ADINA有限元经典实例：施加初始条件

在ADINA软件中，初始条件一般可以分为两类：一类是施加常规初始条件（例如，位移、速度、加速度、应力、应变等），用来确定求解基本方程必需的t=0时刻的初始值（默认值为0）；另一类初始条件是施加初始缺陷，仅适用于ADINA-Structures模块。下面将分别介绍这两种初始条件的施加方法。

1.施加常规初始条件

单击菜单Model→Initial Conditions→Define可以定义初始条件，如图4-50所示。定义时，首先应该为定义的初始条件命名，然后单击表格左侧的下拉式菜单选择定义初始条件的变量，主要包括：位移、速度、加速度、温度、应变等，可以在该表格中编辑这些变量。下面只介绍初始应变的定义方法：图4-50对话框下部的Initial Strains are Interpreted as标签中包含有3个选项：Initial Strains、Initial Stresses和Initial Stresses Causing Deformations。默认选择为Initial Strains（初始应变），后两者表示输入初始应力。例如，默认情况下，变量Strain-11的含义为11方向的应变，如果选择后两者，则Strain-11的含义将改为Stress-11。需要注意的是：此处虽然名字没有改变，但含义已变（与ADINA定义斜坐标系类似，定义斜坐标系后，载荷的方向将变为斜坐标系中的对应方向，而不再是以前的含义，请读者注意）。选择输入应力时通常选择第3项，即：Initial Sresses Causing Deformations，这种方法只适用于简单的定义初始应力和应变的情况。如果模型的初始应变和初始应力比较复杂，则应该选用其他方法进行定义，详见4.8.2节“施加初始应变和应力”。

初始条件定义完毕，单击菜单Model→Initial Conditions→Apply可以将初始条件施加在模型上。定义的多个初始条件可以通过名字来区分，读者可以根据具体问题具体分析，将初始条件施加到模型对应的区域。需要注意的是：模型的初始条件也可以施加在节点上，通过菜单Model→Initial Conditions→Apply on Nodes来定义，这种方法通常用于施加初始应变场或初始应力场。施加初始条件时也可以使用空间函数，用来描述复杂的基于几何的初始条件。

定义初始条件的一些说明：

1）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，例如，初始速度。

2）对于静力问题分析，也可能需要定义初始条件。但由于静态求解过程在伪时间内进行，几乎不采用与运动相关的初始条件，但仍然可以采用初始应力、初始应变等条件。

3）对于频域动力学分析，则不能够定义初始条件。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，例如，进行重启动分析。

图4-50 施加初始条件

2.施加初始缺陷

一般情况下，初始缺陷主要用于非线性屈曲分析。主要包含3种定义初始缺陷的方法：

1）定义几何点和节点的偏移（Point/Node offset）。(www.xing528.com)

2）直接读入模态分析结果，并设置初始缺陷（Mode Shape）。

3）直接调整单元参数。例如，Truss单元的截面积、Shell单元的厚度等。

对于第1种方法：如果将初始缺陷定义在几何点上，可以单击菜单Geometry→Points或单击定义点的图标来修改几何点坐标，坐标的改变量即偏移量；如果将初始缺陷定义在节点上，可以通过单击菜单Meshing→Nodes→Define来定义节点偏移量。通常情况下，建模时一般采用定义节点偏移量的方法。

对于第2种方法：分析前需要预先进行线性屈曲（Linearized Buckling）分析，单击菜单Model→Initial Conditions→Imperfection，将节点位移输出到mod文件，如图4-51所示，将Initial Condition Type选择为Shape，将Imperfection Shape I/O选择为Export Nodal Displace-ments（to file.mod）。

在进行屈曲分析之前，单击菜单Model→Initial Conditions→Imperfection，将Initial Condi-tion Type选择为Shape，将Imperfection Shape I/O选择为Import Initial Nodal Displacements（from file.mod），然后将Initial Condition Type选择为Point，在表格中输入屈曲模态、几何点、自由度及偏移位移，如图4-52所示。需要注意的是：每种模态只能对应输入1个几何点，原因是：只要确定了1个点，模型中所有点的位移均可以确定。

对于第3种方法：直接调整单元参数（例如，修改Truss单元的截面积），可以单击菜单Model→Element Properties→Truss或单击Meshing→Elements→Element Data来设定，详细介绍请参见4.7.2节“设定单元属性”。如果希望修改Shell单元的厚度，可以单击菜单Meshing→Elements→Shell Thickness来设定。需要注意的是：此时壳的厚度与每个节点的厚度都有关系。

注意：通常情况下选择基于结构固有的低阶屈曲模态来施加初始缺陷，因此，即使手动进行节点偏移也要参考模态分析的结果。

屈曲分析施加初始缺陷的必要性：施加初始缺陷即增加了结构扰动的初始状态，使结构更容易沿着扰动的方向发生屈曲变形。对于某些沿载荷方向刚度对称的结构（例如，等截面圆杆受到均匀压力作用），如果不施加初始缺陷，结构不会发生屈曲变形。

图4-51 输出节点位移到mod文件

图4-52 定义初始缺陷