第二章 ADINA功能简介

第二章 ADINA功能简介一、ADINA用户界面ADINA是一个全集成有限元分析系统，所有分析模块使用统一的前后处理用户界面ADINA User Interface (AUI)，易学易用，采用友好Windows图标风格创建几何模型，实现所有建模和前后处理功能。

其命令流文件Jobname.in自动记录跟踪用户的所有输入数据，用户可以根据需要随意查看、编辑Jobname.in文件达到重建或修改整个模型的目的。

ADINA-AUI的主要特点是：采用Parasolid为核心的实体建模技术，这是许多大型CAD 软件采用地一种几何建模技术，因此可以方便地创建各种复杂的几何模型。

同时，ADINA 提供各种几何数据接口，可以与当前的各种主流CAD软件实行无缝集成（如Unigraphics,SolidWork、SolidEdge、Pro/ENGINEER、I-DEAS、AutoCAD等等），直接利用CAD软件生成的几何模型进行有限元分析计算。

ADINA提供了多种网格划分工具，能对复杂模型进行全自动六面体网格划分，单元大小易于调整。

另外ADINA不但可以与CAD软件实现无缝连接，而且还可以与Nastran等软件交换有限元模型数据。

1 前处理功能：•Windows图标风格•用户可以根据需要添加和减少图标，任意组织界面•可对常用功能操作自定义快捷键•具有Undo和Redo功能•模型动态旋转、缩放和平移•快速方便的布尔运算，快速建立复杂模型•各种加载方式，载荷可以随时间和空间位置而变化•多种网格划分功能，可对复杂模型进行自动六面体网格划分2 后处理功能：•支持各种结果变量可视化处理方法，具有网格变形图、彩色云图、等值线图、矢量图、曲线图及其它实用绘图功能•同一窗口可以显示不同的结果图形•可对模型图进行隐藏、透明显示•屏幕或文件变量数据列表•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－应变曲线、位移－时间曲线、应力－时间曲线等等•可以进行变量运算，从输出变量中定义导出变量•可以对相对结果进行图形显示（如最终时刻相对于t1时刻的变形情况－相对位移，常用于含地应力问题的变形结果处理。

）二、 土木建筑专用材料本构ADINA的材料模式十分丰富，除了通用的线弹性、弹塑性、粘弹、粘塑、蠕变等材料模式外，还提供了7种专用于土木方面的材料模式：曲线描述的粘土材料、Drucker-Prager 材料、Cam-clay材料、Mohr-coulomb材料、混凝土材料、LUBBY2徐变模型、多孔介质属性（骨架可以是任何材料模型或用户自定义的材料本构）。

•曲线描述的地质材料（curve description material model）这种材料模型主要用来模拟地质材料。

材料曲线用分段线性的方式给出了加载和卸载两种不同状态下的体积模量和剪切模量与体积应变的关系。

这种材料的一个重要特点是如果主拉伸应力超过了给定值，材料将会发生弱化。

程序提供了两个弱化选项：tension cut-off和cracking，一旦弱化发生材料将变为正交各向异性材料，对应于最大主拉伸应力方向的法向刚度和剪切刚度将会变小。

在tension cut-off模式中，对应于最大主拉伸应力方向的法向刚度和剪切刚度将会变小，但是应力将会保持不变，此种方式主要用于模拟材料的弹塑性流动。

在Cracking模式中除了法向刚度和剪切刚度变小，对应的法向应力和剪切应力也将释放，这主要用来模拟裂纹，如拉伸失效面。

• Drucker-Prager材料这种材料模型基于Drucker－Prager屈服条件，具有理想塑性Drucker－Prager屈服性能和Cap硬化性能，采用Drucker－Prager和Cap屈服方程。

除了在Cap曲线存在材料硬化外，一般Drucker－Prager材料为理想弹塑性材料，不具有材料硬化性能。

材料的拉应力不允许大于给定值（tension cut-off），一旦超过tension cut-off值，程序自动把全部剪应力置为零，全部正应力置为T/3（T为tension cut-off值）。

• Cam-clay材料这种材料模型是一种取决于压力的塑性材料，以椭圆屈服方程作为破坏判定准则。

主要用来模拟粘土材料在正常固结和超固结情况下的应变硬化和软化、模拟静水压力和弹性体积应变的非线性关系。

• Mohr-coulomb材料这种材料模型服从理想塑性Mohr-coulomb破坏准则。

当使用Mohr-coulomb材料时，由剪力引起的材料体积变形只取决于扩展角，因此为避免材料病态的大变形，应令扩展角小于摩擦角。

另外，材料的拉应力不允许大于给定值（tension cut-off），一旦超过tension cut-off 值，材料采用最大拉应力准则（Rankline准则）。

•混凝土材料ADINA提供的混凝土单元不仅可以模拟混凝土材料，同时也适用于模拟任何脆性岩石材料。

该单元可以描述材料非线性应力应变关系，同时考虑材料软化、模拟滞回曲线、模拟材料失效后性能（包括材料开裂后性能、压碎后性能、应变软化性能）、考虑温度作用的影响。

另外，虽然混凝土的泊松比通常为常量，但根据试验结果表明混凝土的应力超过最大应力80％以后，材料泊松比会发生变化，因此，程序中允许改变材料泊松比值。

混凝土材料的应力应变关系采用多轴应力应变关系，较好的模拟约束混凝土的作用。

ADINA中混凝土材料本构也适用于脆性岩土材料，并同样得到广泛的应用。

• LUBBY2徐变模型LUBBY2徐变模型主要用来模拟混凝土和岩石材料的长期徐变行为，用户可选择使用应变强化或时间强化。

徐变方程的系数既可以是常数也可以随温度而变化，另外在徐变模型中还考虑了卸载和周期载荷的影响，当材料的徐变过大时可能会导致材料破坏，用户也可以根据需要定义不同温度下的徐变破坏准则。

•多孔介质属性多孔介质属性主要用于承受静态或动态载荷的岩土多孔结构，它可以处理多孔固体骨架和通过它的流体之间的相互作用。

多孔介质属性可用来解决下列类型的问题：不排水条件多孔结构分析（Undrained analysis）、瞬态静力分析（固结分析Consolidation）、瞬态动力分析（多孔结构失效，例如土壤液化）。

在瞬态静力分析中，可以得到孔压、位移和应力分布以及它们随时间的变化。

在瞬态动力学分析中除可以得到瞬态靜力分析所能得到的结果外，更关心的可能是土壤的液化失效，在地震灾害中，地下结构土壤液化（Liquefaction）往往是一种重要的失效模式。

•其它材料本构除此之外，ADINA提供的本构包括Duncan-Zhang标准E-B模型以及随时间变参数材料模型,这些材料模型的使用通过动态链接库实现。

有关Duncan－Zhang模型的详细说明请参考第六章中相关内容。

三、 载荷与边界条件在ADINA中用户可以根据需要施加各种载荷：力、力矩、位移、线压力、面压力、离心力重力、电磁力等场力、管的内压力、温度、温度梯度、孔流、孔压力、热流密度、速度以及各种初始条件。

这些载荷既可以是恒定载荷，也可以随时间和空间位置的变化而发生变化，即载荷可以是时间和空间位置的函数。

其特点主要有：•载荷可以是时间和空间位置的函数，即定义时间函数和空间函数；•既可以模拟方向不变的力也可以模拟跟随力，在大变形问题中这将产生截然不同的两种结果，并且力的方向可以是任意的；•既可以模拟方向不变的压力也可以模拟结构表面跟随压力；•边界条件具有生死功能，可以随时间而变化，这在混凝土的浇注等应用中具有重要意义；•可以方便的给定任意方向的约束，如约束一条任意曲线的切向位移。

四、ADINA计算分析功能ADINA经过了大量工程问题的严格测试，由于其可靠性、高效性在土木工程行业中得到广泛应用并且取得极高的声誉。

•ADINA中非线性的概念分析各种土木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，在静力分析中能够有效地考虑各种非线性效应，即几何非线性、材料非线性、状态非线性等。

另外，ADINA在土木结构中，允许设置梁柱节点的刚度，可以指定其为刚性节点、有限刚度节点、铰节点（释放某一点的内力），以便更加真实的反映框架结构、框架剪力墙结构的实际工作状态。

•几何非线性：ADINA在结构计算中可以考虑大变形、大应变、应力刚化等几何非线性问题，在土木行业中应用相当广泛，例如在大跨度悬索结构、薄膜结构、各种类型桥梁结构中（悬索桥、斜拉桥等）、高层钢结构、固液耦合分析中均需考虑多种几何非线性。

•材料非线性：ADINA提供各种非线性材料模式，例如多种弹塑性、非线性弹性、超弹、粘弹、粘塑、蠕变、复合材料、混凝土材料及专用的岩土材料模式、多孔介质材料模型等等，同时程序允许用户自定义材料模型。

丰富的材料模式及其高效可靠的非线性求解功能使得ADINA在各种工程问题中得到广泛应用，例如土体的固结沉降分析、孔隙水的消散问题、堤坝开挖及回填对土体的扰动问题、混凝土坝、土坝等的渗流分析、钢筋混凝土结构徐变分析、预应力钢筋松弛问题分析、薄膜结构的找形问题等等。

•状态非线性：ADINA可以有效模拟接触、单元死活、流固耦合、结构/孔隙流体/温度等多种状态非线性问题。

接触分析：在许多工程问题的分析计算中都需要用到接触分析，如钢筋与混凝土的锚固粘结、握裹力情况、桩土相互作用、基岩中节理、裂隙、隧洞岩土体与衬砌间的相互作用、钢结构中支撑与结构间的相互作用等等。

ADINA可以根据接触表面的实际情况定义摩擦系数，摩擦系数可以随接触压力而变化，能够考虑物体间的粘结、滑动等状态，模拟多实体间重复的接触、分离过程。

接触分析中考虑的工况有：多体接触、柔性体或刚体、无摩擦接触或有摩擦接触、支持物体的小应变、大应变及各种材料非线性、接触物体可以处于低速（静态）或高速运动状态（碰撞、冲击）、可以指定接触面偏移、设定接触面的死活状态等等。

除此之外，对于存在接触界面的复杂结构，ADINA可以进行模态、谐响应、响应谱等所有基于频域的分析，此时采用ADINA提供的特别模态求解器Determinant-Seartch。

单元生死：单元生死主要用于模拟材料的添加和减少，ADINA单元生死主要用于土木结构施工仿真分析（基岩中洞室的开挖、加设支撑；基坑、隧洞的开挖支护；堤坝施工等）；结构修复分析的托换过程（例如震灾后高层结构、桥梁结构中替换局部破坏的结构构件等）；结构加固分析等。

关于ADINA单元生死的特点请参考第五章岩土与地下空间中相应内容。

流固耦合分析：ADINA中流固耦合（FSI）求解分为两类，即结构与基于N-S 方程流体(CFD)的耦合求解以及结构与势流体（Potential Fluid）的耦合求解。