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隨著計算機技術和計算方法的發(fā)展，有限元分析法已成為計算力學和計算工程科學領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，成功解決了眾多領域的大型科學和工程計算難題，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，借助于已證實的數(shù)值技術尋求問題的數(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。單獨應用一種軟件也可完成整個分析過程，但過程復雜、效率低，易出錯，尤其對復雜結(jié)構的計算精度不高。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，提出了綜合應用其優(yōu)勢完成有限元分析過程。實例應用結(jié)果表明，該方法可大幅提高分析效率，值得推廣應用。
AutoCAD軟件是美國Autodesk公司開發(fā)的通用計算機輔助繪圖與設計軟件包，具有易于掌握、使用方便靈活、體系結(jié)構開放等優(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)合相應的有限元求解器完成工程結(jié)構分析及優(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，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)整導入模型的比例因子和設置幾何清理時的容差。具體的界面選項設置見圖，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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