的方法，即迭代求解速度场和压力场。ADINA还另外发展了一种纯隐式的解法FCBI,这是ADINA特有的方法。这种方法是纯隐式解法，其特点是建立与结构模型相同的一致刚度矩阵

14、，因此也只有采用这种方法才能实现强流固耦合一一直接耦合。FCBI提供了更高的求解稳定性和精度，只是占用资源太多，现在商业计算系统中只有ADINA中加入了这种算法，随着硬件设备的发展，最终会是计算流体软件的发展方向。绕圆柱体的流场分析（FCBIC模块分析功能:ADINA求解由传导、对流、辐射引起的传热问题；可进行稳态及瞬态温度场分析；材料属性可随时间变化可考虑透明介质内部的辐射；可计算相变；有单元死活功能及相应的边界条件变化。AD1NAADINA模块分析功能:15.00-36.00-2F.0Q1-16L00L可进行温度应力分析;专化为热分析可进行摩擦生热分析;摩擦生热、接触传热ADINA-FSI

15、模块分析功能：流固耦合算法：流固耦合求解是ADINA的绝对优势所在。ADINA-FSI（FluidStructureInteract）是全球领先的流固耦合求解器。由于ADINA的结构求解器和流体求解器都是同一公司的产品，ADINA-FSI很容易将ADINA-Sturctures和ADINA-CFD的功能融合在一起，实现流体/结构耦合的高级分析。目前耦合场的分析一般有两种方法，一种是用一个结构软件计算结构问题、用一个流体软件计算流体问题、再用一个热分析软件计算热问题，通过在其中两个软件之间进行数据传递来实现多物理场耦合。这种方法只能做叠代耦合也可以称为弱耦合，并且只能实现两场耦合。另一种方法是以

16、ADINA为代表的在一个软件内核的基础上发展起来的统一的多物理场耦合系统，因为ADINA实际上是在一个软件的内部实现多物理场耦合的，所以其实现多物理场耦合的手段更灵活，可以做迭代耦合，也就是弱耦合，更可以实现强耦合。所谓强耦合是指多个物理场的方程结构方程、流体方程、热方程直接组合成为一个统一的多物理场方程组进行耦合。因此其计算效率更高、计算结果更准确，而且可以真正的实现三场同时耦合。能否实现强耦合分析要看软件系统是否采用了数学上的一致化处理方法，即将结构方程组、流体方程组（包括热方程组）、流固耦合界面方程组都统一成为一个系统方程组，然后进行求解。而不是先计算流场，然后计算结构场，反复迭代的计算

17、方法。ADINA是唯一能够实现强耦合、三场耦合计算的商业计算系统。ADINA中的流固耦合分为四种类型，流固耦合（FSI）、流固热三场耦合（TFSI）、包含多孔介质的流固耦合（PFSI）、包含多孔介质的热流固耦合（TPFSI）。另外，ADINA还可以实现流固耦合的模态计算，可以得到设备内的流体介质与结构在工作状态下的模态。动网格技术：ADINA提供了很多实现复杂流固耦合所必需的特殊技术动网格技术（参数化动网格、网格自动重划分、滑动界面）和特殊边界条件（GAP边界条件），这些功能是ADINA的优势所在。另一种实现流固耦合的方法是通过第三方软件把一个流体软件和一个结构软件组合在一起，然后分别计算，再

18、通过第三方软件来传递数据。使用这种方法的一个显著的缺点就是，因为原来的流体软件和结构软件都不是为了流固耦合设计的，很多只有流固耦合问题才需要的特殊技术它们没法提供。现在还有另外一种流固耦合的网格处理方法，其特点是不建立流固耦合界面，不采用动网格技术。它ADINA功能简单说明ADINA功能简单说明的实现方法是结构网格和流体网格相互独立，结构运动到不同的位置时计算相应位置流体的压力，然后传递到结构上。这种方法一般是显式程序采用的。相比较来说，ADINA建立流固耦合界面和动网格的方法是严格和准确的。参数化动网格技术：下图中是一个减震器的例子。活塞（结构模型）和弹簧相连，可沿着管壁上下运动，由于管壁与活塞之间的摩擦作用及液体的粘性，活塞运动过程中将会产生阻尼。本例主要研究了摩擦系数和液体的粘性对减震器性能的影响。在这个模型中，活塞上下的流体网格会发生很大的变形，但是数量不会改变，这种动网格技术叫做参数化动网格。这是一个刹车防抱死系统（ABS）工作过程y：www：A4-1油在机构内腔流动，并推动钢珠运动