ADINA及其在热分析中的应用

设计·研究·分析31文章编号:002-68862007)1-0031-02ADINA及其在热分析中的应用王伟马连湘柯顺魁何燕青岛科技大学机电工程学院山东青岛266042)摘要本文研究了有限元分析软件ADNA的功能、特点及其在各方面的应用,以换热器为实例详细描述了运用ADNA进行热分析的过程。ADNA以其诸多优点,必将成为热分析数值模拟的有力工具。关键词: ADINA有限元热分析应用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据统计,石油、化工工业中的换热器占全厂总投资的到了广泛应用。历经了20多年的不断完善和修改现成为全20%占全厂化工设备投资的40%τ它们是工艺过程中的球领先技术的多物理场工程仿真分析系统其非线性问题稳关键环节。对这些可靠性要求高的换热设备进行热设计就定求解、多物理场仿真等功能一直处在全球领导地位。AD-显得尤为重要。目前协助热设计并验证热设计效果的方法NA的界面非常友好其使用方法有:GU方式和命令流方有两种热测量和热分析。其中热测量能准确得到温度分式3!。布但必须建立样机模型且改进热设计的代价也较大热分11 ADINA的主要技术特点析又称热模拟它采用数学手段在设计初期就能发现产品1)唯一能实现多场及多场耦合分析的软件的热缺陷从而改进其设计大大缩短产品的开发周期,为提2)唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库高产品设计的合理性及可靠性提供有力保障2体化大型FEA软件计算机的飞速发展,使得有限元法在热分析中得到了广3)唯一具有多物理场优化功能的FEA软件泛的应用。有限元法是目前工程技术领域中实用性最强应4)唯一具有中文界面的大型通用有限元软件用最为广泛的数值模拟方法。由于它具有精度高、适应性强5)强大的非线性分析功能用于许多领域成为现代产品设计中一种重要工具。大型有◆6)多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配以及计算格式规范统一等优点故在短短50多年间已广泛应7)支持异种、异构平台的网络浮动在异种、异构平台上限元分析软件 ADINA具有以下优点1)增加设计功能减少设计成本用户界面统一、数据文件全部兼容8)强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式2)缩短设计和分析的循环周期并行3增加产品和工程的可靠性9)多种自动网格划分技术4)采用优化设计降低材料的消耗或成本10)良好的用户开发环境5)在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题1.2 ADINA的应用领域6)模拟各种试验方案减少试验时间和经费ADINA作为世界知名的大型通用有限元分析软件经过7)进行机械事故分析查找事故原因。近20年的不断完善及应用推广已经广泛适用于各种机械工1ADNA简介业领域、土木建筑工程结构、桥梁、隧道、水利、交通能源、石油化工、航空、航天、船舶、军工机械和生物医学等领域进行结ADINA是基于有限元技术的大型通用分析仿真平台其构强度设计、可靠性分析评定、科学前沿研究。广泛应用涉及到各个工业领域、研究机构和教育机构。美国中国煤化工麻省理工学院的K.J. Bathe教授于1986年在美国麻省创建析CNMHG了 ADINA公司在这之前 ADINA程序已经在世界范围内得灿一个向单的换热模型蒸汽走管程空气走壳程。作者简介汪伟(1980—)男河南濮阳人青岛科技大茡在读硕士硏究生热能工程专业现从事传热数值模拟硏究工作收稿日期2006-6-143现代机械2007年第1期蒸汽的压力为101kPa温度为430K空气的流速为Q温度Nesen为293Kp=1.0×10-2-10-4Q2是空气入口的边界条件。下面用ADNA软件对其温度场进行分析4。ADINAADINA进行热分析主要是运用温度场分析求解器ADlNA-T典型的分析过程由前处理、求解计算和后处理3个部分组成。2.1前处理图3载荷图格图有限元模型是进行有限元分析的计算模型或数学模型它为计算提供原始的数据。建模是整个有限元分析过程的关当采用 ADINA-AUⅠ建立模型及加载后即可选择直接键模型合理与否将直接影响计算结果的精度、计算时间的长短及计算过程能否完成其中建模主要包括以下几步运行。运行求解器只需在 Solution/ Data file/Run对话框中1)设置分析模块简单地选中 Run ADINa"(或ADNA-T或 ADINA-F)复选框则在生成求解数据文件后自动求解此文件。对换热器进2)确定工作名和分析标题行网格划分后如图4所示3)定义单元类型和选项;2.3后处理4)定义实常数5)定义材料性质后处理是将计算所得的结果可视化。ADNA对热分析6)创建分析几何模型;的求解在后台运行。系统运行后产生的结果文件 porthole7)建立有限元模型;中包含模型定义和求解结果。将这些结果文件载入 AdINAPLOT然后就可以利用ADNA-POT来观察计算得到的8)对模型进行网格划分。ADINA的建模除了采用自带的建模功能外还可以通过结果。例如云图的显示、云图数值查询功能、等值线图的显示其它CAD软件的数据接囗将图形导入到ADNA中这些接等。它还提供了完善的数值报告功能能自动对用户所查询口包括:1)与CAD软件接口 Unigraphics、 Solid配dge、 Solid-的某一类数值进行自动计算给出用户所需的数据分析结果Works、 Catia、Po/ Engineer, Auto CAD、 Bentley2通用几何数据同时它提供了丰富多彩的图形功能、动画功能使分析结果的可视化程度达到很高并且这些图片和动画可独立于AD接口 Parasolid、IGES。NA环境之外播放。本研究在Po/ ,ngineer中进行几何建模,如图1所示。为更加直观地模拟岀换热器的温度场用垂直于y轴的通过通用几何数据接囗IGES将Pro/ Engineer中的几何模型导入 ADINA中如图2所示。平面作剖面断面上的温度分布如图5所示剖面后面的实体温度分布如图6所示。ADNAA图1 Pro/Engineer中图2 ADINA中的几何模型的几何模型图5断面上的温度分布图6实体的温度分布剖视图)2.2加载及求解加载即用边界条件数据描述结构的实际情况即分析结3结束语构和外界之间的相互作用。在热分析中载荷的含义包括温度分布热流密度集中热流内热生成功率相变潜热热对观地反映出换热器壁温变化的情况和各点的温度值与实际流等。可以在实体模型或F有限元分析模型节点和单情况较为吻合元)上加载。直接在实体模型加载优点是几何模型加载独立2) ADINA具有很高的计算精度且用户界面非常友好于有限元网格重新划分网格或局部网格修改不影响载荷氵能方便地分析复杂的传热学问题同时加载的操作更加容易尤其是在图形中直接拾取时。无3) ADINA以其功能强大、使用方便、结果可靠、效率高等论采取何种加载方式,ADNA求解前都将载荷转化到有限元优点,必将成为热分析数值模拟的有力工具。模型上。因此加载到实体的载荷将自动转化到其所属的节中国煤化工点或单元上CNMHG本问题定义分析控制参数、定义空气、蒸汽和钢的材料属性和模型的边界条件后如图3所示。1余国琮主编化工容器及设备北京:化学工业出版社,1991.3282付桂翠高泽溪等.电子设备热分析技术研究.电子机械工程200421)3-163 ADINA User Interface Users Guide Report ARD 01-1 September 20024 ADINA User Interface Primer Report ARD 04-6. September 2004