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隨著計算機技術(shù)和計算方法的發(fā)展，有限元分析法已成為計算力學(xué)和計算工程科學(xué)領(lǐng)域最有效的計算方法。經(jīng)40多年的發(fā)展，其理論日趨完善，且發(fā)了一批通用和專用的有限元軟件，成功解決了眾多領(lǐng)域的大型科學(xué)和工程計算難題，取得了巨大的經(jīng)濟和社會效益。
有限元軟件的分析過程包括前處理、求解和后處理三部分。其中，前處理包括建立幾何模型、網(wǎng)格劃分和定義邊界條件(載荷和約束)，求解即以經(jīng)典工程概念為基礎(chǔ)，借助于已證實的數(shù)值技術(shù)尋求問題的數(shù)值解，后處理將問題的數(shù)值解用彩色云圖、等值線(面)、梯度矢量等方式顯示，也可做成動畫顯示。單獨應(yīng)用一種軟件也可完成整個分析過程，但過程復(fù)雜、效率低，易出錯，尤其對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計算精度不高。因此，多種軟件協(xié)同合作可彌補單一軟件的分析缺陷，發(fā)揮不同軟件的優(yōu)勢，提高有限元分析效率。本研究基于AutoCAD、HyperMesh和MSC.Marc軟件的各自特點，提出了綜合應(yīng)用其優(yōu)勢完成有限元分析過程。實例應(yīng)用結(jié)果表明，該方法可大幅提高分析效率，值得推廣應(yīng)用。
AutoCAD軟件是美國Autodesk公司開發(fā)的通用計算機輔助繪圖與設(shè)計軟件包，具有易于掌握、使用方便靈活、體系結(jié)構(gòu)開放等優(yōu)點。HyperMesh軟件是一個功能強大的前后處理平臺，其優(yōu)點體現(xiàn)在：①配有與各種有限元計算軟件求解器)的接口，為各種有限元求解器寫出數(shù)據(jù)文件及讀取不同求解器的結(jié)果文件，②可實現(xiàn)不同有限元計算軟件間的模型轉(zhuǎn)換功能，③可按一定要求生成高質(zhì)量的有限元網(wǎng)格，建立適用的有限元模型，并聯(lián)合相應(yīng)的有限元求解器完成工程結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化分析。Marc軟件是國際上第一個通用非線性商用有限元軟件，擁有豐富和完善的單元庫、材料模型庫和求解器，能高效求解各類結(jié)構(gòu)的靜、動力中的線性和高度非線性等問題。
(1)基本思路。利用AutoCAD操作便捷流暢的三維建模功能建立大壩的幾何模型，再直接導(dǎo)入HyperMesh軟件，利用其強大的、操作快捷的有限元網(wǎng)格劃分功能完成有限元網(wǎng)格劃分;再將劃分完的三維模型導(dǎo)入MSC.Marc軟件，利用其豐富和完善的單元庫、材料模型庫及具有高數(shù)值穩(wěn)定性和能最大限度地實現(xiàn)有限元分析過程并行化的求解技術(shù)，在MSC.Marc中完成有限元模型的求解和后處理。
(2)實現(xiàn)前提。完成三種軟件的綜合應(yīng)用需確保三種軟件模型數(shù)據(jù)文件的寫出及結(jié)果文件的讀取正確，尤其寫出的數(shù)據(jù)文件的格式必須滿足要求方能實現(xiàn)不同軟件接口的順利對接。①用AutoCAD建模后，寫出的模型數(shù)據(jù)文件必須為“*.dxf”格式，以實現(xiàn)HyperMesh軟件正確讀取，讀取時還可依個人需要調(diào)整導(dǎo)入模型的比例因子和設(shè)置幾何清理時的容差。具體的界面選項設(shè)置見圖，②幾何模型在HyperMesh軟件中完成有限元網(wǎng)格劃分后，寫出的模型數(shù)據(jù)文件必須為“*.dat”格式，以實現(xiàn)MSC.Marc軟件的正確讀取。具體的界面設(shè)置見圖，③MSC.Marc軟件直接在Marc靜態(tài)菜單的“Files”中，將“*.dat”文件“read”進來即可，讀取后即可在MSC.Marc中進行邊界條件定義、材料特性選擇、求解及后處理。
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