ADINA有限元分析：2D渗流模型建立与分析

1.前处理

1）导入DXF文件。

启动ADINA-AUI，程序模块选择为ADINA Thermal。在ADINA软件中导入DXF文件需通过命令流来完成，此时可创建名为00_loaddxf.txt的文本文件，并输入语句“loaddxf CAD_Modify.dxf”，其中，CAD_Modify.dxf为Autocad R12格式的CAD模型文件，通过修改扩展名的方法将00_loaddxf.txt修改为00_loaddxf.in的命令流文件即可。

单击菜单File→Open（或图标）来打开命令流文件00_loaddxf.in，此时已经将Modi-fy.dxf文件导入ADINA软件的XY平面，如图10-2所示。

图10-2 导入DXF文件后的模型示意图（XY平面）

此时导入的DXF模型只包含点和线，且位于XY平面内。在此基础上通过导入的点来建立几何面，然后将点的坐标变换到YZ坐标系下，则这样建立的面将自动转换为YZ平面。

提示：在建立几何面的过程中，必须由点来建立面，而不能由线来建立面，这样做的目的是可以通过改变点的坐标来实现将面从XY平面转换到YZ平面中。

单击菜单Geometry→Surfaces→Define（或图标），将弹出Define Surface对话框。单击Add按钮，将Type选择为Vertex，并在Vector的Point 1、Point 2、Point 3和Point 4处依次输入56、21、1和70，单击Apply按钮来创建一个面。按照相同的操作方法，继续单击Add按钮，并按照表10-2提供的信息建立其他面（surface），共将生成72个Surface面。

单击菜单File→Save As，将所有的操作保存为命令流文件01_loaddxf.in。

表10-2 由Point点来生成面（Surface）

2）将模型从XY平面转换到YZ平面。

对于二维分析问题，2D模型必须位于YZ平面内，因此需要将刚才建立的面Surface模型从XY平面转换到YZ平面。对应的操作如下：

复制刚才保存的命令流文件01_loaddxf.in，并将其重新命名为02_loaddxf.in。使用文本编辑软件打开命令流文件02_loaddxf.in，将其中的命令流语句“loaddxf CAD_Modify.dxf”删除掉，然后添加两行命令流“COORDINATES POINT”和“entries name y z”，该命令流的含义是：仅通过点号、Y坐标和Z坐标来创建Point点。

单击图标，在弹出的Point Coordinates对话框中选中前3列（见图10-3），同时按下Ctrl+V键进行复制，然后返回到已创建的02_loaddxf.in命令流文件，将复制的3列内容粘贴至已添加的命令流“entries name y z”后面，保存并关闭命令流文件02_loaddxf.in。

图10-3 将Point点的部分信息复制到命令流文件中

单击图标来清除原来的模型并创建一个新模型；单击图标来打开命令流文件02_loaddxf.in；单击图标进行阴影查看，可以看出：模型面（Surface）已经通过DXF文件内点的信息建立起来，且所建面在YZ平面内，如图10-4所示。

3）定义水头载荷。

ADINA软件内的水头指的是总水头，其值是压力水头与高度水头之和。因此，施加的水头载荷与几何建模时的Z坐标有关。

本模型按照真实水位来创建，因此在Z=0处的总水头为零，读者可以通过查看零水头是否位于Z=0处或通过查看顶部的Z坐标来确认。由于正常蓄水位为1240.00m，相应的下游水位为1130.00m，因此需要定义两个水头载荷。在ADINA-Thermal温度模块内，水头自由度对应的就是温度的自由度，界面操作如下：

单击施加载荷图标，在弹出的对话框中将Load Type选择为Temperature，单击对话框右上角的Define按钮，在弹出的对话框中单击Add按钮，此时Temperature Number为1，在Magnitude处输入1240，单击Save按钮；再次单击Add按钮，此时Temperature Number为2，在Magnitude处输入1130，单击OK按钮。

将Load Number设置为1，将Apply to选择为Line，在表格的第1列依次输入141、131、118、103、63，单击Apply按钮，此时将1240m水头施加在上游水位线上。

将Load Number设置为2，将Apply to选择为Line，在表格的第1列依次输入82、62、37，单击OK按钮，此时将1130m水头施加在下游水位线上。

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10-5所示的模型示意图。

图10-4 模型的面（Surface）已经转换到YZ平面内

图10-5 定义水头载荷后的模型示意图

4）定义网格密度。

设定网格密度时可以先为坝体指定大致的网格密度，然后在心墙处进行局部加密。对于初次试算，在心墙处没有进行加密。

单击菜单Meshing→Mesh Desinty→Complete Model，在弹出的对话框中确认Subdivision Mode选择为Use Length，在Element Edge Length处输入5，单击OK按钮退出对话框。

5）定义材料。

单击菜单Model→Material→Manage Material（或图标），将弹出材料定义对话框，单击Others下的Seepage按钮来定义渗流材料属性。在弹出的对话框中单击Add按钮来定义材料1，在Permeability处输入7 e-9，在Weight Density处输入9800，在Description处输入“concrete”，单击Save按钮。

与上述操作方法类似，按照表10-3提供的属性来定义其余材料。

表10-3 坝体填筑料和基岩渗透属性

6）定义单元组。

对于定义的6个材料需要定义6个单元组，对应的操作如下：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2D Conduction，将Element Sub-Type选择为Planar，将Default Material选择为1，其余设置保持不变，单击Save按钮；单击Add按钮来定义单元组2，将Type选择为2D Con-duction，将Element Sub-Type选择为Planar，将Default Material选择为2，单击Save按钮；单击Add按钮来定义单元组3，将Type选择为2D Conduction，将Element Sub-Type选择为Planar，将Default Material选择为3，单击Save按钮；单击Add按钮来定义单元组4，将Type选择为2D Conduction，将Element Sub-Type选择为Planar，将Default Material选择为4，单击Save按钮；单击Add按钮来定义单元组5，将Type选择为2D Conduction，将Element Sub-Type选择为Planar，将Default Material选择为5，单击Save按钮；单击Add按钮来定义单元组6，将Type选择为2D Conduction，将Element Sub-Type选择为Planar，将Default Material选择为6，单击OK按钮退出对话框。

7）划分网格。(www.xing528.com)

划分混凝土网格的操作如下：单击菜单Meshing→Create Mesh→Surface（或图标），在弹出的对话框中将Element Group选择为1，将Nodes per Element选择为4，双击表格进入图形区来选择混凝土的面（Surface），也可以在表格中直接输入混凝土的面号：32、35、36、37、38、39、40、41、42、43，单击Apply按钮。

划分覆盖层网格的操作如下：将Element Group选择为2，Nodes per Element仍保持选择4，双击表格进入图形区来选择覆盖层所在的面，也可以在表格中直接输入覆盖层的：25、26、27、28、29、30、31、33，单击Apply按钮。

划分基岩网格的操作如下：将Element Group选择为3，Nodes per Element仍保持选择4，双击表格进入图形区来选择基岩所在的面，也可以在表格中直接输入基岩的面号：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、19、20、21、22、23、24，单击Apply按钮。

划分沥青混凝土心墙网格的操作如下：将Element Group选择为4，Nodes per Element仍保持选择4，双击表格进入图形区来选择沥青混凝土心墙所在的面，也可以在表格中直接输入沥青混凝土心墙的面号：48、56、61、66、70，单击Apply按钮。

划分沙砾料网格的操作如下：将Element Group选择为5，Nodes per Element仍保持选择4，双击表格进入图形区来选择沙砾料所在的面，也可以在表格中直接输入沙砾料的面号：34、44、45、46、47、49、50、51、52、53、54、55、57、58、59、60、62、63、64、65、67、68、69、71、72，单击Apply按钮。

划分防渗帷幕网格的操作如下：将Element Group选择为6，Nodes per Element仍保持选择4，双击表格进入图形区来选择防渗帷幕所在的面，也可以在表格中直接输入防渗帷幕的面号：18，单击OK按钮。模型网格划分工作完毕。

依次单击图标和，然后单击图标，图形区将给出如图10-6所示的划分网格后的模型示意图。图中共包含6个单元组，分别使用不同的颜色来表示（在计算机界面中可见）。

图10-6 划分网格后的模型图

8）设置初始水头条件。

渗流分析中必须设置初始水头条件，否则，计算结果可能只是局部发生渗流。设置初始水头条件的操作如下：

单击菜单Control→Analysis Assumptions→Default Temperature Settings，此处输入的数值只要比模型Z坐标的最大值稍大一些即可，因此输入1250（如图10-7所示），单击OK按钮退出对话框。

图10-7 设置初始水头条件

2.提交计算

单击菜单File→Save（或图标），将文件保存为2D_seepage.in。单击菜单Solution→Data File/Run（或图标），在弹出的对话框中输入文件名2D_seepage，同时勾选Run Solution和Automatic Memory Allocation选项，单击保存按钮并等待分析结束。

3.后处理

程序模块选择为Post→Processing。单击菜单File→Open（或图标）来打开结果文件2D_seepage.por。

查看总水头云图的操作如下：依次单击图标和，然后单击图标仅显示单元组的网格轮廓线。单击图标（Create Band Plot），将Band Plot Variable设置为（Fluid Variable：TOTAL_HEAD），单击OK按钮。图形区将给出如图10-8所示的总水头云图。

图10-8 总水头云图

查看总水头等值线图的操作如下：单击图标（Modify Band Plot），单击Band Render-ing...进入Define Band Rendering Depiction菜单，将左侧的Type修改为Line Contours，点击OK两次退出对话框，图形区将给出如图10-9所示的总水头等值线图。

图10-9 总水头等值线图

查看压力水头云图的操作如下：ADINA软件中的水头指的是总水头，因此如果需要获得压力水头，只需要从总水头中将高度水头的Z坐标减去即可。

单击菜单Definitions→Variable→Resultant，单击Add来增加变量名PP_HEAD，输入变量的定义为＜TOTAL_HEAD＞-＜Z-COORDINATE＞，单击OK按钮。其中，＜TOTAL_HEAD＞变量表示ADINA软件中的总水头，可以在窗口中单击Variable下面的T按钮，然后从T开头的变量列表中选择，单击Enter按钮就可以输入到窗口中。此时，后处理中将包含新的变量名，在绘制云图、曲线图、列表时，这个变量同其他所有变量的使用方法完全相同。

依次单击图标和，然后单击图标仅显示单元组的网格轮廓线。单击图标（Create Band Plot），将Band Plot Variable设置为（User Defined：PP_HEAD），单击OK按钮。

再去掉压力水头小于零的值：单击图标（Modify Band Plot），单击Band Table...进入Define Band Table Depiction菜单，在左侧Value Range下的Minimum中输入0，单击OK按钮。此时，图形区将给出如图10-10所示的压力水头云图。

图10-10 压力水头云图

按照“查看总水头等值线图的操作”类似的操作方法对云图进行修改，得到压力水头等值线图，如图10-11所示。

图10-11 压力水头等值线图

查看压力云图的操作如下：依次单击图标和，然后单击图标仅显示单元组的网格轮廓线。单击图标（Create Band Plot），将Band Plot Variable设置为（Stress：FE_PRESSURE），单击OK按钮。单击图标将压力结果按节点输出应力进行光滑处理。

再去掉压力小于零的值：单击图标（Modify Band Plot），单击Band Table...进入Define Band Table Depiction菜单，在左侧Value Range下的Minimum处输入0，单击OK按钮。此时，图形区将给出如图10-12所示的压力云图。

图10-12 压力云图

某些时情况下读者希望将渗流力导入到结构模型中，然后进行渗流与结构的水土耦合分析，此时可以将水压力按照列表的形式输出，以方便导入结构模块中进行分析。输出压力值列表的操作如下：

单击菜单List→Value List→Zone...→List Zone Values，在右侧变量名处定义为＜Stress：FE_PRESSURE＞，将左侧的Smoothing Technique选择为AVERAGED（表示变量值按节点平均的方式输出），单击Apply按钮，然后单击Export输入节点压力列表的名字，就可以输出为由节点压力列表构成的.txt文件，如图10-13所示。