多物理場耦合數(shù)值模擬-adina整體介紹

ADINA 工程仿真系統(tǒng)為結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體、傳熱、電磁和多物理場的有限元分析提供了一個的交互平臺以下是針對中仿ADINA工程仿真系統(tǒng)各個不同模塊的簡要描述ADINA結(jié)構(gòu)力學(xué)分析模 針對線性及高度非線性的實體和結(jié)構(gòu)的高級有限元分析工具ADINA流體力學(xué)分析模 分析可壓縮流體和不可壓縮流體的CFD仿真工具，具備當(dāng)前領(lǐng)先的移動邊和自動網(wǎng)格重新劃分功能ADINA電磁場分析模 電磁模塊可用于麥克斯韋方程的求解，處理各類電磁問題，由此產(chǎn)的電磁場效應(yīng)能與流體流動進行耦合ADINA熱分析模 固體熱場問題的傳熱分析模塊ADINA

ADINA流固耦合（FSI）模塊擁有領(lǐng)先的面向工業(yè)的流固全耦合求解器。同時擁有ADINA結(jié)構(gòu)力學(xué)分析模塊和流體力學(xué)分析模塊的戶，也可以同時使用FSI模塊。ADINA熱固耦合模 可進行熱-結(jié)構(gòu)的耦合分析，包括接觸傳熱分析。同時擁有 結(jié)構(gòu)力分析模塊和熱分析模塊 用戶，也可以自動獲得該模塊的使用權(quán)ADINAMultiphysics

合、多孔介質(zhì)流動、壓電、焦，甚至物理場的交互分析。ADINA用戶界 ADINA用戶界面為ADINA中的所有模塊提供了一個完整的前后處理的平臺ADINAMODELER建模模 作為ADINA用戶界面的附加模塊，具備了實體建模能力，并能與其他所有ParasolidOpenCascade內(nèi)核的CAD系統(tǒng)進行無縫集成ADINA工程仿真系統(tǒng)可支持在Windows?,LinuxandIBMAIX操作系統(tǒng)下的PC或工作站運行ADINA靜力分瞬態(tài)顯式分瞬態(tài)隱式分頻率分模式分周期對子結(jié)構(gòu)分聲學(xué)流體分3D迭代求材料非線性大變形分大應(yīng)變分析（2D\3D，殼單元靜力分瞬態(tài)顯式分瞬態(tài)隱式分接觸分頻率分析、考慮接觸的頻率分?jǐn)嗔蚜ψ咏Y(jié)重計算，結(jié)果生死單元及初始應(yīng)力/自動時間總載荷加總位移控低速動力自穩(wěn)用戶自定義單元及載在隱式及顯示間重啟螺栓排彈各向同正交各向異非線塑雙線多線Mroz循環(huán)塑正交各向異蠕熱彈輻熱塑多線性塑各向同橡膠/Mooney-Sussman-Arruda-正交各向異性效粘彈性效MullinsHyper-橡膠穩(wěn)定指巖土力摩爾庫Drucker-Curve-混凝粘彈形狀合彎矩-應(yīng)變率依多孔材料成起皺織物材用戶自定義代碼材自接雙邊接剛性目接觸阻金屬成形特膠反應(yīng)傅里葉分諧波振隨機振子空線性屈幾何缺坍塌（非線性）分不同網(wǎng)格膠約束方剛性構(gòu)2D/3D分析縮結(jié)果與監(jiān)3D迭代求中仿ADINA計算流體力學(xué)分析模能使用任意拉格朗日一歐拉法（ALE）仿真流體之間或者流體和固體之間的表面和移動界面流動問題。ADINACFD模塊是基于有限元和有限體積離散方法，同時具備使用最為普遍與高效的數(shù)值技術(shù)，能夠很好地模擬N-S方程或歐拉方粘度，熱容和熱傳導(dǎo)系數(shù)為壓強的函粘度，熱容和熱傳導(dǎo)系數(shù)為常湍流模型：Prandtl混合長度模型（Prandtlmixing-lengthmodel），k-ε模型，RNGk-εk-ω模型多孔介質(zhì)模ADINA上述所有的電磁現(xiàn)象和應(yīng)用均無一例外地由麥克斯韋方程組來表征。為了實現(xiàn)電磁多物理場的應(yīng)用，中仿ADINA研發(fā)工程師一直致力于發(fā)展ADINA新的模擬工具—中仿ADINA電磁分析模塊，完美求解不同的載荷和邊界條件作用下的麥克斯韋方程組。中仿ADINA電磁分析模塊以其優(yōu)越的模擬性能，使用戶可以求解不同的電磁問題，并能將電磁效應(yīng)與流體流動耦麥克斯韋一階方程組從根本上描述了電場強度E和磁場強度H的關(guān)系，參考Ref.并滿并且，麥克斯韋方程組的頻域（諧波分析）形式為這里 描述，即介電常數(shù)，磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率。其源項為兩個密度值和,以及電荷密度。結(jié)合適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，通過求解麥克斯韋方程組便可得出給定求解域的E和H。在ADINA電磁分析模塊中，采用了兩種明顯不同的方程，即一種新的E-H公式和A-φ公式，通常使用的公式A-如下是求解上述提到的麥克斯韋一階方程，參Ref.[2]ADNAE-H及A-φAφ者所熟知，可以直接地使用，但也存在一定的缺陷。-H公式則非常新穎，使用了未知的物理變量，將更加直接地耦合首次發(fā)布的中仿ADINA電磁分析模塊，能夠求解以下不同類別的電磁問靜電 ?DC電流傳時 ?AC電流傳 ?電磁-熱耦 ?波當(dāng)然，中仿ADINA電磁分析模塊的前后處理和求解都是在中仿ADINA用戶界面下完成的下面展示了三個利用中仿ADINA電磁分析模塊求解的模型1材料界面問題的諧波分仿DNA如圖1ADAEH23分別展示了電場和磁場強度的實部和虛部圖 圖2材料界面問題：電場強度E的矢量圖；實部（左）和虛部（右圖3材料界面問題：磁場強度H的矢量圖；實部（左）和虛部（右同時也比較了中仿ADINA電磁分析模塊的模擬值與理論值，如圖4和5所示，可以看出計算結(jié)果與理論值是高度圖4材料界面問題：電場強度E模擬值和理論值的比較；實部（左）和虛部（右圖5材料界面問題：磁場強度H模擬值和理論值的比較；實部（左）和虛部（右DNAφADNACFD使用，即可模擬管式混合器中電磁驅(qū)動下的對流混合問題。該模型的示意圖如圖66包括，計算的勢Aφ，在垂直于流體流向的平面上的速度場，和出口處的質(zhì)量濃度，從出口處的均勻濃度分布可7電磁誘導(dǎo)混合：A(左)φ(右圖8電磁誘導(dǎo)混沌混合: 10裂縫時的電磁場，這種檢測就是電磁無損檢測的基本原理。建模時，由于對稱性，僅模擬整個區(qū)域的1/8DNAEH11和21011E矢量圖；實部（左）和虛部（右12環(huán)形導(dǎo)體渦電流:H;實部（左）和虛部（右C.A.Balanis,AdvancedEngineeringElectromagnetics,JohnWiley&Sons,NewYork,K.J.Batheetal.,TheDirectSolutionofMaxwell’sEquationsinMultiphysics,inADINA對流邊界條件下的渦輪機機殼的溫度場中仿ADINA的熱分析能力包括

靜電,seepage和壓電分析潛熱效應(yīng),例如.,凝固和熔化與中仿ADINA結(jié)構(gòu)模塊耦合中仿ADINA傳熱模塊獨特的能力包含：分析任意表面間用殼單元模擬瓶子的熱傳

此模型用了三次重啟動，1500個時間步ADINAFSDNAFSI模塊，可以在同一系統(tǒng)中模擬流體和因大變形、非彈性、接觸及溫度而經(jīng)歷明顯的非線性在流體力學(xué)層面，Navier-Stokes流可以是不可壓縮，弱可壓縮，低速或者高速可壓縮流體。從結(jié)構(gòu)的角度看，各種結(jié)構(gòu)單元類型都可以參FSI過程（即殼單元，2D3D結(jié)構(gòu)單元，梁單元，等參梁單元，接觸面等），支持各種材料模型、 中仿ADINA流固耦合模塊的原 基于節(jié)點的FCBI（Flow-Condition-BasedInterpolation）算法和基于單元的FCBI-C算法進行單元的定義。FCBI單元算法：基于速度度的FCBI算法用于提高穩(wěn)定性。有限元方程可通過Newton-Raphson迭代組裝一致的雅這兩類算法均可應(yīng)用于從低到高任何雷諾數(shù)的流體問題一旦流體域發(fā)生變形，歐拉方法將不再適用。因此，中仿ADINA的流體控制方程采用的是任意拉格朗日歐（Arbitrary-Lagrangian- (ALE)）公式中仿ADINA流固耦合模塊的獨特性體現(xiàn)在使用了兩類不同的耦合方法，即直接FSI耦合法和迭代FSI耦合法求解流固位移平衡 df=力平衡 ff=在直接FSI耦合求解法中，流體方程和結(jié)構(gòu)方程是在一個方程組（一個剛度陣）中求解的，線性化和求解使用NtnhsnSIFSI較。FSI中仿ADINA所提供的這兩種特殊的耦合方法-迭代FSI和直接FSI，對于高效地求解各類不同的FSI問題是必不可少 FCB（Flow-Condition-BasedInterpolation算法提供了很高的穩(wěn)定性，適用于從低雷諾數(shù)到高雷諾數(shù)的FSI分析可以實施于各種流體類型，包括不可壓縮，弱可壓縮，低速或者高速可壓縮流體。另外，所有的流體材料VOF法都可用FSI分析。勢流體單元可以用于聲波的分析，也可以用于結(jié)構(gòu)和聲波的耦合分析 允許流體模型和結(jié)構(gòu)模型使用任意的網(wǎng)格。并且，流體和結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格在流固耦合界面上不需完全匹配在分析FSI模型時還可求解熱和多孔介質(zhì)的耦合所有的結(jié)構(gòu)單元，接觸和結(jié)構(gòu)材料模型（如彈性，粘彈性，橡膠，塑料等）都可以用于 求解在流體模型中可以使用間隙邊界條件-gap邊界條件。在中ADINA中，可gap邊界條件與接觸功能聯(lián)合使 可以使用移動網(wǎng)格技術(shù)來分析旋轉(zhuǎn)設(shè)備和渦輪機械A(chǔ)DINA中仿ADINA熱固耦合模塊用于耦合熱力問題，可以模擬熱影響結(jié)構(gòu)的全耦合以及結(jié)構(gòu)影響熱的全耦合，也可以模擬以下是力致熱的耦合效應(yīng)能計算的問塑性形變或粘滯效應(yīng)引起的內(nèi)構(gòu)件間接觸引起的熱摩擦生以下是熱致力的耦合效應(yīng)能計算的問熱膨依賴于溫度的力學(xué)屬殼體內(nèi)的溫度梯實三個熱固耦合的例子如下是（需要流固耦合塊才能）一些TMC汽車制造系金屬成焊接工微機電系統(tǒng)壓力容壓電傳感器/土壤固ADINA多物理場問題發(fā)生在一個系統(tǒng)受到各種不同物理場的交互影響時，比如結(jié)構(gòu)變形，流體流動，電場，溫度和孔隙壓力ADNA[1]ADINAPD)了，流固耦合熱固耦合結(jié)構(gòu)-孔隙壓力耦合（多孔介質(zhì)彈性熱-流體-結(jié)構(gòu)耦電場-結(jié)構(gòu)耦合（壓電熱-電耦合（ 聲流體-結(jié)構(gòu)流體流動-物質(zhì)傳輸耦流體流動-電磁耦中仿A中仿ADINA流固耦合模式是在一個高度集成的界面下求解各類非線性結(jié)構(gòu)和Navier-Stokes流體耦合的問題利用隱式時間積分法模擬安全氣袋展開的FSI工業(yè)應(yīng)用舉汽車系生物應(yīng)核電壓縮機，泵和管道系微機電系統(tǒng)復(fù)合材料殼體的熱固耦合分工業(yè)應(yīng)用舉汽車系金屬成焊微機電系統(tǒng)壓力容中仿ADINATMC關(guān)介紹，請參仿ANINA熱固耦合模塊介紹頁結(jié)構(gòu)-孔隙壓力耦合（多孔介質(zhì)彈性）中 中包含有豐富的本構(gòu)模型用于表征固體骨架，例如：各項同性，正交各向異性，熱各向同性，熱各向異性Drucker-Prager，摩爾庫倫，熱塑性，模型，蠕變，彈塑性蠕變，等等土壤固結(jié)分腰間盤積累性勞損問題的有限元多孔彈 模工業(yè)應(yīng)用舉巖土力學(xué)和地質(zhì)工邊坡穩(wěn)定土石壩的破壞分固生物醫(yī)學(xué)應(yīng)飽和介質(zhì)中的波問熱-流體-結(jié)構(gòu)耦排氣管的熱，流場和應(yīng)力分排氣管流體和固體區(qū)域的溫度場排氣管固體部分的有效應(yīng)力分排氣管流體壓強分工業(yè)應(yīng)用舉排氣電子封燃燒系金屬成電場-結(jié)構(gòu)耦合（壓電懸臂梁壓電執(zhí)行DNATC（工業(yè)應(yīng)用舉麥克微振動主動控制器自適應(yīng)結(jié) 焦耳加熱是指電流生熱現(xiàn)象，產(chǎn)生的熱量會影響到周圍介質(zhì)的溫利用中仿ADINA-F的焦功能分析組織射頻消融問工業(yè)應(yīng)用舉保險斷路電子封微機電系統(tǒng)組織消在某些實際應(yīng)用中，流體可以認(rèn)為是非粘性的和無旋流動的。這種假設(shè)顯著降低了計算流體響應(yīng) 問題的計算成本利用中仿ADINA中的亞音速勢流體單元計算HDR反應(yīng)堆失水實驗的FSI這種多場能力在求解流固耦合頻率響應(yīng)問題時用處很大工業(yè)應(yīng)用舉壩儲液核電揚聲水下水下結(jié)構(gòu)振動問流體-多孔介質(zhì)中的多場流動問工業(yè)應(yīng)用舉石油&天然氣工水模核廢藥物輸流體-在這類多場問題中，流體的流動是由電磁場所產(chǎn)生的洛倫茲力所驅(qū)ADINA電磁流體模工業(yè)應(yīng)用舉電磁動力管道混合K.J.Bathe,TheFiniteElementMethod,inEncyclopediaofComputerScienceandEngineering,B.Wah(ed.),J.WileyandSons,1253-1264,2009.FormanyexamplesofapplicationsofADINAinmultiphysicsproblems,seeourPublicationsADINAAUI模 為中仿ADINA所有求解器提供完整前后處理功能，均在交互圖形化用戶界面內(nèi)完成AUI模塊主要特征Parasolid的CAD格式(例如NX,SolidEdge以及SolidWorks)，或者IGES圖形。物理屬性，載荷以及邊界條件，都可以直接在幾何模型中添加。單元網(wǎng)格劃分修改不影響模型的定在控制單元大小分布的情況下可以實現(xiàn)網(wǎng)格的全自動生成，網(wǎng)格可以用在簡單的幾何結(jié)構(gòu)上AUI模塊的易用性體現(xiàn)在如下幾點完全圖形化的交互式界面，特定選擇及輸入時的下拉菜單及框更易于使用常用功能圖標(biāo)顯示，便于快速使用圖形窗口實現(xiàn)拷貝及粘貼可直接輸出AVI格式文件可輸出矢量或位圖格式的圖形提供撤銷及重做功能，撤銷步驟可以自定義支持動態(tài)旋轉(zhuǎn)，縮為重復(fù)性工作提供命令行形式輸入方式后處理功能 結(jié)果可視化工具包含以下內(nèi)容變形后及初始化網(wǎng)格顯等值線及等值面顯矢量及張量圖形中繪制屏幕顯示變量值同時也可以導(dǎo)出為文ADINA型。此外，中ADINA-M模塊可以直接導(dǎo)入不同格式CAD文件。包含兩種版本的中仿ADINA-M模塊，一種是基于Parasolid幾何內(nèi)核的（稱之為中仿ADINA-M/PS），另一種是基于OpenCascade幾何內(nèi)核（稱之為中仿ADINA-M/OC）。中仿ADINA-M/PS基于Parasolid內(nèi)核，Parasolid內(nèi)核是流行CAD中廣泛采用的，例如NX,SolidWorks,SolidEdge,以及BentleySystems。Parasolid內(nèi)核的幾何圖形可以直接通過ADINA-M/PS導(dǎo)入AUI中，導(dǎo)入的圖形，在ADINAAUI下通過ADINA-M/PS工具修改。下圖是用中仿ADINA-M/PS導(dǎo)入的幾何圖形，其網(wǎng)格是用AUI的網(wǎng)格劃分自動形成的ExchangerandDatakit）來建模，然后導(dǎo)入ADINA中。ADINA-M/OC，可以直接導(dǎo)入STEP(.stp)IGES格式的圖形，IGES同樣可以直接形成實體幾何中仿ADINA-M/OC利用與中仿ADINA-M/PS相同令格式，因此，熟悉中仿ADINA-M/PS的用戶可以很容易的ADINA-M/OC的功能包括導(dǎo)入由OpenCascade內(nèi)核CAD建立的邊界幾何圖形定義實體幾何基元（長方體，球體，圓柱體，圓環(huán)，圓錐，管，棱柱），薄板實體（曲面）以及轉(zhuǎn)換實體通過掃掠或旋轉(zhuǎn)幾通過布爾運算修改幾何模型下列圖形，顯示的是通過IGES導(dǎo)入后形成的實體模型，用AUI實現(xiàn)的網(wǎng)格劃分若有中仿ADINA-M/PS或中仿ADINA-M/OC模塊 ，AUI可以擁有下 的特色功能分割*ADINA-M/PS下圖顯示的AUI環(huán)境列表中提到的中仿ADINA-M/PS下圖顯示的是AUI環(huán)境列表中提到的中仿ADINA-M/OC選項CAD/CAE 如NX，SolidWorks，SolidEdge，以及BentleySystems中仿ADINA由此創(chuàng)建必要的點線面來定義有限單元的網(wǎng)格劃分以及載荷和邊界條件。PointI-DEASFemapADINA結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)以及流固耦合模塊中進行計算，結(jié)果可以導(dǎo)回到Femap中進行查看。ADINA的計算結(jié)果可以導(dǎo)入到NX中做后處理。樣支持。額外的載荷和邊界條件同樣可以導(dǎo)入其內(nèi)。中仿ADINA的計算結(jié)果，可以輸出為Nastran的op2格式，此文件可