基于ADINA的有限元應用探討

摘要在普及CAD技術的今天，從普通的工程機械到航天飛機，幾乎所有的設計制造都離不開有限元分析技術，而ADINA作為現在著名的有限元分析軟件，歷經三十多年的不斷改進與發展，得到了用戶的認可，并在許多工程領域建設中發揮了重要作用。ADINA領先的計算理論、強大的分析功能，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軟件應用舉例，對有限元應用進行探討。

關鍵詞 CAD技術 有限元分析 ADINA軟件應用

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：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

隨著現代科學技術的發展，人們正在不斷建造更大功率的發電機組和更為精密的機械設備。這一切都要求工程師在設計階段就能精確地預測出產品和工程的技術性能，需要對結構的靜、動力強度以及溫度場、流場、電磁場和滲流等技術參數進行分析計算。這些都可歸結為求解物理問題的控制偏微分方程式，這些問題的解析計算往往是不現實的。近年來在計算機技術和數值分析方法支持下發展起來的有限元分析（ADINA，Finite Element Analysis）方法則為解決這些復雜的工程分析計算問題提供了有效的途徑。

1 ADINA發展概況

ADINA是著名的有限元分析軟件，其領先的計算理論、強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廣泛應用在各個工程領域，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、地質災害防治等，在眾多的國內外工程項目應用中，其模擬實際復雜工程問題的能力以及結果準確性獲得工程技術人員的廣泛認可和推崇。

2 ADINA學習過程中常見問題探討

在使用ADINA時遇到下面這個警告，“*** 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，這個模型的約束不夠。并且這段英語還指出是108112號節點y方向的自由度約束不夠。

另外Adina的前處理功能不是很強。在做二維圖的時候通常是在AutoCAD里畫圖，通過DXF導入Hypermesh，然后通過IGES 導入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，然后保存并關閉文件。再打開ADINA，導入loaddxf.in這個命令流文件就應該可以了。

在對模型進行多次復制、旋轉和比例縮放等操作后，模型變得混亂了。這是因為在后面的Transformation操作中，在需要定義新的Transformation時沒有定義新的Transformation，而是修改了前面已經定義并使用的Transformation，這樣就會打亂前面的操作。

3 ADINA技術工程應用實例

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

圖1 結構受力圖

3.1 定義模型主控數據

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

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

（3）定義平衡迭代誤差、時間函數、時間步長。

3.2 建立力學模型

（1）建立模型幾何點。選Define Points圖標→敲入坐標點數據→and click OK。

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

（3）建立幾何面。選Define Surfaces圖標→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→設置Load Type為 Displacement→選右邊載荷區的Define按 鈕→add displacement 1→在 Prescribed Values of Translation中設置 Z為 -1.0→click OK。確保“Apply to” 設置為Point→在表的第一行設置Site # 為6→ click OK（如圖3所示）。

圖2 幾何模型圖3力學模型

3.3 定義材料特性

（1）選Model→Materials→Stress-Strain Curve →add stress-strain curve number 1 →敲入應力－應變數據→click OK。

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

3.4 定義單元和單元劃分

（1）選Meshing→Mesh Density→Point Size→設置1-5點的尺寸→click OK。

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

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

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

（5）在O形圈內定義一個軟彈簧單元(消除O形圈的剛性位移)。

3.5 求解和后處理

（1）保存數據和運行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：節點數633，單元組數2和接觸單元1個；單元組1有152個對稱單元；單元組2有1個彈簧單元。②獲得同時有載荷和接觸力的變形網格圖（如圖7所示）；③顯示壓力等值線和應力矢量圖：顯示最大主應力等值線：選 Clear圖標→ Mesh Plot圖標→Band Plot圖標→選變 量Stress:SIGMA-P1 →cick OK。顯示應力矢量：選Mesh Plot 圖標(在屏幕中調整圖形網 格顯示大小) →選 QuickVector Plot圖標（如圖8所示）

圖7橡膠接觸壓力

圖8最大主應力等值線和應力矢量

④結果列表顯示：選List→Value→List_Zone→設置變量1為Stress:SIGMA-P1→設置變量2為SIGMA-P2設置變量3為SIGMA-P3→click Apply，在顯示框中可以察看結果。

4 結語

有限元技術對許多工科的人而言，其必要性和重要性是不言而喻的。利用有限元技術可幫助用戶解決了成千上萬個工程實際問題，同時也為科學技術的發展和工程應用做出了不可磨滅的貢獻。

參考文獻

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