ADINA结构+流体

ADINA 技术资料技术资料汇总汇总ADINA 技术资料汇总 (1)结构方面 (2)重启动的作用 (2)约束方程的用处 (2)接触问题 (2)接触的一个常见警告信息 (2)接触问题不收敛的原因 (3)初始接触穿透的解决 (3)接触问题中的摩擦系数设置 (3)摩阻力的计算 (3)一个系统的阻尼与什么有关 (3)阻尼 (4)流体方面 (5)流体力学无量纲化分析 (5)VOF 方法 (6)结构方面重启动的作用重启动是以第一步计算的结果为初始条件开始第二步的计算。

如果是分步加载，可以使用重启动，但也可以不用重启动，time function 可以直接实现此功能。

如用重启动，第一次加载先计算一次，然后重启动，再计算第二次加载，由于二次加载时第一次的荷载停止作用，因此需要删除此载荷，这样如果分析是非线性，则第一次加载计算的应力应变重启动后将被继承；在线弹性分析中，重启动的求得结果是两次的迭加。

约束方程的用处个人感觉ADINA 的约束方程很好用，可以施加在节点上，也可能施加在几何体上，这是它的最大方便之处，其用途很多，本人接触的有以下几种：通过刚性体（刚度很大）加载，这时往往需要将与刚体接触的面进行约束方程处理。

处理铰链连接方式，如果有铰链存在，我们可以在铰链处建立两个点，而后将这两个点的移动自由度采用约束方程耦合起来。

均匀扩孔，如圆形管内壁受高压作用时，可以将内壁上的节点的径向自由度采用约束方程进行耦合。

处理不同质量网格的界面连接问题，有时为了处理网格的需要我们人为的将一个体分成几个体并单独划分网格，但界面上网格不连续，这时也可以采用约束方程来处理。

机构运动及其它运动物体之间的相互关系。

其它但约束方程也要慎用：单点与单点之间或单点与面之间的约束处理往往会造成很大的局部应力。

大变形或大位移中应该考虑：变形前的在变形后是否有变化。

接触问题接触问题属于一种强边界非线性问题。

接触的特点是在接触过程中，受接触体变形和接触边界上摩擦作用的影响，使得部分边界条件随加载过程而变，且不可恢复。

用有限元法对接触问题求解时，一般采用接触单元法，例如在ANSYS 中就采用了很多的类型的接触单元，通常的接触单元一般是有厚度的接触单元，但是在ADINA 中设置接触是通过设置无厚度的接触单元来实现的。

在两个接触体间施加接触单元，通过接触单元来跟踪接触位置，保证接触协调性，并在接触表面之间传递接触法向应力和切向的摩擦力。

接触的一个常见接触的一个常见警告信息警告信息Q ：在做关于接触问题的时候常会碰到诸如此类的警告信息：Contactor node 15176 belongs to different contactor surfaces 4 and 3 in contact group 1A ：A contactor node should preferably not belong to more than one contact surface in a contact group, otherwise thecontactor node may be over-constrained. 这个是ADINA 帮助文件的中的说明。

这种情况通常发生在两个面有相交线，线上有共用的结点，但这两个面分别属于相同接触组里面的不同接触对。

可以将这两个面分别放在不同CG 里面，就可以了。

接触问题不收敛的原因Q ：多个零件都是接触装配关系，在计算到稳定接触前是自由的，类似缺少自由度约束；模型里面的各个体本来就用刚度很小的弹簧单元约束起来了，这样的自由度约束还不够吗？A ：一般来讲只要弹簧约束足够就没有问题，但有时候由于刚度相差太大还是会导致模型不稳定，可适当增大弹簧刚度或和启动Control －》Options-> 下面的Matrix Stablization 控制联合使用。

初始接触穿透的初始接触穿透的解决解决Q ：模型的各个接触面，在实际中本来就是紧贴在一起的，建模的时候也就紧贴在一起了，请问这类接触初始穿透应该如何解决？是否需要修改接触容差之类的选项？A ：模型的各个接触面，在实际中本来就是紧贴在一起的，但由于网格划分不一致的原因可能导致初始穿透，特别是对曲面容易出现这种情况，平面一般没有这种情况。

可以在接触面上减小单元尺寸这样会减小初始穿透，另外在接触控制对话框下选择忽略这种初始穿透。

试一下调小加载的步长；将接触算法改为Segment Based 方式，其对于有摩擦的接触较合适，但需要的计算时间可能会更多；在CG 的定义里面，如果选择Elimiinate Initial contact penetration 的话，在Time to Elimiinate Initial contactpenetration 的框里面可以填个大点的时间，甚至在前几个时间步里面不加任何荷载，就用于消除Initialcontact penetration ；在ATS 的定义里面，选上Use Low-Speed Dynamics 。

这是个有利于收敛的技术，相当于引入虚拟加速度，增加刚度阻尼。

假如这三样都不行，不妨重新定义一下接触，有时候这里可能有些小问题不容易察觉；要不就修改收敛准则。

接触问题中的摩擦系数设置Note that frictional contact is computationally more expensive. 这是帮助上的原话。

其实摩擦系数的设置，在ADINA 里计算是不一样的，因为动力学方程是不同的，因此计算的过程要复杂。

Normal contact w-function parameter 和Frictional contact v-function parameter 的设置主要是体现在选用constraintfunction 算法进行接触计算的constraint function 里一个参数大小的设置。

用constraint function method 进行接触条件的处理是ADINA 独有的方法（K.J.Bathe ）这是因为该算法算法稳定收敛快的特点。

别的有限元软件一般都有罚函数法或拉格郎日法处理接触条件的。

摩阻力的计算你要先知道接触计算最后的输出结果都有哪一些，一般为切向力乘以周长并在深度上求积分就可以了。

一个系统的阻尼与什么有关一般说来，结构的阻尼只和结构的材料特性有关，阻尼实际上就是材料耗能的能力。

结构的固有频率和结构的边界条件有关，由于一般在进行结构的动力学分析时，假设结构的阻尼矩阵是质量矩阵和刚度矩阵的线性组合，而所求得的模态阻尼是将结构解藕以后的模态阻尼，其与结构的质量矩阵进和刚度矩阵有关，因此，反映在结构的阻尼和结构的边界有关。

其实，对模态分析有了进一步的了解后，大家就会发现模态分析里的阻尼是“人造”的阻尼，为了分析的方便而构成了一种所谓的比例阻尼。

阻尼的问题是一个还远未得到解决的问题。

也就是说阻尼与边界条件是没有关系的，怎么安装阻尼都是一样的，只是模态阻尼由于质量矩阵和刚度矩阵的变化，所以才产生不同边界条件有所不同。

阻尼是系统的固有特性，而不仅仅可以认为是材料的特性，对于一个振动系统，我们定义所有消耗系统机械能的因素都为阻尼。

例如：空气等流体对于速度的衰减；材料本身内摩擦将机械能转化为热能；装配体中两个相连的零件的摩擦和相互剪切（例如螺栓链接处我们认为有阻尼）等。

一般把阻尼分为3类：外（环境）阻尼，材料阻尼，滑移阻尼。

材料阻尼和滑移阻尼统称为结构阻尼。

（1）外阻尼：周围的流体介质、或固体外界环境引起的阻尼。

随着速度增加，流体阻尼不再是速度的线性函数。

干摩擦也是常见的非线性阻尼；（2）材料阻尼：系统内部的材料的内摩擦阻尼称为材料阻尼；（3）滑移阻尼：结构由于衬垫、铆接或螺栓连接时候，各个部件之间由于界面相对滑动或表面层的剪切效应产生的阻尼。

“材料阻尼”可以表现为宏观上进入塑性状态，因而加载和卸载不再按同一个曲线进行。

另外即使应力水平很低，应力应变关系仍然服从虎克定律，但是振动过程中以一定的频率加载、卸载时候，由于内摩擦阻尼的存在，因而形成滞回曲线。

“滑移阻尼”是更为复杂的问题，它与结构构造、工艺条件、使用情况等很多复杂因素有关。

从理论上讲，对于界面上压力为零时候，不产生阻尼；当压力很大时候，也不产生相对滑移，因而也不产生阻尼；当压力处于两者之间某处，产生最大的界面阻尼。

一般的，真实的阻尼有线性阻尼和非线性阻尼。

例如，当物体速度较慢，受到空气等粘性流体衰减时候，我们认为是线性的；而对于例如摩擦等，认为是非线性的。

为了工程的应用，一种通常使用的手段就是把非线性来线性化。

所以我们在一般工程计算中，看到的和用到的阻尼大都是线性的。

线性化的基本思路就是：系统线性化阻尼系数和实际的非线性阻尼系数在一个周期内消耗的能量相等。

基于这个思路，我们就可以大胆和正确的使用线性阻尼来进行计算。

动力机械的结构阻尼一般采用瑞里近似阻尼公式：C=a[K]+b[M]表示，以刚度矩阵和质量矩阵的线性组合表示阻尼矩阵。

阻尼我们平时所说的系统阻尼是与质点的速度成正比的，这种阻尼叫粘性阻尼，这种粘性阻尼在低速粘性流体中确实是存在的。

但是这种情况是特列，实际问题中的阻尼是非常复杂的，一般通过试验了确定。

在工程问题中经常会遇到还有库仑阻尼、平方阻尼和迟滞阻尼等，属于非线性阻尼。

比如在ansys软件中，阻尼就分为几种方式：材料阻尼、结构阻尼、模态阻尼。

尽管几者内部是有联系的，但应用场合和代表的含义不同。

其中材料阻尼当然是本质，是不随任何外界变化的。

但是模态阻尼和结构阻尼，即使是同一种材料，对于不同结构、边界、频率等外界因素是不同的，可以认为他们是现象表征。

模态阻尼一般第一阶用10%其余各阶按频率比选取，结构阻尼一般材料用0.1，对于非特殊结构和材料结果偏差不大。

岩土材料属于非线性阻尼，是一种机构中常存在的结构阻尼，它由材料中的库仑摩擦所引起的，此时应力与应变不在是同相的，两者之间有各相位差，便是我们在土动力学中所学的应力-应变滞回曲线，系统振动时，在振动的一个周期内要消耗一定的能量。

流体方面流体力学无量纲化分析流体力学的控制方程（N-S方程）从数学的角度来看，在不同条件下可以分为椭圆、抛物和双曲型，不同类型的方程应该尽量采用相应的求解方法，比如说亚声速流动，任意一点的扰动是传遍全场的，也就是说在数学上具有椭圆型方程的性质。

在无粘超声速流动中任意一点的扰动只有有限的依赖域和影响域，因此具有波的传播性质，可以归结为双曲型方程，双曲型方程最大的一个特点就是存在弱解，具体地说就是任何一个光滑的初始条件都可能演变为具有间断的解，因此在现代空气动力学中如何准确或者说尽量准确的捕捉间断的位置和形状是最难解决的问题。