ADINA有限元实例分析：前处理及网格划分方法

1.设定模型控制参数

1）启动ADINA-AUI，程序模块选择为ADINA Structures，算法选择为Dynamics-Implicit，单击右侧图标，将弹出Implicit Transient Dynamics对话框，将参数Alpha修改为0.5，单击OK按钮。

2）单击菜单Control→TMC Model，在弹出的对话框中将Type of Solution选择为TMC Iterative Coupling，单击右侧的按钮将弹出Heat Transfer Analysis Control对话框，将Analy-sis Type选择为Transient，将Transient Analysis的Heat Capacity Matrix选择为Lumped，单击OK按钮两次来退出对话框。

3）单击菜单Control→Analysis Assumptions→Kinematics，在弹出的对话框中将Displace-ments/Rotations选择为Large，其余参数不变，单击OK按钮。

4）单击菜单Control→Analysis Assumptions→Default Temperature Settings，在弹出的对话框中在Initial Temperature中输入20，其余参数不变，单击OK按钮。

5）单击菜单Control→Solution Process，在弹出的对话框中单击Iteration Method按钮，并将Maximum Number of Iteration修改为30，点击OK按钮两次关闭对话框。

提示：本实例为典型的大转动分析，因此应该将运动假设选择为Large。模型中包含接触，需要将Implic,it Transient Dynfuuics对话框中的参数Alpha修改为0.5。由于环境温度为20℃，因此需要在Default Temperature Settjrks对话框中的Initial Temperature空白框处输入20。

设定TMC分析时，Type of Solution可以选择下列几种方式之一：Structure Only（结构场，默认）、TMC One-Wa'yCouphng、TMC IterativeCouphng和Heat Transfer Only。其中，One Way Couphng的含义为单向耦合，即热场的变化对结构场的变化无影响或影响非常小，可以忽略不计时才允许选用：TMC Iterative Couphng的含义为双向耦合，即热场和结构场相互影响时才选用，本实例属于第2种情况。

2.定义几何

1）单击定义点的图标，将弹出Point Coordinates对话框，在表格第1行的Point#栏输入1，单击OK按钮，此时将在原点处定义一个点。

2）单击定义Body图标，在弹出的对话框中单击Add按钮，Type选择为Pipe，在Ra-dius空白框处输入0.3，Thickness处输入0.1，Length处输入0.02，单击Save按钮。单击Add按钮，Type选择为Pipe，在Radius空白框处输入0.29，Thickness处输入0.08，Length处输入0.02，在Pipe Center的Center Position的X处输入0.02，单击OK按钮。

3）单击定义切平面图标，在弹出的对话框中单击Add按钮，将Defined by选择为Z-Plane，单击Save按钮。单击Add按钮，将Defined by选择为Origin and Normal，将Outwards Normal下的X修改为0，Y修改为1，Z修改为-0.5，单击OK按钮。

4）单击修改Body图标，在弹出的对话框中将Modifier Type选择为Section，Target Body选择为1，勾选Keep the Sheets After the Sectioning，并在表格的第1行输入1，单击Save按钮；将Target Body选择为2，在表格的前2行分别输入1和2，单击OK按钮。

5）单击显示体编号图标，然后单击删除Body图标来删掉体4、5、6，删除完成后按Esc键返回。

6）单击修改Body图标，在弹出的对话框中确认Modifier Type选择为Blend，Target Body选择为2，在表格的前4行分别输入3、6、8和12，在First Radius处输入0.03，单击OK按钮。

此时，几何模型定义完毕，依次单击图标和，图形区将给出如图9-1所示的模型示意图。

提示：将Bodyl分割为Body1和Body3的目的是便于划分映射网格，Body1和Body3表示刹车盘：Body2为闸片。

图9-1 图形区

3.定义网格密度

1）单击菜单Meshing→Mesh Density→Edge，在弹出的对话框中将Body选择为1，Edge选择为1，在表格的前3行分别输入2、3和6，将Method选择为Use Number of Division，并在Number of Subdivisions空白框处输入32，单击Save按钮；将Edge选择为7，在表格的前3行分别输入8、9和10，将Method选择为Use Number of Division，并在Number of Subdivi-sions处输入12，单击Save按钮；将Edge选择为4，在表格的前3行分别输入5、11和12，将Method选择为Use Number of Division，并在Number of Subdivisions处输入3，单击Save按钮。

2）将Body选择为3，Edge选择为3，在表格的前3行分别输入5、7和10，将Method选择为Use Number of Division，并在Number of Subdivisions处输入36，单击Save按钮；将Edge选择为6，在表格的前3行分别输入8、9和11，将Method选择为Use Number of Divi-sion，在Number of Subdivisions处输入12，单击Save按钮；将Edge选择为1，在表格的前3行分别输入2、4和12，将Method选择为Use Number of Division，在Number of Subdivisions处输入3，单击OK按钮。

3）单击菜单Meshing→Mesh Density→Face，在弹出的对话框中将Body选择为2，将Face选择为4，确认Method选择为Use Length，并在Element Edge Length处输入0.01，单击OK按钮。此时，图形区给出如图9-2所示的模型示意图。

图9-2 模型示意图

4.定义单元组

本实例需要首先定义3个单元组，分别用于表示刹车盘、闸片和临时2-D组。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，定义单元组1，将Type选择3-D Solid，其余参数保持不变，单击Save按钮；单击Add按钮，定义单元组2，单击Save按钮；单击Add按钮，定义单元组3，将Type选择为2-D Solid，单击OK按钮，单元组定义完毕。

5.划分网格

1）单击菜单Meshing→Create Mesh→Point，在弹出对话框的表格第1行输入1，单击OK按钮。

2）单击菜单Meshing→Create Mesh→Body（或图标），将弹出对话框，将Element Group选择为1，Meshing Type选择为Rule-Based，将Nodes per Element选择为8，并在表格的前2行分别输入1和3，单击OK按钮。

3）单击菜单Meshing→Create Mesh→Face（或图标），在弹出的对话框中确认Element Group选择为3，Nodes per Element选择为4，Parent Body选择为2，并在表格的第1行输入4，单击OK按钮。此时将弹出Warning对话框，单击是（Y）按钮，再单击Cancel按钮。

4）单击菜单ADINA-M→Body Sweep（或图标），在弹出的对话框中将Body选择为2，勾选Swept Body will Replace this Body，并在Face to be Swept处输入4，勾选Generate 3-D Mesh from 2-D Mesh on Face，将3-D Element Group选择为2，确认Action on 2-D Mesh选择为Delete elements+group，并在Elements in Swept Direction处输入3，将Nodal Coincidence选择为No Checking，在Vector Magnitude的X处输入-0.02，单击OK按钮。

5）单击菜单ADINA-M→Define Body（或图标），在弹出的对话框中将Body Number选择为2，单击对话框上部的Delete按钮，然后单击OK按钮。此时，图形区将给出如图9-3所示的模型。

图9-3 划分网格后的模型示意图

提示：本实例使用Body Sweep功能来生成三维网格，这是一种非常实用的网格划分方法，使用该法生成网格时需要借用二维网格。需要注意的是：因为要在单元组1和单元组2的网格之间定义接触，因此网格一定不能连续。网格划分完毕，Body 2将不再起作用，为了避免干扰显示效果，可以将其删掉。

6.定义接触(www.xing528.com)

1）单击菜单Model→Contact→Contact Group（或图标），在弹出的对话框中单击Add按钮，将Type选择为3-D Contact，在Default Coulomb Friction Coefficient处输入0.35，单击Node-to-Node，TMC标签，在Heat transfer Coefficient through Contact处输入1，单击OK按钮。

2）单击菜单Model→Contact→Contact Surface（或图标），在弹出的对话框中单击Add按钮，将Defined on选择为Surfaces and/or Faces，在表格第1行的Surf/Face处输入2，在Body处输入1，在表格第2行的Surf/Face处输入5，在Body处输入3，单击Save按钮；单击Add按钮，将Defined on选择为Faces of a Body，并在表格第1行的Surf/Face处输入9，在Body处输入4，单击OK按钮。

3）单击菜单Model→Contact→Contact Pair（或图标），在弹出的对话框中单击Add按钮，将Target Surface选择为1，Contact Surface选择为2，单击OK按钮。接触定义完毕。

提示：摩擦生热分析中一定要定义摩擦系数，同时还应该设置TMC标签的热转换系数。

7.定义材料

1）单击菜单Model→Material→Manage Material（或图标），将弹出材料定义对话框，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，在Young’s Modulus处输入2.06 e11，在Poisson’s Ratio处输入0.3，在Density处输入7800，单击OK按钮退出对话框。

2）单击TMC Material按钮，在弹出的对话框中单击k isotropic，c constant按钮，在弹出的对话框中，单击Add按钮，将传热系数k输入520，将单位质量热容c输入38.2，在密度处输入7800，单击OK按钮，单击Close按钮两次退出对话框，材料定义完毕。

提示：这里定义了两种材料，一种是结构场的实体材料，一种是热场的TMC材料。在定义单元组时，需要指定这两种材料，由于本例这两种材料的编号都是1，所以在之前定义单元组保持默认状态即可。

8.定义并施加约束

单击菜单Model→Boundary Conditions→Apply Fixity（或图标），在弹出的对话框中单击Define按钮，单击Add按钮并输入名字only_xr，单击OK按钮，勾选X-Translation、Y-Translation、Z-Translation、Y-Rotation和Z-Rotation，单击Save按钮；单击Add按钮并输入名字only_xt，单击OK按钮，勾选Y-Translation、Z-Translation、X-Rotation、Y-Rotation和Z-Rotation，单击OK按钮。确认Apply to选择为Points，在表格第1行的Point处输入1，将Fixity选择为ONLY_XR，单击Save按钮，将Apply to选择为Faces，将Body#选择为4，在表格第1行的Face#处输入10，将Fixity选择为ONLY_XT，单击OK按钮，约束定义完毕。单击显示约束图标，将给出如图9-4所示的模型示意图。

图9-4 模型的约束情况示意图

9.定义特殊边界条件

1）定义Rigid Links边界条件的操作如下：单击菜单Model→Constraints→Rigid Links，在弹出的对话框中，单击Add按钮，确认Master的Entity Type选择为Point，在Entity处输入1，将Slave下的Entity Type选择为Face，在Entity处输入3，Body选择1，将Displace-ments选择为Large，单击Save按钮。

2）单击Add按钮，确认Master的Entity Type选择为Point，在Entity处输入1，将Slave下的Entity Type选择为Face，在Entity处输入4，Body选择3，将Displacements选择为Large，单击OK按钮。

10.定义时间步

单击菜单Control→Time Step，在弹出的对话框中按照表9-1输入数据，单击OK按钮，时间步定义完毕。

表9-1 定义时间步

11.定义时间函数

本实例需要定义两个时间函数，时间函数2用来控制位移载荷，时间函数3用来控制压力载荷。单击菜单Control→Time Function，在弹出的对话框中单击Add按钮来定义时间函数2，单击Impor t按钮，导入光盘中的文件time-function2.txt，单击Save按钮，再单击Graph按钮，将显示如图9-5所示的时间函数2曲线。单击Add按钮来定义时间函数3，按照表9-2来输入数据，单击OK按钮，时间函数定义完毕。

图9-5 时间函数2的曲线图

表9-2 时间函数3

提示：时间函数3用来控制压力载荷的加载，这里压力载荷的大小并不是直接施加的，而是在0.1s内按线性逐渐施加，这样做有利于模型接触计算的收敛。

12.定义并施加载荷

1）定义对流传热载荷的操作如下：单击菜单Model→Loading→Apply（或图标），在弹出的对话框中将Load Type选择为Convection，单击右侧的Define按钮，单击Add按钮，在Environment Temperature处输入20，单击Convection Property右侧的按钮，在弹出的对话框中单击Add按钮，确认Type选择为CONSTANT，在Convection Coefficient处输入100，单击OK按钮退出对话框。将Convection Property选择为1，单击OK按钮。将Apply to选择为Face，并按照表9-3输入数据，单击Apply按钮。

表9-3 定义载荷作用域

2）定义位移载荷的操作如下：将Load Type选择为Displacement，单击右侧的Define按钮，单击Add按钮，在Prescribed Values of Rotation的X处输入1，其余设置保持不变，单击OK按钮。确认Apply to选择为Point，在表格第1行的Site处输入1，将Time Function选择为2，单击Apply按钮。

3）定义压力载荷的操作如下：将Load Type选择为Pressure，单击右侧的Define按钮，单击Add按钮，在Magnitude处输入703865，单击OK按钮。将Apply to选择为Face，在表格第1行的Site处输入10，在Body处输入4，将Time Function选择为3，单击OK按钮。载荷定义完毕。

提示：本例的位移载荷通过时间函数2来控制，因此定义单位载荷即可。

依次单击图标和，然后单击显示载荷图标，图形区将给出如图9-6所示的模型示意图。

图9-6 模型示意图