有限元建模與仿真三

有限元建模與仿真（三）1現(xiàn)代有限元分析系統(tǒng)的組成2有限元建模、分析軟件及應(yīng)用幾何建模的方法自下而上(Native)點(diǎn)、線、面、體Point、Line、Surface、Volume3前處理前處理4前處理5幾何建模的方法自上而下(parasolid）直接定義體或面與其它軟件的接口Body、Face、Edge前處理6有限元模型材料屬性的定義單元類型的選擇連接關(guān)系的定義單元網(wǎng)格的劃分邊界條件的設(shè)置載荷條件的設(shè)置7前處理線彈非線彈塑性熱本構(gòu)蠕變橡膠/泡沫粘彈墊片材料勢(shì)流體巖土混凝土多孔介質(zhì)用戶定義…結(jié)構(gòu)材料表前處理-定義材料屬性多線性塑性材料(MultiLinear)：yy隨動(dòng)硬化方式反向加載各向同性硬化方式反向加載前處理-

定義材料屬性包括：定義單元生死特性(幾何Line/Edge/Surface/Face/Volume/Body上)；定義梁?jiǎn)卧孛嫣匦裕ㄔ趲缀蜭ine/Edge上）；定義桿單元的截面積、初始應(yīng)變（或軸力）（在幾何Line/Edge上）；定義復(fù)合材料或各向異性材料的材料坐標(biāo)系(幾何Surface/Face/Volume/Body上)；定義Beam單元的剛性端、鉸接端點(diǎn)（在幾何Line/Edge上）；定義質(zhì)量單元或阻尼單元(幾何Line/Edge/Surface/Face上)；前處理-

定義幾何模型的物理屬性前處理-

定義單元類型單元共分為很多大類，如Truss，IsoBeam，Shell等，每一類都包括低階或高階單元，并可能有不同的算法；單元類型的多少是評(píng)價(jià)分析軟件的重要指標(biāo)之一對(duì)幾何元素劃分單元時(shí)必須指定一個(gè)單元類型，包含這個(gè)單元組的一些特性：材料特性幾何非線性單元積分點(diǎn)個(gè)數(shù)節(jié)點(diǎn)自由度結(jié)果輸出控制自由度邊界條件是最常見的一種邊界條件，控制節(jié)點(diǎn)的任意自由度狀態(tài)為Fixed或Free兩者之一；約束方程類邊界條件約束方程；剛性聯(lián)接（RigidLink）；用來(lái)定義物理主體與從體的運(yùn)動(dòng)自由度相關(guān)性；特殊邊界條件：

Beam單元端點(diǎn)釋放；流固耦合FSI邊界；勢(shì)流體邊界；表面張力；前處理-

定義邊界條件前處理-定義邊界條件131.載荷可以分為兩類，一種是標(biāo)量；一種是矢量，具有方向性，如集中力force；對(duì)于矢量載荷，不但要定義大小，而且需要確定其方向；2.施加載荷前，首先要定義載荷（及其方向），載荷的大小稱為Magnitude。然后選擇加載幾何元素以及時(shí)間函數(shù)等參數(shù)。缺省的時(shí)間函數(shù)為時(shí)間函數(shù)1；3.加載主要加載在幾何元素上，也可以加載在節(jié)點(diǎn)和單元上。加載在幾何元素上的載荷不受網(wǎng)格劃分的影響；4.分布載荷在加載的同時(shí)，用戶可以選擇使用空間函數(shù)，用來(lái)描述載荷隨幾何體的空間不均勻分布特征；前處理-定義載荷Pressure：壓力Force/Moment：集中力/力矩Displacement：位移Line：線Centrifual：離心力masspropotional：質(zhì)量相關(guān)力Electromagnetic：電磁力Pipeinternalpressure：管單元內(nèi)壓Temperature：溫度Temp.Gradient：溫度梯度Poreflow：孔隙流速Porepressure：孔隙壓力Contactslip：一種特殊接觸壓力算法Distributefluid-potential：分布勢(shì)Concentratefluid-potential：集中勢(shì)載荷類型：前處理-定義載荷V=87.6m/s1.對(duì)于時(shí)域瞬態(tài)動(dòng)力分析，必須指定必要的初始條件才能求解；常用的初始條件與運(yùn)動(dòng)相關(guān)，如初始速度；2.對(duì)于靜力問(wèn)題，求解同樣需要初始條件。但由于過(guò)程在偽時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，幾乎不采用運(yùn)動(dòng)相關(guān)的初始條件，但可以采用例如初始應(yīng)力、初始應(yīng)變等條件；3.對(duì)于頻域動(dòng)力學(xué)分析，不能定義初始條件；所有涉及特定狀態(tài)的頻域計(jì)算都必須以預(yù)應(yīng)力模態(tài)方式處理；碰撞問(wèn)題，球體的初始速度為10m/s,其它參數(shù)初始值為缺省值-零；4.初始條件分為兩類：常規(guī)初始條件：用于確定t＝0時(shí)刻初始值，這些初始值是求解基本方程必須的；缺省為零；特殊初始條件：初始缺陷（求解非線性屈曲問(wèn)題）；

前處理-定義初始條件前處理-網(wǎng)格劃分17有限元計(jì)算-求解控制18求解器的選擇迭代方法的選擇收斂準(zhǔn)則的確定時(shí)間步長(zhǎng)的定義輸入輸出控制。。。。后處理191云圖修改云圖顏色等值線圖

Smooth圖2時(shí)間步控制3同時(shí)顯示多個(gè)結(jié)果圖4矢量圖5接觸反力和支反力圖6顯示相對(duì)位移（relativedisplacement）7節(jié)點(diǎn)或時(shí)程曲線8列表顯示結(jié)果results9極值列表顯示10合力計(jì)算（combination）11Beam、Truss單元表12切面顯示cutsurface13等值面isosurface14包絡(luò)圖envelop15CFD功能流動(dòng)阻力Dragforce

截面流量volumeflux

粒子流顯示Particaldisplay

質(zhì)量分?jǐn)?shù)MassRatio16自定義變量resultant17標(biāo)注文字18頻域－時(shí)域曲線轉(zhuǎn)換19過(guò)程動(dòng)畫顯示后處理20優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程21CAD與CAE的交互22基于個(gè)性化特征的生物力學(xué)評(píng)價(jià)23基于個(gè)性化特征的生物力學(xué)評(píng)價(jià)24SocketDesignManufactureFittingAssessmentYesNoFEAManufactureFittingAssessmentDeliveryYesNoSocketDesign基于個(gè)性化特征的生物力學(xué)評(píng)價(jià)25建模軟件-mimics26Mimics軟件：Mimics是Materialise公司的交互式的醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)，即Materiaise'sinteractivemedicalimagecontrolsystem.模塊化結(jié)構(gòu)的軟件圖像導(dǎo)入：支持大多數(shù)圖像格式的導(dǎo)入（Dicom，BMP、JPG）圖像分割：提供灰度閾值、區(qū)域生長(zhǎng)、形態(tài)學(xué)操作、布爾操作、動(dòng)態(tài)區(qū)域生長(zhǎng)、多層編輯等分割工具。幫助用戶快速方便地突出感興趣區(qū)域圖像可視化：提供原始數(shù)據(jù)的軸狀、冠狀和矢狀試圖；提供根據(jù)感興趣區(qū)域重建得到的三維試圖、并可以進(jìn)行三維試圖的平移，縮放和旋轉(zhuǎn)。同時(shí)能夠剪裁三維模型圖像配準(zhǔn)：提供圖像配準(zhǔn)、點(diǎn)配準(zhǔn)和STL配準(zhǔn)功能圖像測(cè)量：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量、輪廓線和灰度值測(cè)量、密度測(cè)量快速成型（RP）切片模塊、MedCAD模塊、仿真模塊、STL+模塊建模軟件-mimics27建模軟件-mimics28建模軟件-mimics29建模軟件-mimics30用Rapidform平滑31-用Rapidform平滑32用Rapidform平滑33用Rapidform平滑34其它建模方法35ADINA軟件36ADINA軟件是美國(guó)ADINA公司的產(chǎn)品，也是唯一的產(chǎn)品，是基于有限元技術(shù)的大型通用分析仿真平臺(tái)。公司的創(chuàng)始人以及軟件的領(lǐng)導(dǎo)者之一，是美國(guó)麻省理工學(xué)院的K.J.Bathe教授。整個(gè)Adina系統(tǒng)包含完整的前后處理器以及求解器，并且求解器的功能涵蓋從基本結(jié)構(gòu)分析到流固耦合分析，程序包含如下模塊：

ADINA-AUI(前后處理模塊)；ADINA-F(流體分析模塊)

ADINA（結(jié)構(gòu)分析模塊）；ADINA-FSI（流固耦合分析模塊）

ADINA-T（熱分析模塊）；ADINA-TMC（熱結(jié)構(gòu)耦合分析模塊）

ADINA-TRANSOR（與CAD系統(tǒng)的專用接口）如Pro/Eengineer,I-DEAS,AutoCAD/MDT,PATRANADINA軟件-用戶界面371.主菜單區(qū)2.模塊選擇區(qū)3.圖標(biāo)工具條4.圖形區(qū)5.命令輸入窗口6.信息窗口7.鼠標(biāo)跟隨說(shuō)明123334567ADINA軟件-用戶界面38ADINA功能區(qū)ADINA子功能區(qū)結(jié)構(gòu)模塊CFD模塊溫度場(chǎng)模塊后處理模塊模塊區(qū)中定義分析的類型，是使用ADINA應(yīng)首先設(shè)置好的一項(xiàng)，選擇適當(dāng)?shù)姆治鲱愋秃?，ADINA部分菜單（主要是位于MODEL主菜單中選項(xiàng)）將隨之改變；在ADINA功能區(qū)中定義選擇適當(dāng)?shù)姆治瞿K，然后在子功能區(qū)中選擇分析類型。如結(jié)構(gòu)分析模塊中的分析類型包括：分別為：靜態(tài)分析模態(tài)分析模態(tài)疊加瞬態(tài)分析模態(tài)應(yīng)力計(jì)算振型參與因子計(jì)算瞬態(tài)動(dòng)力分析線性屈曲分析非線性屈曲分析ADINA軟件-用戶界面3.圖標(biāo)工具條General工具欄：包含基本的Windows操作和視圖功能；建模工具欄：包含所有的建模功能、材料和單元屬性定義；模型顯示工具欄：以線框、陰影、實(shí)體等不同方式顯示模型、模型節(jié)點(diǎn)、單元號(hào)等；后處理顯示工具欄：包括常用后處理功能，包括繪制云圖、矢量圖、切片顯示、動(dòng)畫等；圖標(biāo)工具條包括ADINA大部分（70％）常見的操作，按照其功能相關(guān)性，分為四組：ADINA軟件-用戶界面打開文件General工具欄新建文件存儲(chǔ)文件取消重做重畫清除圖形模型顯示模型顯示修改默認(rèn)方式顯示圖形顯示荷載信息顯示約束信息查詢鍵拾取鍵動(dòng)態(tài)縮放動(dòng)態(tài)移動(dòng)動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)放大縮小網(wǎng)格縮放顯示圖片輸出高亮度顯示ADINA軟件-用戶界面生成點(diǎn)Modeling工具欄坐標(biāo)系統(tǒng)生成線單元類型點(diǎn)網(wǎng)格劃分線網(wǎng)格劃分施加荷載掃掠成體Body刪除點(diǎn)生成面生成體Volume生成體Body刪除線刪除面刪除體Volume刪除體Body面網(wǎng)格劃分體Volume網(wǎng)格劃分邊網(wǎng)格劃分面Face網(wǎng)格劃分體Body網(wǎng)格劃分刪除網(wǎng)格約束邊界梁截面量距離求解旋轉(zhuǎn)成體Body切平面布爾運(yùn)算Body修改器ADINA軟件-用戶界面消影顯示Display工具欄線框模型顯示顯示點(diǎn)號(hào)顯示接觸面陰影顯示顯示區(qū)顯示幾何模型Segment法向顯示約束方程顯示視圖存儲(chǔ)模型顯示方式存儲(chǔ)顯示點(diǎn)顯示線顯示面區(qū)顏色設(shè)定生成區(qū)當(dāng)前區(qū)顯示線號(hào)顯示面號(hào)顯示體號(hào)顯示節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記顯示顯示單元號(hào)顯示材料軸視圖重置模型顯示方式重置ADINA軟件-用戶界面修改繪制云圖方式Results工具欄繪制云圖控制時(shí)間步清除云圖使用或設(shè)置云圖繪制方式荷載步動(dòng)畫錄制動(dòng)畫放映云圖光滑處理清除矢量圖顯示所有網(wǎng)格線切片顯示變形比例放大模態(tài)動(dòng)畫錄制輸出AVI動(dòng)畫文件快速云圖繪制矢量圖繪制矢量圖修改快速矢量圖繪制使用設(shè)置矢量圖繪制方式顯示輪廓線顯示組輪廓線不顯示網(wǎng)格線顯示變形后模型顯示原模型清除動(dòng)畫ADINA軟件-用戶界面*.in命令流輸入文件*.idb數(shù)據(jù)庫(kù)文件*.por結(jié)果文件*.dat求解文件*.res重啟動(dòng)文件*.ses工作記錄文件*.pdb后處理數(shù)據(jù)庫(kù)文件*.plo后處理命令流文件*.map結(jié)果映射－傳遞文件*.tem溫度結(jié)果文件－傳遞文件*.in命令流輸入文件*.idb數(shù)據(jù)庫(kù)文件讀入文件(File>Open)輸出文件(File>Saveas)

其它輸入文件*.x_tParasolid幾何模型文件*.igsIGES幾何文件*.nasNastran數(shù)據(jù)文件ADINA軟件-用戶界面菜單：

Files>文件接口和轉(zhuǎn)換讀入Nastran和IGES文件等外部文件；轉(zhuǎn)換成其他版本文件；文件列表；退出AUI；ADINA軟件-用戶界面ADINAUserInterfaceUsersGuideADINAUserInterfaceCommandReferenceManualVolumeIVolumeIIVolumeIIIVolumeIV（ADINA命令手冊(cè)，共四本。主要用于命令執(zhí)行AUI功能的參考，對(duì)多數(shù)用戶建議采用圖標(biāo)和菜單方式進(jìn)行AUI操作；）ADINAUserInterfacePrimer(帶相應(yīng)的命令流輸入文件)（ADINA入門訓(xùn)練手冊(cè)，包括共30個(gè)例題詳細(xì)StepbyStep步驟，是一本系統(tǒng)的ADINA學(xué)習(xí)手冊(cè)，適合任何初學(xué)者使用；）ADINA軟件-學(xué)習(xí)資料及用途TheoryandModelingGuideVolumeIVolumeIIVolumeIII（ADINA理論手冊(cè)，共三本，包括結(jié)構(gòu)、熱、流體領(lǐng)域ADINA所涉及到的求解理論，以及如何建立正確分析模型的指導(dǎo)和建議。熱/機(jī)械耦合、流/固耦合的理論分別包含在熱、流體理論手冊(cè)中。在流體手冊(cè)中還包括了ADINA求