ADINA在水利工程中的应用与开发

第1篇　基础篇

第1章　ADINA基本功能与开发设置　10

1.1　ADINA概述　10

1.1.1　ADINA软件简介　10

1.1.2　ADINA主要功能模块介绍　10

1.2　用户界面及基本操作　11

1.2.1　AUI简介　11

1.2.2　启动和退出AUI　12

1.2.3　AUI界面介绍　12

1.2.4　常用菜单及基本操作　13

1.3　ADINA文件类型　15

1.3.1　前处理和计算设置文件　15

1.3.2　求解与结果文件　15

1.3.3　后处理文件　15

1.3.4　输入文件　16

1.3.5　输出文件　16

1.3.6　其他类型文件　16

1.3.7　ADINA不同模块使用到的文件　17

1.4　ADINA用户手册　17

1.5　二次开发的相关设置　18

第2章　ADINA基本操作　20

2.1　建模方式选择　20

2.1.1　Native几何建模　20

2.1.2　Parasolid几何建模　23

2.1.3　图形软件建模　24

2.1.4　文本方式建模　26

2.2　坐标系的灵活应用　26

2.2.1　全局坐标系和局部坐标系　27

2.2.2　几何坐标架和单元局部坐标系　28

2.2.3　结果转换坐标系　29

2.2.4　斜坐标系和正交轴系　30

2.2.5　材料轴和初始应变轴　31

2.3　网格剖分形式　33

2.3.1　网格基本要求　33

2.3.2　网格剖分方式　34

2.3.3　网格的连续性检查　35

2.3.4　不连续网格的粘结　37

2.3.5　不连续网格的接触绑定　37

2.3.6　其他网格功能　39

2.4　后处理高级分析　40

2.4.1　云图/等值线图绘制　40

2.4.2　矢量图绘制　42

2.4.3　包络图绘制　43

2.4.4　曲线图绘制　44

2.4.5　结果列表　46

2.5　Zone使用技巧　46

2.5.1　Zone命令特点　46

2.5.2　Zone命令相关操作　47

第3章　ADINA高级使用技术　49

3.1　复杂边界条件施加　49

3.1.1　约束方程　49

3.1.2　刚性连接　50

3.1.3　流固耦合边界　50

3.2　复杂荷载施加　51

3.2.1　时间函数和时间步　51

3.2.2　空间函数　53

3.2.3　荷载的施加　54

3.3　初始条件施加　54

3.4　初应力及初始应力场设置　56

3.4.1　施加初始应变和应力　56

3.4.2　初始应力场设置　58

3.5　施工加载模拟（单元生死技术）　61

3.6　接触设置　62

3.6.1　接触设定　62

3.6.2　接触收敛性的提高　65

3.7　重启动功能　66

3.7.1　重启动分析应用范围　66

3.7.2　重启动分析的设定　66

3.8　计算内存分配技巧　67

3.8.1　AUI内存分配　67

3.8.2　求解内存设置　68

第4章　ADINA命令流　70

4.1　命令流特点及一般书写规则　70

4.2　前处理和计算功能部分——*.in文件命令流　71

4.2.1　文件基本设置　71

4.2.2　几何建模与网格剖分设置　72

4.2.3　单元组信息设置　74

4.2.4　材料属性设置　76

4.2.5　边界条件设置　77

4.2.6　荷载设置　78

4.2.7　分析类型设置　80

4.2.8　计算参数设置　81

4.3　后处理部分——*.plo文件命令流　82

4.3.1　基本设置　82

4.3.2　绘制云图（等值线）及相关设置　82

4.3.3　定义物理量　83

4.3.4　定义“模型点”和“模型线”　83

4.3.5　绘制物理量曲线图　83

4.3.6　输出物理量　84

4.4　命令流的调用　86

4.5　命令流书写举例　87

第5章　水利工程常用本构模型　90

5.1　应力与应变　90

5.1.1　应力与应力张量　90

5.1.2　应力张量不变量与偏应力张量不变量　90

5.1.3　应变张量及其分解　92

5.2　弹性模型　93

5.2.1　线弹性材料模型　94

5.2.2　非线性弹性材料模型　97

5.2.3　应用举例　98

5.3　Mohr-Coulomb模型　99

5.3.1　M-C模型基本理论　99

5.3.2　M-C模型使用设置　100

5.3.3　应用举例　101

5.4　Drucker-Prager模型　102

5.4.1　D-P模型理论　102

5.4.2　D-P模型使用设置　103

5.4.3　应用举例　104

5.5　Cam-clay模型　105

5.5.1　Cam-clay模型理论　105

5.5.2　Cam-clay模型使用设置　107

5.5.3　应用举例　107

5.6　Concrete模型　109

5.6.1　单轴应力应变关系　109

5.6.2　多轴应力应变关系　110

5.6.3　Concrete模型使用设置　112

5.6.4　应用举例　113

第2篇　应用篇

第6章　温度场分析　116

6.1　热传导基本理论　116

6.2　ADINA-T中温度荷载的设置　117

6.2.1　温度荷载的施加方式　117

6.2.2　对流荷载　117

6.2.3　辐射荷载　118

6.2.4　热流荷载　119

6.3　稳定温度场分析　120

6.3.1　混凝土保温板效果分析　120

6.3.2　混凝土重力坝稳定温度场　122

6.4　非稳定温度场分析　125

6.4.1　工程背景　125

6.4.2　建模及求解　126

6.4.3　结果分析　127

第7章　渗流场分析　131

7.1　渗流计算基本理论与设置　131

7.1.1　渗流场基本理论　131

7.1.2　ADINA中渗流计算功能　132

7.1.3　ADINA中渗透系数的设定　132

7.2　有压渗流分析　133

7.2.1　ADINA自带算例　133

7.2.2　闸基渗流分析　134

7.3　无压渗流分析　136

7.3.1　ADINA自带算例　137

7.3.2　土石坝渗流分析　139

7.3.3　存在的问题及改进方法　144

7.4　渗流场与应力场耦合计算　144

第8章　固结分析　146

8.1　ADINA固结分析功能　146

8.2　一维土柱固结分析　147

8.2.1　单向排水　147

8.2.2　双向排水　154

8.3　曼德尔效应模拟　155

8.3.1　算例简述　155

8.3.2　建模与求解　155

8.3.3　结果分析　156

8.4　软土地基排水固结分析　157

8.4.1　问题描述　157

8.4.2　建模与求解　158

8.4.3　结果分析　160

第9章　频域分析　164

9.1　频域分析基本理论　164

9.1.1　模态分析　164

9.1.2　反应谱法　164

9.2　模态分析实例　166

9.2.1　问题描述　166

9.2.2　建模及求解　167

9.2.3　结果分析　169

9.3　反应谱法分析实例　171

9.3.1　问题描述　171

9.3.2　模型建立及模态分析　171

9.3.3　反应谱法求解动力反应　171

第10章　重力坝静动力应力和稳定分析　177

10.1　重力坝结构分析概述　177

10.2　重力坝静力分析　178

10.2.1　问题描述　178

10.2.2　建模与求解　178

10.2.3　结果分析　183

10.3　重力坝动力分析　186

10.3.1　问题描述　186

10.3.2　建模与求解　186

10.3.3　结果分析　189

10.4　重力坝抗滑稳定分析　192

10.4.1　静力抗滑稳定　192

10.4.2　动力抗滑稳定　193

第11章　拱坝应力和整体稳定分析　194

11.1　拱坝结构分析要点　194

11.1.1　计算难点　194

11.1.2　拱坝温度荷载计算方法　194

11.1.3　拱坝等效应力计算方法　196

11.2　拱坝静力分析　198

11.2.1　问题描述　198

11.2.2　建模与求解　198

11.2.3　结果分析　205

11.3　拱坝动力分析　208

11.3.1　问题描述　208

11.3.2　建模与求解　208

11.3.3　反应谱法求解动力反应　209

11.4　拱坝整体稳定分析　213

11.4.1　拱坝整体稳定分析方法　213

11.4.2　建模中的注意事项　214

11.4.3　结果分析　215

第12章　结构-水体相互作用分析　217

12.1　结构-水体相互作用基本理论　217

12.1.1　附加质量法　217

12.1.2　ADINA势流体理论　218

12.1.3　ADINA-FSI分析　219

12.2　附加质量法　220

12.2.1　问题描述　220

12.2.2　建模与求解　220

12.2.3　结果分析　223

12.3　ADINA势流体法　226

12.3.1　问题描述　226

12.3.2　建模与求解　226

12.3.3　结果分析　230

12.4　ADINA-FSI分析　234

12.4.1　问题描述　234

12.4.2　建模及求解　235

12.4.3　结果分析　242

第13章　边坡稳定分析　246

13.1　边坡稳定分析方法　246

13.2　基于强度折减法的边坡稳定计算及影响因素　247

13.2.1　问题描述　247

13.2.2　模型建立　247

13.2.3　折减系数的调整及安全系数取值　249

13.2.4　非线性计算中的相关设置　251

13.2.5　修改相关设置后的计算结果　256

13.2.6　其他影响因素　259

13.3　非均质边坡稳定分析　260

13.3.1　问题描述　260

13.3.2　操作流程　261

13.3.3　结果分析　262

13.4　工程实例分析　264

13.4.1　工程概述　264

13.4.2　操作流程　265

13.4.3　结果分析　266

第14章　水工隧洞围岩稳定及衬砌结构分析　273

14.1　水工隧洞分析概述　273

14.2　二维有压隧洞衬砌支护模拟　274

14.2.1　算例描述　274

14.2.2　操作流程　275

14.2.3　结果分析　280

14.3　三维无压隧洞开挖施工模拟　285

14.3.1　算例描述　285

14.3.2　操作流程　286

14.3.3　结果分析　290

第3篇　开发篇

第15章　自定义本构模型的二次开发　294

15.1　ADINA自定义材料用户子程序及编译　294

15.1.1　自定义材料用户子程序简介　294

15.1.2　编译流程　296

15.2　邓肯双曲线模型二次开发　297

15.2.1　基本公式　297

15.2.2　开发流程　298

15.2.3　程序代码　299

15.2.4　模型验证　303

15.3　沈珠江弹塑性模型二次开发　305

15.3.1　基本公式　305

15.3.2　应力更新算法　308

15.3.3　开发注意事项　309

15.3.4　应用举例　310

15.4　边界面模型二次开发　312

15.4.1　基本公式　312

15.4.2　应力积分算法　313

15.4.3　三轴试验数值模拟　318

15.4.4　模型应用　319

第16章　ADINA数据外部交换与综合调用　321

16.1　ADINA网格信息的导出　321

16.2　外部网格信息的导入　322

16.2.1　命令流文件的生成　322

16.2.2　约束信息的自动查找与设置　324

16.2.3　荷载的处理　325

16.3　后处理数据的自动导出和处理　329

16.4　常用程序段举例　332

16.5　综合调用实例1——基于温度模块的渗流场精确计算程序　334

16.5.1　问题缘由　334

16.5.2　读入数据文件　335

16.5.3　程序运行及计算结果　335

16.6　综合调用实例2——强度折减法边坡稳定自动计算程序　337

16.6.1　编程思想　337

16.6.2　读入数据文件　337

16.6.3　程序运行及计算结果　338

第17章　黏弹性边界及地震波动输入　340

17.1　黏弹性边界　340

17.1.1　黏弹性边界的基本理论　340

17.1.2　黏弹性边界的设置　342

17.2　黏弹性边界与其他边界比较　350

17.2.1　黏性边界　350

17.2.2　固定边界　351

17.2.3　远置边界　352

17.2.4　精确解　353

17.2.5　各类边界比较　354

17.3　地震波动输入　355

17.4　基于黏弹性边界的地震波动反应分析　357

17.4.1　问题描述　357

17.4.2　建模及求解　357

17.4.3　结果提取　367

第18章　土石坝地震波动反应分析　369

18.1　基于AUI的土石坝二维地震波动反应分析　369

18.1.1　工程概况及计算条件　369

18.1.2　建模与计算　370

18.1.3　成果输出　372

18.2　基于ADINA计算平台的地震波动反应分析软件开发　374

18.2.1　地震波动输入的开发流程　374

18.2.2　SWRA3D软件基本功能　374

18.2.3　SWRA3D软件使用流程　375

18.2.4　SWRA3D软件输入和输出文件　376

18.3　土石坝三维地震波动反应分析　377

18.3.1　工程概况　377

18.3.2　计算模型及参数　377

18.3.3　计算成果分析　378

参考文献　383