《ADINA培训课程.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ADINA培训课程.pdf（53页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、ADINA培训课程表培训课程表 第一天第一天 启动ADINA和ADINA界面结构 ADINA图标的可修改性 增加删除图标 定义快捷键 所谓Line Draw- Down图标的控制 定义宏命令 ADINA的模块控制 模块的位置 求解过程 一. ADINA总体介绍 Graph图形显示区的调整Edit GDI与OpenGL两种方式 设置AUI内存 设置背景颜色，窗口比例 设置图形环境参数 几何数据接口 IGES接口，MDT接口 Parasolid接口等 ADINA的文件系统 主要的手册及其用途说明 两种建模方式 Point- Line- Surface- Volume方式（ADINA- Native
2、） Body- Face- Edge- Point 方式（ADINA- Modeler） ADINA具体的几何建模功能和操作 Demo1：Native方式建六面体 Demo2：地下空间的建模和布尔操作 二. 几何模型建立 图形的动态调整 Zone的概念 设置图形显示属性 三. 图形显示方式 列表为弹出窗口形式 所有的Entity由此表唯一确定 创建、删除必须在表中进行 操作演示：采用数据库Zone.idb 四. 模型（有限元模型、载荷等）的列表管理方式 ADINA加载的习惯方式是加载几何Entity上； ADINA各种载荷，只讲特殊性的，如ADINA的接触、重力 荷载、地震加速度荷载，流固耦合
3、界面、单元生死等； 五. ADINA载荷 ADINA的Element Group的概念 材料属性与单元属性的组合； 划分网格时必须指定Element Group。 较为常用的单元类型及其关键选项的含义（缺省积分点， Kinematic Formulations），如3D Solid,2D Solid, Isobeam与Beam的 选择，Shell与plate的选择等 控制网格密度的方法 Demo5：3D parasolid体的网格划分(四面体、六面体)（dig.idb） Demo6：3种不同性质土层的单元划分(element- group.idb) 六. 网格划分 Exec 1：边坡的接触分析
4、 Exec 2：岸堤水流冲击的流固耦合分析 练习练习 第二天 材料属性 使用的应力应变量度 用户可能关心的一些材料模式要给以简单介绍 如多孔介质材料，土木材料，蠕变材料等 七. 材料模式 ADINA主菜单中的Control选项 主要讲解的是时间函数和时间步长控制，以及非线性求解、瞬态分 析的显式和隐式算法、自动时间步长等等的控制选项 收敛准则的选取 结果输出控制（控制输出结果文件的大小和后处理的步数） ADINA求解的内存分配 八. 求解控制和后处理 十一.非线性求解的特点和经验点滴 九. ADINA流体求解的输入和控制 Exec3：预应力混泥土结构受力分析 Exec4：岩土的固结沉降 十二.
5、 练习题 十. 后处理功能介绍 其它问题讨其它问题讨论。论。 7 材料模式本构 线弹 非线弹 塑性 岩土 混凝土 热本构 蠕变 橡胶/泡沫 粘弹 垫片材料 势流体 工程应变与真实应变 通常以拉伸应力应变曲线的形式提供塑性材料的数据。这些数据是以工程应力 (P/A0)对工程应变(l/l0)，或真实应力(P/A)对真实（对数）应变(ln(l/l0)的形式。 大应变塑性分析的材料常数需要真实应力应变曲线，而小应变分析则使用工程应力 应变数据。 工程工程 真实真实 工程应变与真应变 既然对于小应变响应，工程应变与对数（真实）应变接近相等，真实应力和对数应变 可用于通用分析。 将工程量转化为真实量，使用
6、： ln= ln (1 + eng) true= eng(1 + eng) 注意：应力的转化只对不可压缩塑性应力应变数据有效。 塑性双线性模型 双线性使用双线段表示应力应变曲线，其中包括弹性模量和切向模量。 包 括各向同性硬化和随动硬化。随动强化包括Bauschinger效应。 y y ET 双线性随动强化所需输入的数据是弹性模量E，屈 服应力y和切向模量ET。 塑性多线性模型 都使用多个线段的应力应变曲线来模拟随动强化效应。使用von Mises 屈服准则， 包括各向同性和随动硬化。 输入弹性模量和应力应变数据点定义材料参数 ： 每条应力应变曲线必须用同一组应变值； 曲线的第一个点必须与弹性
7、模量一致； 每一段的斜度不能超过弹性模量（不允许负斜度）； 对于超过输入曲线末端的应变值，假设为理想塑性材 料。 单元算法 Truss Beam 2D Solid 3D solid Plate/shell Sping Pipe Fluid MITC4 Shell/Layers 接触算法 ADINA接触类型分为三种： Constrain function Segment Based Rigid Target（ Drawbead Contact ） 基于拉格朗日乘子法，在接触界面定义了运动方程和 动力方程，动力方程中增加一个附加自由度(接触压 力), 通过多次迭代以满足不侵入条件。 F 八 ADI
8、NA的非线性求解控制 无论是静力问题还是动力问题，都采用时 间步控制载荷增量的大小； 对于静力问题，时间为伪时间；对于瞬态 问题，时间步为真实时间，用于计算加速 度、速度、应变率等物理量； 静态分析中，“ 时间 ” 作为计数器使用。在 静态分析中，“ 时间 ” 可设置为任何适当的 值。 时间步长时间步长 - 时时间步间步 例子：如果例子：如果每每步时间步长步时间步长 恒定为恒定为0.1，时时间步为间步为100 步，则计算步，则计算的的总时间为总时间为 10. 时间函数时间函数 任何载荷都必须由时间函数定 义其随时间的变化； 缺省的时间函数是随时间没有 变化； 任何时间步的载荷增量由时间 函数和
9、时间步长共同确定； 1.0 Load time 例子：荷载例子：荷载为为指定速度指定速度 ，速度为，速度为10mm/s，时间，时间 步长恒定为步长恒定为0.1,共计算共计算 150步，则最步，则最终终的压下的压下 距离为距离为150mm。 （40，400） 位 移 时间 时间步大小可由用户设定或由软件自动调整控 制； 自动时间步长是非线性分析必须的工具； 由用户控制最大尝试次数，二分、三分、四分 等；自动增大时间步长功能； F time load F1 F2 t t1t2 自动时间步自动时间步长（长（ATS） 自由度 2D 实体单元：Y Z 3D 实体单元 X Y Z 几何非线性： 大位移，小
10、应变 大位移，大应变 质量矩阵： Lamped / Consistent 集中质量矩阵 一致质量矩阵 写出重启动文件（Restart Info .RES） 写出结果文件（porthole .por） 收敛方法：Newton-Raphson/MNR 收敛准则：Energy(0.001) Energy and Force Energy and Displacement Force（0.01） Displacement(0.01) (L2范数) 十十 后处理后处理 1 云图云图 修改云图修改云图颜色颜色 等值线图等值线图 Smooth图图 2 时间步控制时间步控制 3 矢量图矢量图 4 接触反力接触
11、反力和和支反力图支反力图 5 同时显示同时显示多多个结果图个结果图 6 列表显示列表显示位移位移 7 节点或时节点或时程程曲线曲线 8 画合理曲画合理曲线（线（combine） 9 生成动画生成动画 10 输出输出图图片片 11 频域频域时时域域曲线曲线转换转换 十一 回顾结构非线性问题特性和求解方法 结构非线性现象 材料非线性() 几何非线性（D） 状态非线性（接触、失稳、相变） 接触非线性由于物理响应的不光滑性对求解造成困难。 非线性问题特性非线性问题特性 非线性结构的基本特征是结构刚度随载荷的改变而变化。如果绘制 一个非线性结构的载荷位移曲线，则力与位移的关系是非线性函 数。 KU =
12、F F u 当载荷增加当载荷增加时时，载荷，载荷 位移曲线的位移曲线的斜斜率也在改率也在改 变。变。 Newton- Raphson方法求解非线性问题方法求解非线性问题 Newton- Raphson 法迭代求解使用下列方程： KTu = Fa -Fnr 这里: KT= 切向刚度矩阵 u= 位移增量 Fa = 施加的载荷矢量 Fnr = 内力矢量 通过多次迭代最终达到收敛 。 Fa u 1 2 3 4 KT Newton- Raphson方法求解非线性问题方法求解非线性问题 F u F u F u 全 Newton- Raphson 在每一迭代步重新形成 KT 。 修正 只在每一子步形成KT
13、。 初始刚度 每一迭代步都使用初始 的弹性刚度。 求解非线性问题的重要概念 时间步长（时间步长（或或载荷步）载荷步） 收敛准收敛准则则 收敛收敛 收 敛收 敛 Fa u1 Newton- Raphson 迭代如下所示。基于 u0时的结构构形，计算出的 切向刚度是KT，基于F 计算出的位移增量是u ，结构构形更新为 u1。 Fnr u 在更新的构形中计算出内力（ 单元力） 。 迭代中的Newton- Raphson 不平衡量是: R = Fa-FnrF u0 位移位移 载荷载荷 R KT 收 敛收 敛 Newton- Raphson不平衡量 (Fa-Fnr) 实际上从未真正等于零。 当不平衡量小
14、到误差允许范围内时，可中止Newton- Raphson 迭代，得到平衡解。 在数学上，当不平衡量的范数|Fa -Fnr|小于指定容限乘以参 考力的值时就认为得到收敛。 物理问题 f = f(x,t) 显式有限元方法 采用Finite element 方法 网格 变分或加权 离散、分离变量，即先 对空间x离散 网格+时间步长 再对时间 t 离散 构造 时间推进格式 给定初始条件 隐式程序 显式程序 多种方案 多种方案 在空间离散单元与隐式相同 时间推进采用显式中心差分格式 只能求解时间相关问题 有条件稳定：即时间步长要小于临界时间步长 显式求解 PUNCH DIE BLANK STATICQU
15、ASI STATICDYNAMIC Structural ProblemsMetal FormingImpact Problems F = 0 F 0 F = ma IMPLICIT METHOD EXPLICIT METHOD 显式与隐式方法对比 v 显式与隐式方法对比 隐式时间积分: 在 t+t时计算位移和平均加速度: 线性问题: 当 K是线性时，无条件稳定 可以用大的时间步 非线性问题: 通过一系列线性逼近 (Newton- Raphson)来获取解 要求刚度矩阵 K求逆 收敛需要小的时间步 对于高度非线性问题需要较小的时间步长保证收敛 a tt 1 tt FKu + + = 显式与隐式
16、方法对比 显式时间积分 用中心差分法在时间 t 求加速度: Ftext 为施加外力和体力矢量, Ftint 为下式决定的内力矢量: Fhg为沙漏阻力 ；Fcont为接触力. 速度与位移用下式得到: () int t ext t 1 t FFMa= contacthg n T FFdBF+ += int tttttt tavv+= +2/2/ 2/2/ttttttt tvuu + += 式中tt+t/2=.5(tt+ tt+ t) ； tt-t/2=.5(tt-tt+ t) 显式时间积分: 新的几何构形由初始构形加上 xo获得: 显式与隐式方法对比 非线性问题: 块质量矩阵需要简单转置 方程非耦
17、合，可以直接求解 (显式) 无须刚度矩阵求逆，所有非线性（包括接触） 都包含在内力矢量中。 内力计算是主要的计算部分 无须收敛检查 为保持收敛有时需要很小的时间步长 ttott uxx + += tt crit = 2 max 稳定条件 隐式时间积分 对于线性问题，时间步可以任意 大（无条件稳定）； 对于非线性问题，时间步由于收 敛困难变小。 显式时间积分 当时间步小于临界时间步时稳定 当max= 最大自然角频率 由于时间步小，显式分析仅仅对 瞬态问题有效 杆件的临界时间步长 自然频率: 临界时间步长: Courant- Friedrichs- Levy准则 t 为波传播杆长 l需要的时间 l
18、 c =2 max E c= c l t= 临界时间步长 在计算所需时间步时检查所有单元. 为达到稳定采用一个比例因子（缺省 为0.9）调节: 特征长度 l 和波速 c 取决于单元类型: c l t9 . 0= E c=elementtheoflength=l )-1( E )LL(Lmax A2 )LLL(Lmax A 2 3214321 c= , l=shells: triangular for , , l= L1 L4 L3 L2 A 壳单元: 梁单元: 积分时间步长 非非线线性性求求解解的的经经验验指导指导 分析过程中各环节的注意事项 建模 材料 接触 加载 求解 模型出现问题的如何D
19、EBUG 常用的单位制 建建立模型立模型 注意模型规模能支付的代价和需要的精度； 禁止将不理解的定义存在于模型中； 重视测试的重要性； 重视经验的积累； 大变形模型中的单元尺寸要够密，尽量不使用退化单 元（尽管程序都支持）容易导致精度降低； 注意四边形壳单元的翘曲； 显式求解模型中，无论何时都要尽可能的避免小单元 , 因为它们将极大的降低时间步长。如果需要小单元, 使 用质量缩放来增加极限时间步长； 单点积分单元的沙漏控制； 单 元单 元 材料模式材料模式 确保使用了协调单位，不正确的单位将错误决定材料的响应甚至求解崩溃 ； 确保模型中使用的材料数据是精确的. 大多数非线性动力学问题的精度取
20、决于输入材料数据的质量。多花点时间以得到和积累精确的材料数据； 对所给模型选择最合适的材料模型. 如果不能确定某个零件的物理响应是 否应该包含某个特殊特性 (例如:应变率效应), 定义一种包含所有可能特点 的材料模型； 应力应变曲线要覆盖了最大应变； 大变形问题采用真实应力应变量度； 复杂多向加载应考虑包兴格效应；如板成形问题； 接 触接 触 在两个接触面之间不允许有初始接触. 确保在定义接触的地方模型没有任 何重叠； 总是使用真实的材料特性和壳厚度值； 如果摩擦不重要，则不输入摩擦系数； 对壳单元,除非需要接触力否则使用自动接触； 在求解之前列出所定义的接触面以保证定义了合适的接触； 无质量
21、节点不能参与接触计算，会导致程序崩溃； 通过接触界面定义birthdeath时间减少CPU时间； 加 载加 载 非线性分析中，控制时间步长（载荷步）的技巧将有利于减少CPU时间 ； 时间函数的时间必须覆盖求解的终止时间； 求解前必须Check所有约束和载荷； 求解求解 使用ATS和时间步长多次细分方法，通常最终可以获得结果； 有接触问题，在接触发生时段定义较小的时间步长； ADINA求解时占用的内存包括两部分：基本矩阵存储部分求解 器部分；求解器部分可以自动分配内存； 模型模型DEBUG 如果模型没有正常求解就退出，参件Jobname.out和Jobname.msg文件中 的信息；前者记录求解
22、过程的所有内容； 如果程序正常求解完毕，不要认为EVERYTHING IS OK，用后处理将所 有结果审查一遍; 如果经过多次检查, 始终有一个错误（问题）存在,设计一个简单模型专门 测试这个问题。 或者, 将大模型中的部分删除，剩余的东西要表达这个问 题，然后继续测试; 如果实在找不出问题所在： 1 让ADINA工程师解决 2 是程序的BUG，转告ADINA中国工程师。 ADINA中中的单位制的单位制 自自协调协调 建议使用的单位系统 MassLengthTimeForceStressEnergy (steel)E (steel) kg kg kg kg kg gm gm gm gm ton
23、 lbf- s2/in slug m cm cm cm mm cm cm mm mm mm in ft s s ms s ms s s s ms s s s N 1e- 02 N 1e+04 N 1e+10 N kN dyne 1e+07 N 1e- 06 N N N lbf lbf Pa GPa dyne/cm2 Mbar MPa psi psf Joule kN- mm erg 1e7N cm N- mm N- mm lbf- in lbf- ft 7.83e+03 7.83e- 03 7.83e- 03 7.83e- 03 7.83e- 03 7.83e- 03 7.83e- 06 7.83e+00 7.83e+00 7.83e- 09 7.32e- 04 1.52e+01 2.07e+11 2.07e+11 2.07e+09 2.07e+03 2.07e- 03 2.07e+02 2.07e+12 2.07e+00 2.07e- 06 2.07e+05 3.00e+07 4.32e+09 ADINAF使用使用 控制控制体积体积 有限单元有限单元 材料参材料参数数 流流动动模型模型 边界条件边界条件 自由自由表表面面 练习练习