設計·研究·分析31文章編號:002-68862007)1-0031-02ADINA及其在熱分析中的應用王偉馬連湘柯順魁何燕青島科技大學機電工程學院山東青島266042)摘要本文研究了有限元分析軟件ADNA的功能、特點及其在各方面的應用,以換熱器為實例詳細描述了運用ADNA進行熱分析的過程。ADNA以其諸多優(yōu)點,必將成為熱分析數(shù)值模擬的有力工具。關鍵詞: ADINA有限元熱分析應用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,石油、化工工業(yè)中的換熱器占全廠總投資的到了廣泛應用。歷經了20多年的不斷完善和修改現(xiàn)成為全20%占全廠化工設備投資的40%τ它們是工藝過程中的球領先技術的多物理場工程仿真分析系統(tǒng)其非線性問題穩(wěn)關鍵環(huán)節(jié)。對這些可靠性要求高的換熱設備進行熱設計就定求解、多物理場仿真等功能一直處在全球領導地位。AD-顯得尤為重要。目前協(xié)助熱設計并驗證熱設計效果的方法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量和熱分析。其中熱測量能準確得到溫度分式3!。布但必須建立樣機模型且改進熱設計的代價也較大熱分11 ADINA的主要技術特點析又稱熱模擬它采用數(shù)學手段在設計初期就能發(fā)現(xiàn)產品1)唯一能實現(xiàn)多場及多場耦合分析的軟件的熱缺陷從而改進其設計大大縮短產品的開發(fā)周期,為提2)唯一實現(xiàn)前后處理、求解及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫高產品設計的合理性及可靠性提供有力保障2體化大型FEA軟件計算機的飛速發(fā)展,使得有限元法在熱分析中得到了廣3)唯一具有多物理場優(yōu)化功能的FEA軟件泛的應用。有限元法是目前工程技術領域中實用性最強應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、適應性強5)強大的非線性分析功能用于許多領域成為現(xiàn)代產品設計中一種重要工具。大型有◆6)多種求解器分別適用于不同的問題及不同的硬件配以及計算格式規(guī)范統(tǒng)一等優(yōu)點故在短短50多年間已廣泛應7)支持異種、異構平臺的網絡浮動在異種、異構平臺上限元分析軟件 ADINA具有以下優(yōu)點1)增加設計功能減少設計成本用戶界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)文件全部兼容8)強大的并行計算功能支持分布式并行及共享內存式2)縮短設計和分析的循環(huán)周期并行3增加產品和工程的可靠性9)多種自動網格劃分技術4)采用優(yōu)化設計降低材料的消耗或成本10)良好的用戶開發(fā)環(huán)境5)在產品制造或工程施工前預先發(fā)現(xiàn)潛在的問題1.2 ADINA的應用領域6)模擬各種試驗方案減少試驗時間和經費ADINA作為世界知名的大型通用有限元分析軟件經過7)進行機械事故分析查找事故原因。近20年的不斷完善及應用推廣已經廣泛適用于各種機械工1ADNA簡介業(yè)領域、土木建筑工程結構、橋梁、隧道、水利、交通能源、石油化工、航空、航天、船舶、軍工機械和生物醫(yī)學等領域進行結ADINA是基于有限元技術的大型通用分析仿真平臺其構強度設計、可靠性分析評定、科學前沿研究。廣泛應用涉及到各個工業(yè)領域、研究機構和教育機構。美國中國煤化工麻省理工學院的K.J. Bathe教授于1986年在美國麻省創(chuàng)建析CNMHG了 ADINA公司在這之前 ADINA程序已經在世界范圍內得燦一個向單的換熱模型蒸汽走管程空氣走殼程。作者簡介汪偉(1980—)男河南濮陽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軟件對其溫度場進行分析4。ADINAADINA進行熱分析主要是運用溫度場分析求解器ADlNA-T典型的分析過程由前處理、求解計算和后處理3個部分組成。2.1前處理圖3載荷圖格圖有限元模型是進行有限元分析的計算模型或數(shù)學模型它為計算提供原始的數(shù)據(jù)。建模是整個有限元分析過程的關當采用 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算結果的精度、計算時間的長短及計算過程能否完成其中建模主要包括以下幾步運行。運行求解器只需在 Solution/ Data file/Run對話框中1)設置分析模塊簡單地選中 Run ADINa"(或ADNA-T或 ADINA-F)復選框則在生成求解數(shù)據(jù)文件后自動求解此文件。對換熱器進2)確定工作名和分析標題行網格劃分后如圖4所示3)定義單元類型和選項;2.3后處理4)定義實常數(shù)5)定義材料性質后處理是將計算所得的結果可視化。ADNA對熱分析6)創(chuàng)建分析幾何模型;的求解在后臺運行。系統(tǒng)運行后產生的結果文件 porthole7)建立有限元模型;中包含模型定義和求解結果。將這些結果文件載入 AdINAPLOT然后就可以利用ADNA-POT來觀察計算得到的8)對模型進行網格劃分。ADINA的建模除了采用自帶的建模功能外還可以通過結果。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)接囗將圖形導入到ADNA中這些接等。它還提供了完善的數(shù)值報告功能能自動對用戶所查詢口包括:1)與CAD軟件接口 Unigraphics、 Solid配dge、 Solid-的某一類數(shù)值進行自動計算給出用戶所需的數(shù)據(jù)分析結果Works、 Catia、Po/ Engineer, Auto CAD、 Bentley2通用幾何數(shù)據(jù)同時它提供了豐富多彩的圖形功能、動畫功能使分析結果的可視化程度達到很高并且這些圖片和動畫可獨立于AD接口 Parasolid、IGES。NA環(huán)境之外播放。本研究在Po/ ,ngineer中進行幾何建模,如圖1所示。為更加直觀地模擬岀換熱器的溫度場用垂直于y軸的通過通用幾何數(shù)據(jù)接囗IGES將Pro/ Engineer中的幾何模型導入 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)描述結構的實際情況即分析結3結束語構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熱生成功率相變潛熱熱對觀地反映出換熱器壁溫變化的情況和各點的溫度值與實際流等。可以在實體模型或F有限元分析模型節(jié)點和單情況較為吻合元)上加載。直接在實體模型加載優(yōu)點是幾何模型加載獨立2) ADINA具有很高的計算精度且用戶界面非常友好于有限元網格重新劃分網格或局部網格修改不影響載荷氵能方便地分析復雜的傳熱學問題同時加載的操作更加容易尤其是在圖形中直接拾取時。無3) ADINA以其功能強大、使用方便、結果可靠、效率高等論采取何種加載方式,ADNA求解前都將載荷轉化到有限元優(yōu)點,必將成為熱分析數(shù)值模擬的有力工具。模型上。因此加載到實體的載荷將自動轉化到其所屬的節(jié)中國煤化工點或單元上CNMHG本問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余國琮主編化工容器及設備北京:化學工業(yè)出版社,1991.3282付桂翠高澤溪等.電子設備熱分析技術研究.電子機械工程200421)3-163 ADINA User Interface Users Guide Report ARD 01-1 September 20024 ADINA User Interface Primer Report ARD 04-6. September 2004