設(shè)計(jì)·研究·分析31文章編號(hào):002-68862007)1-0031-02ADINA及其在熱分析中的應(yīng)用王偉馬連湘柯順魁何燕青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院山東青島266042)摘要本文研究了有限元分析軟件ADNA的功能、特點(diǎn)及其在各方面的應(yīng)用,以換熱器為實(shí)例詳細(xì)描述了運(yùn)用ADNA進(jìn)行熱分析的過(guò)程。ADNA以其諸多優(yōu)點(diǎn),必將成為熱分析數(shù)值模擬的有力工具。關(guān)鍵詞: ADINA有限元熱分析應(yīng)用ADINA and its Application in Heat-analysisWANG Wei, MA Lian-xiang KE Shun-kui, HE YaIAbstract: ADINA a FEA software, is studied in this paper including its function, trait and domain of application. To elaborate thefundamental process of using ADINA in heat-analysis we set the condenser as an example. Owing to its advantage ADINA must be auseful utility in heat-analysis and numerical simulationKey words ADINA FEA heat-analysis application據(jù)統(tǒng)計(jì),石油、化工工業(yè)中的換熱器占全廠總投資的到了廣泛應(yīng)用。歷經(jīng)了20多年的不斷完善和修改現(xiàn)成為全20%占全廠化工設(shè)備投資的40%τ它們是工藝過(guò)程中的球領(lǐng)先技術(shù)的多物理場(chǎng)工程仿真分析系統(tǒng)其非線性問(wèn)題穩(wěn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)這些可靠性要求高的換熱設(shè)備進(jìn)行熱設(shè)計(jì)就定求解、多物理場(chǎng)仿真等功能一直處在全球領(lǐng)導(dǎo)地位。AD-顯得尤為重要。目前協(xié)助熱設(shè)計(jì)并驗(yàn)證熱設(shè)計(jì)效果的方法NA的界面非常友好其使用方法有:GU方式和命令流方有兩種熱測(cè)量和熱分析。其中熱測(cè)量能準(zhǔn)確得到溫度分式3!。布但必須建立樣機(jī)模型且改進(jìn)熱設(shè)計(jì)的代價(jià)也較大熱分11 ADINA的主要技術(shù)特點(diǎn)析又稱熱模擬它采用數(shù)學(xué)手段在設(shè)計(jì)初期就能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品1)唯一能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)及多場(chǎng)耦合分析的軟件的熱缺陷從而改進(jìn)其設(shè)計(jì)大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期,為提2)唯一實(shí)現(xiàn)前后處理、求解及多場(chǎng)分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性及可靠性提供有力保障2體化大型FEA軟件計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展,使得有限元法在熱分析中得到了廣3)唯一具有多物理場(chǎng)優(yōu)化功能的FEA軟件泛的應(yīng)用。有限元法是目前工程技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)用性最強(qiáng)應(yīng)4)唯一具有中文界面的大型通用有限元軟件用最為廣泛的數(shù)值模擬方法。由于它具有精度高、適應(yīng)性強(qiáng)5)強(qiáng)大的非線性分析功能用于許多領(lǐng)域成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一種重要工具。大型有◆6)多種求解器分別適用于不同的問(wèn)題及不同的硬件配以及計(jì)算格式規(guī)范統(tǒng)一等優(yōu)點(diǎn)故在短短50多年間已廣泛應(yīng)7)支持異種、異構(gòu)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)浮動(dòng)在異種、異構(gòu)平臺(tái)上限元分析軟件 ADINA具有以下優(yōu)點(diǎn)1)增加設(shè)計(jì)功能減少設(shè)計(jì)成本用戶界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)文件全部兼容8)強(qiáng)大的并行計(jì)算功能支持分布式并行及共享內(nèi)存式2)縮短設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)周期并行3增加產(chǎn)品和工程的可靠性9)多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分技術(shù)4)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)降低材料的消耗或成本10)良好的用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境5)在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題1.2 ADINA的應(yīng)用領(lǐng)域6)模擬各種試驗(yàn)方案減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)ADINA作為世界知名的大型通用有限元分析軟件經(jīng)過(guò)7)進(jìn)行機(jī)械事故分析查找事故原因。近20年的不斷完善及應(yīng)用推廣已經(jīng)廣泛適用于各種機(jī)械工1ADNA簡(jiǎn)介業(yè)領(lǐng)域、土木建筑工程結(jié)構(gòu)、橋梁、隧道、水利、交通能源、石油化工、航空、航天、船舶、軍工機(jī)械和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行結(jié)ADINA是基于有限元技術(shù)的大型通用分析仿真平臺(tái)其構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)、可靠性分析評(píng)定、科學(xué)前沿研究。廣泛應(yīng)用涉及到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域、研究機(jī)構(gòu)和教育機(jī)構(gòu)。美國(guó)中國(guó)煤化工麻省理工學(xué)院的K.J. Bathe教授于1986年在美國(guó)麻省創(chuàng)建析CNMHG了 ADINA公司在這之前 ADINA程序已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得燦一個(gè)向單的換熱模型蒸汽走管程空氣走殼程。作者簡(jiǎn)介汪偉(1980—)男河南濮陽(yáng)人青島科技大茡在讀碩士硏究生熱能工程專業(yè)現(xiàn)從事傳熱數(shù)值模擬硏究工作收稿日期2006-6-143現(xiàn)代機(jī)械2007年第1期蒸汽的壓力為101kPa溫度為430K空氣的流速為Q溫度Nesen為293Kp=1.0×10-2-10-4Q2是空氣入口的邊界條件。下面用ADNA軟件對(duì)其溫度場(chǎng)進(jìn)行分析4。ADINAADINA進(jìn)行熱分析主要是運(yùn)用溫度場(chǎng)分析求解器ADlNA-T典型的分析過(guò)程由前處理、求解計(jì)算和后處理3個(gè)部分組成。2.1前處理圖3載荷圖格圖有限元模型是進(jìn)行有限元分析的計(jì)算模型或數(shù)學(xué)模型它為計(jì)算提供原始的數(shù)據(jù)。建模是整個(gè)有限元分析過(guò)程的關(guān)當(dāng)采用 ADINA-AUⅠ建立模型及加載后即可選擇直接鍵模型合理與否將直接影響計(jì)算結(jié)果的精度、計(jì)算時(shí)間的長(zhǎng)短及計(jì)算過(guò)程能否完成其中建模主要包括以下幾步運(yùn)行。運(yùn)行求解器只需在 Solution/ Data file/Run對(duì)話框中1)設(shè)置分析模塊簡(jiǎn)單地選中 Run ADINa"(或ADNA-T或 ADINA-F)復(fù)選框則在生成求解數(shù)據(jù)文件后自動(dòng)求解此文件。對(duì)換熱器進(jìn)2)確定工作名和分析標(biāo)題行網(wǎng)格劃分后如圖4所示3)定義單元類型和選項(xiàng);2.3后處理4)定義實(shí)常數(shù)5)定義材料性質(zhì)后處理是將計(jì)算所得的結(jié)果可視化。ADNA對(duì)熱分析6)創(chuàng)建分析幾何模型;的求解在后臺(tái)運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行后產(chǎn)生的結(jié)果文件 porthole7)建立有限元模型;中包含模型定義和求解結(jié)果。將這些結(jié)果文件載入 AdINAPLOT然后就可以利用ADNA-POT來(lái)觀察計(jì)算得到的8)對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。ADINA的建模除了采用自帶的建模功能外還可以通過(guò)結(jié)果。例如云圖的顯示、云圖數(shù)值查詢功能、等值線圖的顯示其它CAD軟件的數(shù)據(jù)接囗將圖形導(dǎo)入到ADNA中這些接等。它還提供了完善的數(shù)值報(bào)告功能能自動(dòng)對(duì)用戶所查詢口包括:1)與CAD軟件接口 Unigraphics、 Solid配dge、 Solid-的某一類數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算給出用戶所需的數(shù)據(jù)分析結(jié)果Works、 Catia、Po/ Engineer, Auto CAD、 Bentley2通用幾何數(shù)據(jù)同時(shí)它提供了豐富多彩的圖形功能、動(dòng)畫(huà)功能使分析結(jié)果的可視化程度達(dá)到很高并且這些圖片和動(dòng)畫(huà)可獨(dú)立于AD接口 Parasolid、IGES。NA環(huán)境之外播放。本研究在Po/ ,ngineer中進(jìn)行幾何建模,如圖1所示。為更加直觀地模擬岀換熱器的溫度場(chǎng)用垂直于y軸的通過(guò)通用幾何數(shù)據(jù)接囗IGES將Pro/ Engineer中的幾何模型導(dǎo)入 ADINA中如圖2所示。平面作剖面斷面上的溫度分布如圖5所示剖面后面的實(shí)體溫度分布如圖6所示。ADNAA圖1 Pro/Engineer中圖2 ADINA中的幾何模型的幾何模型圖5斷面上的溫度分布圖6實(shí)體的溫度分布剖視圖)2.2加載及求解加載即用邊界條件數(shù)據(jù)描述結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況即分析結(jié)3結(jié)束語(yǔ)構(gòu)和外界之間的相互作用。在熱分析中載荷的含義包括溫度分布熱流密度集中熱流內(nèi)熱生成功率相變潛熱熱對(duì)觀地反映出換熱器壁溫變化的情況和各點(diǎn)的溫度值與實(shí)際流等?？梢栽趯?shí)體模型或F有限元分析模型節(jié)點(diǎn)和單情況較為吻合元)上加載。直接在實(shí)體模型加載優(yōu)點(diǎn)是幾何模型加載獨(dú)立2) ADINA具有很高的計(jì)算精度且用戶界面非常友好于有限元網(wǎng)格重新劃分網(wǎng)格或局部網(wǎng)格修改不影響載荷氵能方便地分析復(fù)雜的傳熱學(xué)問(wèn)題同時(shí)加載的操作更加容易尤其是在圖形中直接拾取時(shí)。無(wú)3) ADINA以其功能強(qiáng)大、使用方便、結(jié)果可靠、效率高等論采取何種加載方式,ADNA求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元優(yōu)點(diǎn),必將成為熱分析數(shù)值模擬的有力工具。模型上。因此加載到實(shí)體的載荷將自動(dòng)轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)中國(guó)煤化工點(diǎn)或單元上CNMHG本問(wèn)題定義分析控制參數(shù)、定義空氣、蒸汽和鋼的材料屬性和模型的邊界條件后如圖3所示。1余國(guó)琮主編化工容器及設(shè)備北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991.3282付桂翠高澤溪等.電子設(shè)備熱分析技術(shù)研究.電子機(jī)械工程200421)3-163 ADINA User Interface Users Guide Report ARD 01-1 September 20024 ADINA User Interface Primer Report ARD 04-6. September 2004