有限元建模与仿真三

有限元建模与仿真（三）1现代有限元分析系统的组成2有限元建模、分析软件及应用几何建模的方法自下而上(Native)点、线、面、体Point、Line、Surface、Volume3前处理前处理4前处理5几何建模的方法自上而下(parasolid）直接定义体或面与其它软件的接口Body、Face、Edge前处理6有限元模型材料属性的定义单元类型的选择连接关系的定义单元网格的划分边界条件的设置载荷条件的设置7前处理线弹非线弹塑性热本构蠕变橡胶/泡沫粘弹垫片材料势流体岩土混凝土多孔介质用户定义…结构材料表前处理-定义材料属性多线性塑性材料(MultiLinear)：yy随动硬化方式反向加载各向同性硬化方式反向加载前处理-

定义材料属性包括：定义单元生死特性(几何Line/Edge/Surface/Face/Volume/Body上)；定义梁单元截面特性（在几何Line/Edge上）；定义杆单元的截面积、初始应变（或轴力）（在几何Line/Edge上）；定义复合材料或各向异性材料的材料坐标系(几何Surface/Face/Volume/Body上)；定义Beam单元的刚性端、铰接端点（在几何Line/Edge上）；定义质量单元或阻尼单元(几何Line/Edge/Surface/Face上)；前处理-

定义几何模型的物理属性前处理-

定义单元类型单元共分为很多大类，如Truss，IsoBeam，Shell等，每一类都包括低阶或高阶单元，并可能有不同的算法；单元类型的多少是评价分析软件的重要指标之一对几何元素划分单元时必须指定一个单元类型，包含这个单元组的一些特性：材料特性几何非线性单元积分点个数节点自由度结果输出控制自由度边界条件是最常见的一种边界条件，控制节点的任意自由度状态为Fixed或Free两者之一；约束方程类边界条件约束方程；刚性联接（RigidLink）；用来定义物理主体与从体的运动自由度相关性；特殊边界条件：

Beam单元端点释放；流固耦合FSI边界；势流体边界；表面张力；前处理-

定义边界条件前处理-定义边界条件131.载荷可以分为两类，一种是标量；一种是矢量，具有方向性，如集中力force；对于矢量载荷，不但要定义大小，而且需要确定其方向；2.施加载荷前，首先要定义载荷（及其方向），载荷的大小称为Magnitude。然后选择加载几何元素以及时间函数等参数。缺省的时间函数为时间函数1；3.加载主要加载在几何元素上，也可以加载在节点和单元上。加载在几何元素上的载荷不受网格划分的影响；4.分布载荷在加载的同时，用户可以选择使用空间函数，用来描述载荷随几何体的空间不均匀分布特征；前处理-定义载荷Pressure：压力Force/Moment：集中力/力矩Displacement：位移Line：线Centrifual：离心力masspropotional：质量相关力Electromagnetic：电磁力Pipeinternalpressure：管单元内压Temperature：温度Temp.Gradient：温度梯度Poreflow：孔隙流速Porepressure：孔隙压力Contactslip：一种特殊接触压力算法Distributefluid-potential：分布势Concentratefluid-potential：集中势载荷类型：前处理-定义载荷V=87.6m/s1.对于时域瞬态动力分析，必须指定必要的初始条件才能求解；常用的初始条件与运动相关，如初始速度；2.对于静力问题，求解同样需要初始条件。但由于过程在伪时间内进行，几乎不采用运动相关的初始条件，但可以采用例如初始应力、初始应变等条件；3.对于频域动力学分析，不能定义初始条件；所有涉及特定状态的频域计算都必须以预应力模态方式处理；碰撞问题，球体的初始速度为10m/s,其它参数初始值为缺省值-零；4.初始条件分为两类：常规初始条件：用于确定t＝0时刻初始值，这些初始值是求解基本方程必须的；缺省为零；特殊初始条件：初始缺陷（求解非线性屈曲问题）；

前处理-定义初始条件前处理-网格划分17有限元计算-求解控制18求解器的选择迭代方法的选择收敛准则的确定时间步长的定义输入输出控制。。。。后处理191云图修改云图颜色等值线图

Smooth图2时间步控制3同时显示多个结果图4矢量图5接触反力和支反力图6显示相对位移（relativedisplacement）7节点或时程曲线8列表显示结果results9极值列表显示10合力计算（combination）11Beam、Truss单元表12切面显示cutsurface13等值面isosurface14包络图envelop15CFD功能流动阻力Dragforce

截面流量volumeflux

粒子流显示Particaldisplay

质量分数MassRatio16自定义变量resultant17标注文字18频域－时域曲线转换19过程动画显示后处理20优化设计过程21CAD与CAE的交互22基于个性化特征的生物力学评价23基于个性化特征的生物力学评价24SocketDesignManufactureFittingAssessmentYesNoFEAManufactureFittingAssessmentDeliveryYesNoSocketDesign基于个性化特征的生物力学评价25建模软件-mimics26Mimics软件：Mimics是Materialise公司的交互式的医学影像控制系统，即Materiaise'sinteractivemedicalimagecontrolsystem.模块化结构的软件图像导入：支持大多数图像格式的导入（Dicom，BMP、JPG）图像分割：提供灰度阈值、区域生长、形态学操作、布尔操作、动态区域生长、多层编辑等分割工具。帮助用户快速方便地突出感兴趣区域图像可视化：提供原始数据的轴状、冠状和矢状试图；提供根据感兴趣区域重建得到的三维试图、并可以进行三维试图的平移，缩放和旋转。同时能够剪裁三维模型图像配准：提供图像配准、点配准和STL配准功能图像测量：点对点测量、轮廓线和灰度值测量、密度测量快速成型（RP）切片模块、MedCAD模块、仿真模块、STL+模块建模软件-mimics27建模软件-mimics28建模软件-mimics29建模软件-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软件36ADINA软件是美国ADINA公司的产品，也是唯一的产品，是基于有限元技术的大型通用分析仿真平台。公司的创始人以及软件的领导者之一，是美国麻省理工学院的K.J.Bathe教授。整个Adina系统包含完整的前后处理器以及求解器，并且求解器的功能涵盖从基本结构分析到流固耦合分析，程序包含如下模块：

ADINA-AUI(前后处理模块)；ADINA-F(流体分析模块)

ADINA（结构分析模块）；ADINA-FSI（流固耦合分析模块）

ADINA-T（热分析模块）；ADINA-TMC（热结构耦合分析模块）

ADINA-TRANSOR（与CAD系统的专用接口）如Pro/Eengineer,I-DEAS,AutoCAD/MDT,PATRANADINA软件-用户界面371.主菜单区2.模块选择区3.图标工具条4.图形区5.命令输入窗口6.信息窗口7.鼠标跟随说明123334567ADINA软件-用户界面38ADINA功能区ADINA子功能区结构模块CFD模块温度场模块后处理模块模块区中定义分析的类型，是使用ADINA应首先设置好的一项，选择适当的分析类型后，ADINA部分菜单（主要是位于MODEL主菜单中选项）将随之改变；在ADINA功能区中定义选择适当的分析模块，然后在子功能区中选择分析类型。如结构分析模块中的分析类型包括：分别为：静态分析模态分析模态叠加瞬态分析模态应力计算振型参与因子计算瞬态动力分析线性屈曲分析非线性屈曲分析ADINA软件-用户界面3.图标工具条General工具栏：包含基本的Windows操作和视图功能；建模工具栏：包含所有的建模功能、材料和单元属性定义；模型显示工具栏：以线框、阴影、实体等不同方式显示模型、模型节点、单元号等；后处理显示工具栏：包括常用后处理功能，包括绘制云图、矢量图、切片显示、动画等；图标工具条包括ADINA大部分（70％）常见的操作，按照其功能相关性，分为四组：ADINA软件-用户界面打开文件General工具栏新建文件存储文件取消重做重画清除图形模型显示模型显示修改默认方式显示图形显示荷载信息显示约束信息查询键拾取键动态缩放动态移动动态旋转放大缩小网格缩放显示图片输出高亮度显示ADINA软件-用户界面生成点Modeling工具栏坐标系统生成线单元类型点网格划分线网格划分施加荷载扫掠成体Body删除点生成面生成体Volume生成体Body删除线删除面删除体Volume删除体Body面网格划分体Volume网格划分边网格划分面Face网格划分体Body网格划分删除网格约束边界梁截面量距离求解旋转成体Body切平面布尔运算Body修改器ADINA软件-用户界面消影显示Display工具栏线框模型显示显示点号显示接触面阴影显示显示区显示几何模型Segment法向显示约束方程显示视图存储模型显示方式存储显示点显示线显示面区颜色设定生成区当前区显示线号显示面号显示体号显示节点号节点标记显示显示单元号显示材料轴视图重置模型显示方式重置ADINA软件-用户界面修改绘制云图方式Results工具栏绘制云图控制时间步清除云图使用或设置云图绘制方式荷载步动画录制动画放映云图光滑处理清除矢量图显示所有网格线切片显示变形比例放大模态动画录制输出AVI动画文件快速云图绘制矢量图绘制矢量图修改快速矢量图绘制使用设置矢量图绘制方式显示轮廓线显示组轮廓线不显示网格线显示变形后模型显示原模型清除动画ADINA软件-用户界面*.in命令流输入文件*.idb数据库文件*.por结果文件*.dat求解文件*.res重启动文件*.ses工作记录文件*.pdb后处理数据库文件*.plo后处理命令流文件*.map结果映射－传递文件*.tem温度结果文件－传递文件*.in命令流输入文件*.idb数据库文件读入文件(File>Open)输出文件(File>Saveas)

其它输入文件*.x_tParasolid几何模型文件*.igsIGES几何文件*.nasNastran数据文件ADINA软件-用户界面菜单：

Files>文件接口和转换读入Nastran和IGES文件等外部文件；转换成其他版本文件；文件列表；退出AUI；ADINA软件-用户界面ADINAUserInterfaceUsersGuideADINAUserInterfaceCommandReferenceManualVolumeIVolumeIIVolumeIIIVolumeIV（ADINA命令手册，共四本。主要用于命令执行AUI功能的参考，对多数用户建议采用图标和菜单方式进行AUI操作；）ADINAUserInterfacePrimer(带相应的命令流输入文件)（ADINA入门训练手册，包括共30个例题详细StepbyStep步骤，是一本系统的ADINA学习手册，适合任何初学者使用；）ADINA软件-学习资料及用途TheoryandModelingGuideVolumeIVolumeIIVolumeIII（ADINA理论手册，共三本，包括结构、热、流体领域ADINA所涉及到的求解理论，以及如何建立正确分析模型的指导和建议。热/机械耦合、流/固耦合的理论分别包含在热、流体理论手册中。在流体手册中还包括了ADINA求