ADINA中单元生死
基于ADINA的隧道开挖变形分析
７ ２・
北 方 交Leabharlann 通 ２ ０ ０８基 于 Ａ Ｉ Ａ 的隧 道 开 挖 变 形分 析 ＤＮ
张 向东 刘 严
１３ ０ ） ２ ００ （ 辽宁工程技术大学 土木建筑工程学 院 ， 阜新 摘
要： 采用大型非线性有限元分析软件 Ａ ＩＡ对 隧道 开挖 变形进行数值模拟 ， 立二 维有限元分析模型； ＤＮ 建
生向洞 内的松胀变形 。当这种变形 超过 了围岩本 身 所 能承受 的能 力 时 ， 围岩 便 发 生破 坏 ， 而产 生 分 从 离、 坍塌 、 滑动 、 隆起 等。高速公路 隧道开挖后 ， 应 适 不 了卸荷 回弹 和应力 重分布作用 的低 强度 围岩将 发
生 塑性 变形和破坏 ， 种变 形和 破坏 通 常从 隧道 洞 这
下 台阶开挖 ，０ １下 台阶支 护 生成 ， ５步完成 ， ４． 分 步
长为 １。 Ｏ
表 １ 围岩与支护参数
由于隧道采用光面爆破 ， 所以围岩参数 中的弹性摸量有折减 。
４ 数值模拟 结果分 析
求解 ， 型底部边 界采 用 固定 ｚ方 向位 移 ， 、 边 模 左 右
界都采用固定 Ｙ方 向的位移约束条件。地表上方
不施加 荷载 。
Ａ ＩＡ在计算 岩 土变 形 和稳 定 性 方 面 具 有 很 ＤＮ
单元生死的定义： 对于方案一的开挖 ， ． （ １ １为 ０
第 １ 期 １
张向东等 ： 基于 Ａ Ｉ ＤＮ Ａ的隧道开挖变形分析
好 ， Ⅲ类 围岩。 属 此处为无仰 拱隧道 ， 埋深为 ５ ｍ， ０ 一次支护 为锚
喷支护， 采用长 ２５ ．ｍ的注浆锚杆 ， 环距为 ｌ Ｃ ５ ｍ；２
钢纤维混凝土 ，Ｏｍ； ＂ 衬砌为 ３ｃ 的钢纤 维混 ｌｃ －次 ５ｍ 凝土。
ansys adina abaqus 步骤
ANSYS分析步骤使用Ansys分析一个矩形截面梁求解在力F作用下梁的内力和变形，F=500KN，L=6m，B=400mm，H=600mm。
E=3e4一、准备1、用ANSYS PRODUCT LAUCHER启动软件，指定工作名称与标题；2、设定分析模块Preferences>Structural二、前处理（Preprocessor）1、定义单元属性Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete>Add>Beam3(Solid42/Solid45)>Ok(Solid42>Option>Plane Strain)2、定义单元实常数Preprocessor>Real Constant>Add/Edit/Delete>Add> Ok，在AREA输入0.4*0.6，IZZ输入0.4*（0.6**3）/12,HEIGHT输入0.6>Ok3、定义材料属性Preprocessor>Material Props>Material Model>Structural>Linear>Elastic>Isotropic，在EX输入3e7>OkPreprocessor>Material Props>Material Model>Structural>Density4、创建和读入几何模型Preprocessor>Modeling>Creat>Keypoints>In Active CS，选取两个点1（0,0,0）2（6,0,0）>Lines>Straight Line（Areas），连接1、2点5、划分单元获得网格模型Preprocessor>Meshing>MeshTool，对线进行划分，划分为12个单元单元生死（1）选择分析类型，Solution>Analysis Type> Analysis Options,打勾大变形影响和选择N-R选项；（2）打开初始应力文件，Solution>Load Step Opts>Initial Stress>Write Stresses （3）求解Solution>Solve>Current LS（4）读入初试应力，Solution>Load Step Opts>Initial Stress>Read IS File（5）关闭初始应力文件（6）杀死单元Solution>Load Step Opts>Other>Birth&Death>Kill element（7）再求解6、保存三、求解（Solution）1、定义边界条件Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes（On lines/On Areas），选择左边节点，选择All OFF，选择OK2、定义荷载Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment(pressure/inertia)>On Nodes，拾取右边节点，选择FY，在VALUE输入-500，选择OKSolution>Define Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global ,y除输入103、求解Main Menu：Solution>Solve>Current LS>Ok4、保存结果四、后处理（General Postproc）1、查看分析结果（变形和应力分布）Main Menu：General Postproc>Plot results>Deformed shape，>Read results>First set General Postproc>Plot results>Contour Plot>Nodal Solu, 查看节点云图 2、分析处理并评估结果1.打开程序AUI2.选择ADINA Structure3.定义点，选择Define points，输入点坐标，如需修改坐标如柱坐标（Cylindrical）可从Coordinate System中添加修改（注意辅助点也同时输入）4.Define lines 或Define surfaces划线和面5.利用Point labels或line labels等可查询点线面体的编号6.利用Cross section定义截面，注意截面s的方向应为指向辅助点的方向。
ANSYS单元生死总结
ANSYS单元生死总结主要参考了ANSYS帮助和ANSYS公司的培训资料，以及崔家春关于生死单元总结的文章，格式按照崔工的编排，很多内容也是他的总结，我加了些补充。
在ANSYS中，单元的生死功能被称为单元非线性，是指一些单元在状态改变时表现出的刚度突变行为。
1)单元生死的原理：1.在ANSYS中，单元的生死功能是通过修改单元刚度的方式实现的。
单元被“杀死”时,它不是从刚度矩阵删除了,而是它的刚度降为一个低值。
杀死的单元的刚度乘以一个极小的减缩系数(缺省为1e-6)。
为了防止矩阵奇异,该刚度不设置为0。
2.与杀死的单元有关的单元载荷矢量(如压力、温度)是零输出3.对于杀死的单元,质量、阻尼和应力刚度矩阵设置为0。
4.单元一被杀死,单元应力和应变就被重置为05.因为杀死的单元没有被删除,所以刚度矩阵尺寸总是保持着1.与之相似，当单元“活”的时候，也是通过修改刚度系数的方式实现的。
所有的单元,包括开始被杀死的,在求解前必须存在，这是因为在分析过程中刚度矩阵的尺寸不能改变,所以，被激活的单元在建模时就必须建立，否则无法实现杀死与激活。
2.当单元被重新激活时，它的刚度、质量与荷载等参数被返回到真实状态。
3.当大变形效应打开时（NLGEOM,ON），为了与当前的节点位置相适应，单元被激活后，其形状会被改变（拉长或压短）。
当不使用大变形效应时，单元将在原始位置被激活。
4.当单元“激活”后,它们没有任何应变历史记录，它们通过生和死操作被“退火”，生的时候所有应力和所有应变等于零。
2)单元生死求解过程：1 建模，对将要进行杀死或激活的单元进行分组。
这点非常重要，将会影响后续工作的效率。
2定义第一个荷载步。
在第一个荷载步中，必须选择分析类型和适当的分析选项。
通常情况下，应该打开大应变效应，而且当要使用单元死活行为时，必须在第一个荷载步中明确设置Newton-Raphson选项。
若不存在其它非线性,应明确指定完全Newton-Raphson 选项。
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。
面板堆石坝静动力有限元仿真模型及其应用
河海大学硕士学位论文
∞∞（ｃ）
图４－６坝体生死示意图
在ＡＤＩＮＡ中，单元生死可以通过给代表坝体的体赋生的时间来实现，如图４．７所示。
图４—７给体赋生时间输入框
而相应的水荷载等外部荷载的分期加载则需要通过定义时间函数来实现。
当不使用自动时间步长技术时，每个外部荷载将由一个时间函数来确定其在求解过程中随时间变化的性质。
４．３本章小结
本章首先对有限元软件ＡＤＩＮＡ进行简要介绍，然后介绍了本文中需用到的ＡＤＩＮＡ章节，着重探讨了接触面及分期加载在ＡＤＩＮＡ中的模拟。
４ｌ
第５章下六甲面板堆石坝静动力分析
虑坝体的应力和位移，所以对两岸坝肩等高线简化处理成直线，坝的整体有限元模型如图５．３所示。
坝体典型剖面的有限元网格如图５－４所示。
面板堆石坝坝轴向有限元网格图如图５．５所示。
图５—３面板堆石坝的整体有限元模型
图５—４面板堆石坝典型剖面有限元网格图
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图５－５面板堆石坝坝轴向有限元网格图。
ADINA基础操作详细教程
6 ADINA 待解决基础操作问题汇总 附录 相关资料
1 ADINA 程序及字体安装
1.1 程序安装
（ 1）进入安装程序 win32 文件夹
（ 2）双击 setup.exe文件 （ 3）进入安装界面
立模型、求解计算的顺序大致相同，简略介绍如下： 文件——内含新建文件，打开文件，保存、另存文件，以及与其他软件接口
按钮。 编辑——对界面环境的一些定义， 比如界面背景颜色， 内存分配，图形系统，
环境相关设置等。其中，图形系统包含两种， open GL 和 windows GDI ，前者对 机器要求高，若配置一般，推荐采用后者。 内存分配，有一定争论，期望大家积 极讨论。环境相关设置里边的版本设置， 本人使用过，但没成功，比如将 ADINA8.3 版本文件保存为 8.1 版本，始终无法实现，也请大家予以讨论。
此列按钮主要为后处理辅助按钮，不再详述。
依次为透明显示、正常显示、实体显示、剔除正面显示、 zone 按钮组、坐 标系显示按钮组、显示几何体、显示点、显示线、显示面、显示体、显示点号、 面号、体号、显示节点号、显示节点、显示单元号、显示材料轴、不同颜色显示
单元组、显示接触面、 显示接触方向、 显示刚性接触和约束、 网格类型按钮组 （纳 闷中）
视图——就是 2.1 所说的菜单及按钮显示和添加。 显示——除了一些特定按钮外， 包含了界面辅助信息的输入子菜单， 比如在 屏幕内输入标注字符（此方法将在辅助功能章节中详述） 控制——此菜单中所涵盖的均是对模型运算前的附加设定，包括计算名称、 自由度设定、时间函数设置、时间步设置、分析假设子菜单、计算运行设置，以 及对后处理文件的预设置功能。 其中分析假设子菜单中包括常用的大小应变或者 大小变形的设定菜单。 几何——内容主要是 Native 建模中点、线、面的定义按钮及辅助功能按钮， 不得不提到的是空间函数的子菜单—— spatial functions，空间函数可以制造不规 则效果，可以应用在荷载等边界条件中（本人没有实践，但感觉如此） ，菜单最 后一项为 domain，也就是常说的域，在同单元类型的网格之间考虑接触时，它 的设置是不可或缺的。 ADINA-M —— parasolid 建模方式的相关菜单，其中有布尔运算功能，也有 应用广泛的切片功能。
ADINA8.5新功能
ADINA8.5新功能与特点一、系统的新功能与特点1.1、ADINA8.5所支持的操作系统平台：（1）所有模块都有并行求解器，但只有ADINA和ADINA-T模块可以进行并行的矩阵组装（parallelized assembly）。
（2）只有ADINA结构模块可以。
（3）提供x86版本的AUI，以便使用ADINA-M模块。
（4）Red Hat9.0或更高版本，或相当的Linux版本。
（5）支持3GB内存空间。
1.2、Linux版ADINA8.5扩展名的改变：为了与Windwos版ADINA的文件扩展名一致，Linux版的ADINA8.5相应的文件扩展名进行了修改：二、ADINA结构模块新功能与特点2.1 分布式并行计算（DMP）Linux版ADINA8.5支持在由64位x86处理器计算机或者皓龙（Opteron）处理器计算机组成的计算机群（clusters）上进行并行计算。
对于隐式分析，稀疏矩阵求解器（Sparse）和三维迭代求解器（3D-Iterative）支持分布式并行计算（DMP）。
对于显示分析，荷载积分支持DMP，并且所有的显式接触算法都支持DMP，其中显式罚函数接触算法是完全并行的（full parallelized）。
需要注意的是，DMP版本需要单独的License授权，运行时的脚本文件也是与非DMP 版不同的。
DMP求解只能通过命令行实现。
2.2 ADINA热机耦合模型（ADINA TMC model）ADINA的热分析功能（ADINA-T）被加入到了ADINA结构模块（ADINA-Structures）中，这个分析功能被称为“ADINA TMC model”，这与此前的热机耦合模块（ADINA-TMC）是不同的。
ADINA TMC model可以实现两种求解功能：热与结构的顺序求解和热-结构耦合求解。
ADINA TMC model可以包括如下功能：●热分析可以使用杆单元（truss）、二维实体单元（2-D solid）、三维实体单元（3-Dsolid）、梁单元（beam）、等参梁单元（iso-beam）和管单元（pipe）。
ADINA计算温度场和温度应力场,TMC比较
Edited By LS_Terminator ADINA计算温度场和温度应力场，TMC比较关于ADINA-T中计算温度场，模型的建立，网格划分，荷载，边界条件，初始条件的施加，单元生死的定义，相信大家都很熟悉了，关于很多人都说ADINA建模很麻烦，但是我个人还是比较喜欢用它来建立模型，尤其它强大的六面体网格的剖分功能，网格的COPY、CONVERT等。
ADINA中计算温度应力场，一般有三种方法：一：在ADINA-T中，先计算好温度场，然后DELETE F.E.MODEL，再删除所有荷载，在不改变网格的布局，利用DA TA READ FROM FILE的方式来导入温度场，计算应力场。
二：在ADINA-T中，先计算好温度场，（计算是勾选CREA T MAPPING FILE）然后DELETE F.E.MODEL，再删除所有荷载，网格可以加密，可以变稀疏，网格形态等等，利用THERMAL MAPPING的方式来导入温度场，计算应力场。
三：在ADINA-S选择TMC来直接施加有关温度的荷载，边界条件，单元的生死，直接耦合计算温度场，温度应力场。
关于这三种方式我有几点想分享一下：1、由于ADINA在边界元交界处，对环境温度做了平均，所以在涉及到单元生死边界元交界处，计算出来的温度会偏低，所以在这个问题上，ADINA-T在T模块中通过设定环境温度在这个交界处，计算结果正常，不偏低。
然后利用上述的第一种，第二种，方式导入到ADINA-S中使计算结果，当然没有问题了。
2、还是同样的问题，如果在ADINA-S利用TMC来计算温度应力场的话，在涉及到单元生死的交界处，没有办法设定交界处的环境温度，当然算出来的温度场单元交界处的温度会偏低，但整体规律没有问题；既然交界处的温度偏低，那么这个位置的温度应力也会有所偏差了。
3、如果我的模型很复杂，这是我最近做的一个泵站的模型，模拟整个施工过程的温度场和应力场，混凝土的弹性模量采用随时间变化，不同颜色代表不同的浇注时段（10次），对于这个模型，如果采用TMC来做，我个人感觉不太合适，因为涉及到到的单元生死太多，边界元交界处的温度肯定会偏低，那么温度应力场就失真了；4、鉴于此我采用了第一种方式（第二种也行），由于模型很大，很复杂，如果我先删除了所有的网格，然后再在ADINA-S中重新划分网格，显然不能保证网格一致，实际情况也是，所以我采用ADINA中的网格COPY功能，将3D CONDUCTION全部COPY到ADINA-S中，变为3D SOLID这样的网格布局肯定是一样的，（如果我再次划分的话，体实在是太多，根本就不现实，难免出错）BOUNDARY CONVECTION肯定是忽略了，对于我算结构场也没有用，然后利用DA TA READ FROE FILE(THERMAL MAPPING)计算温度应力场。
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Edited By LS_Terminator
ADINA中单元生死定义
单元生死问题，相信很多人都会遇到，尤其在模拟施工过程的应力，温度场，温度应力场等等。
下面是我的一点点浅薄的认识：
1、单元生死定义方式
ADINA-S中定义单元生死有3种，ADINA-T中有2种，它们都是由时间来控制的。
第一，在定义ELEMENT GROUP的时候，这种定义方式，我个人认为在模拟开挖，然后打桩比较适合，会带来很多方便，在开挖的地方，不需要在同一位置，建立两个重复的体，或者面，只需划分两次单元，一次单元为土，一次为桩，定义单元生死的时候，只需要分别对土，桩的单元组定义BIRTH TIME、DEAD TIME。
第二，在ELEMENT PROPERTIES里面选择你要定义的单元类型；
这种定义方式，比较适合少量的体，面等几何体也比较简洁。
第三，在ELEMENT DA TA里面也可以定义单元生死；
不过这种方式比较一定要在划分单元之后才能使用，如果需要定义的体，面，线，非常多，非常建议用这种方式，这种方式和第一种在ADINA-S中是一致的，但是在ADINA-T中，第一种方式是不存在的，定义体，面，线很多的时候，建议选择第三种；这里面需要输入的BT、DT比较多，但是数值是一样，在EXCEL 里面直接复制一列过来即可。
2，单元生死定义的时间控制
“提前生，提前死”，所谓“提前生”，就是进行下一步计算之前，单元需要BIRTH，那么你的单元的BIRTH TIME就一定要稍微在进行下一步计算之前，例如：TIMESTEP=1S，需要BIRTH单元的时间T=5S，上一步计算时间为T=4S，那么你的BIRTH TIME设定就为（4<BIRTH TIME<5）。
如你的TIMESTEP=0.1S，需要BIRTH单元的时间T=5S，上一步计算时间为T=4.9S，那么你的BIRTH TIME 设定就为（4.9S<BIRTH TIME<5S）。
这两个BIRTHTIME的区域取用这两个区域中的任意一个数即可；
“提前死”就是进行下一步计算之前，单元需要死亡，那么你的单元的DEA TH TIME就一定要稍微在进行下一步计算之前，例如：TIMESTEP=1S，需要单元死亡的时间T=5S，上一步计算时间为T=4S，那么你的DEA TH TIME设定就为（4S<DEA TH TIME<5S）。
如你的TIMESTEP=0.1S，需要死亡单元的时间T=5S，上一步计算时间为T=4.9S，那么你的DEA TH TIME设定就为（4.9S<DEA TH TIME<5S）。
这两个DEA TH TIME的区域取用这两个区域中的任意一个数即可。
3、关于频域计算的单元生死
关于频域计算的单元生死，由于频域计算不涉及到时间问题，而单元生死是由时间来控制的，那么我个人认为的解决方法，就是把整个模型中涉及到单元生死的单元，划分不同的单元组，进行频域计算的时候，可以对应的仿真时间段，把不要的单元组删除就可以了，然后进行计算。
4、关于接触对的生死
和单元的生死定义是一致，但是如遇到类似挡土墙的问题，接触对是在单元BIRTH之后才产生的，那理所当然接触对的BIRTH TIME应该和单元BIRTH TIME一致，或者稍晚，但记住一定要在你下一步计算之前；DEA TH TIME同理以此类推。
5、心得
这三种方式（记住ADINA-T中只有两种哦）有时候需要配合使用，模型，
单元组，使用习惯每个人都不一样，不要盲目的使用一种，配合好了，会使得复杂模型的单元生死定义地简洁，方便。
这是我个人的一点浅薄的认识，和大家分享一下，难免有错误，希望大家批评指正。