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 一、ADINA软件发展的历史背景和进程
从第一次由美国加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的力学教授Ray W. Clough在他的文章中提出并使用”有限元方法”(Finite Element Method)这一词汇以来,有限元方法以及相关计算系统的已经发展了40多年。在今天,当我们这些有限元技术的使用者和受益者们以尊重和发展的眼光回顾有限元发展的历史时,应该清楚有限元历史发展的光辉历程和仍旧存在的广阔发展空间,这里提到的发展空间不仅是指商业性的,更主要是理论和技术上的可能存在的进步。
“有限元方法”概念的提出,引出了美国加州大学伯克利分校有限元技术研究小组的最为辉煌的十年历程。在这十年里,第一个得到开发并公开发布的自动计算系统(The first Automated Finite Element Program),称之为SAP(Structure Analysis Program),这是由Ray W. Clough博士的学生Edward L. Wilson博士主持开发的。而另外一名对有限元方法做出重大贡献的由伯克利分校培养的博士是Klaus J. Bathe博士。Klaus J. Bathe在1960年代末在Clough和Wilson博士的指导下攻读博士学位,从事结构动力学求解算法和计算系统的研究。大家所熟知的模态求解方法之一“子空间迭代”(Subspace Iteration)就是Bathe博士期间的一个成果。我们知道,目前几乎所有的商业化软件都在使用这个算法。
Klaus J. Bathe博士毕业后,由于他在对结构计算以及SAP软件所做的贡献(主要是SAP V版本的开发,是SAP系列最成熟、应用最广的版本之一。),美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)聘请Bathe博士到机械与力学学院任教至今。到了MIT后,Bathe博士除了教学外,一项主要的科研任务是-开发非线性有限元程序,这在当时是极具有挑战性的工作。充足的科研经费(主要是政府基金和军方资助)、以及Bathe博士过人的天赋、当然包括MIT惊人的科研能力,使得ADINA软件顺利诞生。
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 Ray W. Clough博士 |
 Edward L. Wilson博士 |
 Klaus J. Bathe博士 |
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ADINA最早版本出现于1975年。ADINA的含义是Automatic Dynamics Incremental Nonlinear Analysis的首字母缩写。这基本表达了软件开发者基本目标,即ADINA除了求解线性问题外,还要具备分析非线性问题的强大功能,即求解结构以及涉及结构场之外的多场耦合问题。结构非线性和多场耦合的求解,是ADINA开发一贯坚持的目标,也是ADINA软件广大用户推崇的特点之一。 |
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在1986年以前,ADINA软件的源代码是公开的,这主要包括两个著名版本,即ADINA81版和ADINA84版本。ADINA的出现在当时解决了一些工程技术人员一直无法解决的复杂问题,如材料的大变形、接触、热-结构耦合求解等等问题;同时ADINA在全球范围内应用广泛,包括在中国。值得说明的是,ADINA当时的版本并非商业化产品,因此其前后处理的功能相当有限,而且不提供技术服务。
直到1986年,美国ADINA R&D Inc.成立,ADINA软件开始历经商业化的开发和应用。又经历了20年的商业化发展,ADINA成为当今最为可靠的结构非线性、流固耦合计算系统,其用户遍及欧洲、美洲、亚洲等国家。值得高兴的是,中国工业近十年的高速发展和对有限元软件的功能需求引起ADINA公司的关注,终于在2002年末,ADINA在中国的第一个办事机构成立了。 |
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二、ADINA主要技术特性和应用 2.1 软件系统构成 ADINA是一个能够求解结构、热、流体、以及耦合场问题的综合计算系统,其软件构成包括: ADINA-AUI:用户界面 ADINA-M:Parasolid几何建模模块和Parasolid CAD接口 ADINA:结构求解模块 ADINA-F:计算流体动力学(CFD)求解模块 ADINA-FSI:(Fluid Structure Interaction)流固耦合(包括热)求解模块 ADINA-T:温度、场问题求解模块 ADINA-TMC:热、机械耦合求解模块 ADINA-TRANSOR:与I-DEAS, PATRAN, PRO/E, AutoCAD等软件的数据接口。
2.2 用户界面风格
ADINA软件采用完全的Windows界面风格,类似于主流的CAD软件,采用图标而不是菜单来执行任务。ADINA界面风格具有下列特点: 可以根据用户的喜好重新布置界面 可以根据用户的需要任意添加和减少图标 可以自己定义快捷键来完成操作,如使用Ctrl+Z来定义线弹性材料 |
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2.3 技术特点
1. 基于Parasolid核心的实体建模技术(与UG,Solidworks,Solidedge双向交换CAD数据) 2. 与Pro/Engineer,I-DEAS,NASTRAN,PATRAN,Bentley,AutoCAD实现模型数据传递 3. 高质量网格自动划分器(包括自动的六面体网格划分器) 4. 自适应网格重划分能力 5. 各种金属和非金属材料模式 6. 同时具有隐式、显式、复合三种时间积分算法 7. 强大的非线性求解能力 8. 各种动力特性求解器(求解流固耦合模态、装配模态、周期对称模态等) 9. 结构、流体、热的真正耦合计算(FSI求解器、TMC求解器) 10. 卓越的大规模求解技术 11. 完善的理论框架 12. 完善的用户开发环境 |
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美国通用汽车公司 采用ADINA对排气管(铸造件)进行网格划分,要求沿厚度至少4层网格,并且内外表面最好为六面体网格。在ADINA中可以完成这样的网格划分,并且单元数控制在指定数量内。 | |
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Volvo汽车公司 发动机的动力学特性采用Nastran进行计算,随后的装配体计算(刚度、强度、汽密性)则采用ADINA进行求解。这是将Nastran的数据文件直接读入到ADINA中,可包括接触界面定义、预紧螺栓等等。 | |
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采用大规模结构算法对装配件的螺栓强度进行求解。计算结果图显示的是结构应力分布。 |
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瑞典核能研究院
采用ADINA对工作状态下的压水反应堆结构进行流固耦合模态计算。结果图显示的是第一阶耦合振动模态。
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采用ADINA FSI计算功能对四缸大功率压缩机的工作过程进行模拟。获得流体的进排气的效率和结构(如簧片)的应力变化过程(用于评价疲劳寿命)。计算结果图显示的是流场的速度和压力分布。
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EADS(欧洲防御联盟-空客母公司)
采用ADINA FSI求解功能模拟舰载飞机机翼在强风作用下的摆动姿态并评估机翼结构运行可靠性。左侧结果图显示的是机翼的摆动位移;右侧计算结果图显示的是外流场的密度和马赫数分布。 | |