ADINA有限元经典实例分析前处理步骤

1.定义几何

1）启动ADINA-AUI，程序模块选择为ADINA Structures。单击菜单ADINA-M→Import Parasolid Model或图标，查找并打开文件M-example02.x_t。

2）单击菜单Geometry→Lines→Define（或图标），将弹出Define Line对话框。单击Add按钮，将Type选择为Straight，单击Point 1右侧的按钮，到图形区选择中间齿轮内径上的两个点（确认点号为549、550），单击Save按钮；再次单击Add按钮，将Type选择为Straight，选择其他3个小齿轮内径上的点，并创建3条直线。确认3条线所在的点号分别为（365，366）、（303，304）和（427，428）。创建完毕单击OK按钮退出对话框。

3）单击菜单Geometry→Lines→Split，将弹出Split Line对话框。在Line Number空白框处输入1，确认Parametric Value at with Line Split为0.5，单击Apply按钮；按照相同的操作方法，分别在Line Number处依次输入2、3、4，确认Parametric Value at with Line Split均为0.5，单击Apply按钮，将线4分割完毕单击OK按钮退出对话框。

4）依次单击图标和，此时图形区将出现齿轮的中心点。单击图标，然后删除图形区中已创建的所有线。需要注意的是：删除直线后，按下Esc键退出删除状态。删掉直线这一步也可以忽略，因为它并不影响正常的计算，删掉直线的目的是使图形区看上去更简洁。

5）单击菜单Geometry→Lines→Define（或单击图标），将弹出Define Line对话框。单击Add按钮，将Type选择为Extrude，在Initial Point处输入551，在Vector的X空白框处输入-0.001，单击OK按钮。

6）依次单击图标和，单击图标，然后删除图形区中已创建的线（需要注意的是：删除直线后，按下Esc键退出删除状态。这步也可以忽略）。此时，几何定义完毕，图形区中的模型如图8-6所示。

2.定义网格密度

为整个模型设定网格密度的操作如下：单击菜单Meshing→Mesh Desinty→Complete Model，在弹出的对话框中将Subdivision Mode选择为Use Length，在Element Edge Length空白框处输入0.0005，单击OK按钮。此时，将看到整个图形区都已设定好网格密度。

调整模型局部网格密度的操作如下：在齿轮没有发生接触的位置，网格密度不必设置太密。

1）单击图标来显示线号。单击菜单Meshing→Mesh Desinty→Edge（或图标右侧的下拉菜单，然后选择图标），在弹出的对话框中确认Body Number为1，确认Edge为1，确认Method为Use Length，在Element Edge Length空白框处输入0.005，在右侧表格的第1行输入242，单击Save按钮。

提示：单击Egde右侧的下拉按钮并拖动滚动条，将发现bodyl共包含242条边。调整图形区并放大最示局部，将发现body1最外侧的两条线号为1和242，因此需要修改这两条线的网格密度。其他body也需要按照相同的方法进行观察和设置。

2）按照与1）相同的操作方法来调整body2、body3、body4和body5的局部网格密度。将Body Number选择为2，将Edge选择为61，确认Method为Use Length，将Element Edge Length修改为0.0025，在右侧表格的第1行输入62，单击Save按钮；将Body Number选择为3，将Edge选择为61，确认Method为Use Length，将Element Edge Length修改为0.0025，在右侧表格的第1行输入62，单击Save按钮；将Body Number选择为4，将Edge选择为61，确认Method为Use Length，将Element Edge Length修改为0.0025，在右侧表格的第1行输入62，单击Save按钮；将Body Number选择为5，将Edge选择为121，确认Method为Use Length，将Element Edge Length修改为0.005，在右侧表格的第1行输入122，单击OK按钮。此时网格密度设置完毕。

提示：严格意义上，对于齿轮发生接触的位置，网格密度设置的越密越好，原因是：渐开线型齿轮在接触过程中一直是光滑连续接触，一旦离散为网格单元后，这种光滑连续的接触运动就变成间断的接触运动，这与实际情况不相符。因此，为了减少网格离散的影响，在齿轮接触处的网格密度应尽可能小。本实例设置为0.0005。对于齿轮没有发生接触的位置，则无须设置很小的网格密度，因为增加单元数量将导致计算成本的增加。

3.定义材料

单击菜单Model→Material→Manage Material（或图标），将弹出Manager Material Defi-nitions对话框，单击Elastic下的Isotropic按钮来定义线弹性材料。在弹出的对话框中单击Add按钮来定义材料1，分别在Young’s Modulus、Poisson’s Ratio和Density空白框处输入2e11、0.3和7800，依次单击OK按钮和Close按钮退出对话框。此时，材料定义完毕。

4.定义单元组

本实例需要定义5个单元组，分别用于定义5个齿轮。单击菜单Meshing→Element Group（或图标），将弹出定义单元组对话框。单击Add按钮来定义单元组1，将Type选择为2-D Solid，将Element Sub-Type选择为Plane Strain，确认Default Material选择为1，其余设置保持不变，单击Save按钮；单击Copy按钮，在弹出的对话框中单击OK按钮，则将单元组1的设置复制给单元组2。同理，再单击3次Copy按钮来定义单元组3、4、5。单击Cancel按钮退出对话框。此时，单元组定义完毕。

5.划分网格

划分点网格的操作如下：单击菜单Meshing→Create Mesh→Point，将弹出Create Nodes at Points对话框。单击表格右上部的Auto按钮，在弹出的对话框中分别在From和To空白处输入551和555，单击OK按钮两次来退出对话框。

提示：为齿轮中心的离散点划分网格的目的是为定义Rigld_Links作准备，ADINA软件规定必须为离散点划分网格。

划分齿轮网格的操作如下：单击菜单Meshing→Create Mesh→Face（或图标），将弹出Mesh Faces对话框。分别在Element Group、Nodes per Element和Parent Body中选择1、4和1，在表格的第1行输入1，单击Apply按钮；分别在Element Group、Nodes per Element和Parent Body中选择2、4和2，在表格的第1行输入1，单击对话框上部的Nodal Options标签页，在Nodal Coincidence Checking的Check下拉菜单中选择Against Same Element Group Only或No Checking，单击Apply按钮；单击对话框上部的Basic标签页，分别将Element Group、Nodes per Element和Parent Body选择为3、4和3，在表格的第1行输入1，单击对话框上部的Nodal Options标签页，确认Nodal Coincidence Checking的Check下拉菜单中选择Against Same Element Group Only或No Checking，单击Apply按钮。按照相同的操作方法使用单元组4划分body4的face1，单击Apply按钮；使用单元组5划分body5的face1，单击OK按钮。此时，网格划分完毕，单击图标（YZ平面），图形区中将显示如图8-7所示的模型。

图8-7 划分网格后的模型

6.定义接触

定义接触组的操作如下：单击菜单Model→Contact→Contact Group（或图标），将弹出Define Contact Group对话框。单击Add按钮来设置接触组1，确认Type类型为2-D Contact，在Default Coulomb Friction Coefficient空白框处输入0.1，其他设置保持默认不变，单击OK按钮。

定义接触面的操作如下：

1）单击菜单Model→Contact→Contact Surface（或图标右侧的下拉菜单，然后选择图标），在弹出的对话框中单击Add按钮来定义接触面1，将Defined on选择为Edges of a Body，确认Body为1；单击表格上部的Auto按钮，分别在From和To的空白处输入2和241，单击OK，单击Save按钮保存。

2）单击Add按钮来定义接触面2，确认Defined on选择为Edges of a Body，Body选择为2，单击表格上部的Auto按钮，分别在From和To的空白处输入1和60，单击OK，单击Save按钮保存。

3）单击Add按钮来定义接触面3，确认Defined on选择为Edges of a Body，Body选择为3，单击表格上部的Auto按钮，分别在From和To的空白处输入1和60，单击OK，单击Save按钮保存。

4）单击Add按钮来定义接触面4，确认Defined on选择为Edges of a Body，Body选择为4，单击表格上部的Auto按钮，分别在From和To的空白处输入1和60，单击OK，单击Save按钮保存。

5）单击Add按钮来定义接触面5，确认Defined on选择为Edges of a Body，Body选择为5，单击表格上部的Auto按钮，分别在From和To的空白处输入1和120，单击OK按钮两次退出对话框。

定义接触对的操作如下：(www.xing528.com)

1）单击菜单Model→Contact→Contact Pair（或图标右侧的下拉菜单，然后选择图标），将弹出Define Contact Pairs对话框。

2）单击Add按钮来设置接触对1，将Target Surface选择为1，将Contactor Surface选择为2，单击Save按钮。

3）单击Add按钮来设置接触对2，将Target Surface选择为1，将Contactor Surface选择为3，单击Save按钮；

4）单击Add按钮来设置接触对3，将Target Surface选择为1，将Contactor Surface选择为4，单击Save按钮；

5）单击Add按钮来设置接触对4，将Target Surface选择为5，将Contactor Surface选择为2，单击Save按钮；

6）单击Add按钮来设置接触对5，将Target Surface选择为5，将Contactor Surface选择为3，单击Save按钮；

7）单击Add按钮来设置接触对6，将Target Surface选择为5，将Contactor Surface选择为4，单击OK按钮。此时，接触定义完毕。

7.定义并施加约束

单击菜单Control→Degrees of Freedom，将弹出Degree of Freedom对话框，退选X-Trans-lation、Y-Rotation和Z-Rotation选项后单击OK按钮。

单击菜单Model→Boundary Conditions→Apply Fixity（或图标），将弹出Apply Fixity对话框。依次单击Define和Add按钮，输入名字c后单击OK按钮；勾选Y-Translation和Z-Translation，单击OK按钮；确认Apply to选择为Points，单击表格上部的Auto按钮，将弹出Auto Generation对话框，在From行空白处分别输入551和C，在To行分别输入555和C，单击OK按钮两次退出对话框。此时，约束定义完毕。

提示：定义的约束C仅保留了绕X轴转动的自由度，即这5个齿轮的中心点仅能绕X轴转动，不能平动。

8.定义特殊边界条件

定义Rigid Links边界条件的操作如下：单击菜单Model→Constraints→Rigid Links，将弹出Define Rigid Links对话框。单击Add按钮，确认Master下的Entity Type为Point，并在Entity空白框中输入551，将Slave下的Entity Type选择为Edge，并在Entity空白框中输入121，将Body选择为5，在表格的第1行输入122，将Displacements选择为Large，单击Save按钮。

按照相同的操作方法，为其他齿轮的中心点与齿轮内径定义Rigid Links（需要注意的是：点555应该与Body1的外径定义Rigid Links），共定义了5个Rigid Links。此处省略了详细的定义步骤，请读者自行查看命令流文件以确认定义无误。

9.定义时间函数

单击菜单Control→Time Function，将弹出Define Time Function对话框。单击Add按钮来定义时间函数2，在表格的第1行依次输入0、0，在表格的第2行依次输入0.01、0，在表格的第3行依次输入1.01、1，单击OK按钮退出对话框。此时，时间函数定义完毕。

提示：本实例包含两种载荷：扭矩和位移。其中，时间函数1用于控制扭矩载荷的施加，时问函数2用于控制位移载荷的施加。

10.定义并施加载荷

定义扭矩载荷的操作步骤如下：

单击菜单Model→Loading→Apply（或图标），将弹出Apply Load对话框。将Load Type选择为Moment，依次单击Define按钮和Add按钮，在Magnitude的空白框处输入1，单击OK按钮。确认Apply to为Point，在表格的第1行输入555，单击Apply按钮而不关闭对话框。将Load Type选择为Displacment，依次单击Define按钮和Add按钮，在Prescribed Values of Rotation的X空白框处输入1，单击OK按钮。确认Apply to为Point，在表格第1行的Site#处输入551，在Time Function处输入2，单击OK按钮。

此时，载荷定义并施加完毕。依次单击图标、、和，图形区中将显示如图8-8所示的模型示意图。

图8-8 图形区中显示的模型示意图

提示：施加扭矩时，对于不同的问题应该施加不同的扭矩值。本实例仅作为示范，凶此将扭矩大小定义为1；同时，转动位移也定义为1，相当于转动了lrad（分析实际问题时，该位移值根据具体问题来设定），再参照时间函数2，表明在时间0.01-1.01范围内，齿轮匀速转动了lrad。

11.定义时间步

单击菜单Control→Time Step，将弹出Define Time Step对话框。将表格的第1行依次改为101、0.01，单击OK按钮退出对话框。时间步定义完毕。

12.定义模型控制参数

1）将程序模块的计算类型改为Dynamics-Implicit，单击右侧的按钮，将弹出Implicit Transient Dynamics对话框，勾选Use Automatic Time-Stepping选项，将Alpha系数修改为0.5，如图8-9所示，单击OK。

图8-9 定义模型控制参数

2）单击菜单Control→Analysis Assumptions→Kinematics，将弹出Kinematics对话框，将Displacements/Rotations选择为Large，单击OK按钮。

3）单击菜单Control→Solution Process，将弹出Solution Process对话框。单击Iteration Method按钮，在弹出的Nonlinear Iterations Setting对话框中将Maxisum Number of Iterations修改为50，在Use of Line Searches下拉菜单中选择Yes，单击OK按钮两次退出对话框。