ADINA

ADINA的最早版本出现于1975，在K. J. Bathe博士的带领下，由其研究小组共同开发出ADINA有限元分析软件。ADINA的含义是Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis的首字母缩写，为动力非线性有限元分析，这表达了软件开发者的基本目标，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，包括求解结构以及涉及结构场之外的多场耦合问题。增量法是数值求解非线性物理问题本质的方法，对非线性物理问题，计算解逼近真实解的过程是通过控制增量步逐步实现的，所谓增量通常是载荷增量或时间增量。

ADINA PC Windows 系统用户界面

ADINA 在土建交通工程中的功能和技术特色

ADINA 程序立足于可靠、高效、精确的开发原则，在世界范围内经过了 30 年的广泛应用，取得了广泛认可。作为土木工程结构创新设计和研究的重要有限元工具，ADINA 为土木工程结构中出现的疑难杂症提供解决方案，成为科研工作者和工程师们的有力工具。ADINA 针对交通土建方面的功能主要包括如下几个方面的特色：

• 先进的 Parasolid 几何建模技术

ADINA 具有友好的用户界面和强大的建模功能。ADINA 提供的实体建模功能可以方便地建立各种复杂的实体结构，同时对所有基于Parasolid 的 CAD 系统的模型实现无缝链接，使建模工作更加方便、快捷。同时也提供从底向上的传统建模方式。

• 非线性求解技术领先

ADINA 是目前世界上非线性功能最有效、可靠的分析软件之一，对于解决土木工程中的各种非线性问题具有明显的优势。ADINA 提供多种收敛准则，如包括 Energy，Energy & Force，Energy& Displacement，Force，Displacement，Contact Force 等多种方式，根据不同问题的非线性特征如硬化或软化，可以选择使用相应的收敛准则；ADINA 求解非线性问题可以采用自动时间步长技术，由程序根据问题稳定性自动判断时间步或载荷步大小；提供 Line Search 方式配合 Newton-Raphson 迭代处理循环加载卸载问题模拟；提供基于改进弧长法的 LDC 方法计算非线性屈曲和后屈曲问题；提供专用的固有频域求解器 Determinant-Search 用于流固耦合模态求解，如渡槽、大坝蓄水后的模态计算；提供基于全拉各朗日乘子算法和约束函数法，撇弃简单的罚函数法处理多体接触问题；提供包涵自动卸载特性的 Displacement 荷载形式用于复杂加载过程分析；提供时间函数、空间函数、Arrival Time 设置等特性模拟荷载的复杂变化或分布；提供显式 / 隐式时间积分模拟不同特征的动力问题，如采用 Wilson 积分进行抗震时程分析，采用中心差分积分模拟地应力波传播问题；提供多种求解器如直接求解器、迭代求解器、多重网格代数求解器处理不同规模的问题；提供可以修改模型定义的重启动（Restart）功能进行复杂过程的模拟，如静力平衡＋瞬态动力时程分析；提供控制单元刚度连续变化的单元生死技术处理工程开挖中逐步卸荷的问题；提供自由度分解同时考虑质量和阻尼特性的非线性弹簧（包括特殊接地弹簧）模拟各种土建中常见的减震结构、间隙、结构与土的相互作用；提供有限元单元算法和控制体积算法模拟流体运动问题，如水坝流固耦合抗震分析中流体采用有限元法而在建筑群风场计算时要采用控制体积等等。

• 针对土建交通行业提供丰富的材料本构

在土木建筑领域，ADINA 提供丰富的材料模型，尤其是提供混凝土材料模型、多孔介质材料模型、Cam-Clay、Morh-Coloumb、Drucker-Prager、Curve-Input、Duncan-Zhang、随时间变参数模型等专用的岩土材料模型以及钢筋、锚杆单元（Rebar）等等，可为工程中复杂的钢筋混凝土结构相关分析、岩土结构相关分析提供解决方案。例如解决钢筋混凝土结构构件开裂问题；高层超高层结构、水利工程中土坝、混凝土拱坝、重力坝的基础固结沉降问题；复杂基岩中节理、断层、裂隙的模拟；山体开挖、基坑开挖对土体扰动引起的孔隙水流动和固结沉降问题、边坡支护和洞室锚固问题；边坡稳定问题；地基加固措施引起的土壤沉降、孔隙水消散问题；群桩挤土、桩土耦合作用问题；隧道开挖引起的土体和土体变形问题等等。

• 求解问题广泛而有深度

ADINA 是集成化的通用软件，适用于一般结构、热、流体问题的 2D/3D、静力 / 动力 (瞬态 / 稳态)、线性 / 非线性分析。例如结构频域分析功能可以给出结构的自振频率和振型，并进行响应谱、随机振动分析；结构非线性静力分析功能计算结构整体受力、变形以及整体或局部稳定问题；考虑任意荷载工况和荷载工况组合（包括恒荷载、活荷载、风荷载、地震作用、温度作用等），计算出结构的应力分布、变形情况、结构各种内力（弯矩、剪力、轴力、扭矩等）及其内力最不利位置；显式积分的瞬态动力分析进行结构冲击、碰撞分析；专用的固有频域求解器 Determinant-Search 用于流固耦合模态求解（如渡槽、大坝蓄水后的模态计算）；高层超高层结构、桥梁结构、大跨度结构的大变形问题；悬索结构的钢绞线非线性静动分析；钢筋混凝土材料；混凝土开裂；钢筋与混凝土的粘结、滑移分析；桩土相互作用问题分析等等。

ADINA 是进行结构设计方案、施工方案优选、对结构研究进行参数分析的最优辅助分析工具。它可以方便快捷的对各种施工过程进行模拟，如地铁隧洞、洞室、基坑开挖过程中开挖顺序、支撑加设顺序的优选，以及不同边界条件、不同施工方案条件下结构和岩体的应力和变形分析；大体积混凝土浇注（基础、水坝等工程）顺序优选和浇注过程中温度场的影响作用分析；桥梁结构施工、大跨度屋盖结构吊装施工中，杆件吊装、预应力的张拉等工序模拟；结构托换加固施工模拟分析以及加固方案优选分析等。

ADINA 具有全球技术领先的固液耦合求解器，为土木工程中各种流固耦合问题的解决提供强有力的求解方案。例如高层超高层结构中利用水箱减震问题研究；桥梁结构、薄膜屋盖结构等的风振问题；地震作用下水坝与水体相互作用分析；各种渡槽结构、输水输油管线在风、地震作用下的固液耦合问题研究；桥墩、海洋平台柱与激流水相互作用问题；储液罐、海上运油船等在地震作用或波浪作用下水体非线性振荡、泼溅问题以及水体与容器壁之间的相互作用问题。

• 易于扩充功能的分析平台（二次开发环境）

任何一个商业化软件，都不可能完全满足所有的工程问题以及所有用户的需求，尤其是研究院所、高校等一些处在科学研究最前沿的用户。为此 ADINA 提供丰富完善的二次开发功能，允许用户方便地自定义各种用户功能，常用的用户开发功能如本构算法、材料破坏准则、接触摩擦形式；断裂力学判据和开裂扩展规律、用户边界条件 / 荷载开发等等。

目前土建交通行业中采用ADINA 解决的常见工程问题包括：

• 建筑工程

高层建筑结构
-频域、非线性时程分析
钢结构节点分析
大跨度空间结构
-失稳模态和极限荷载
基础设计
-基础不均匀沉降分析
砌体设计与维护
高层动力抗震
-TLD 减震设计和模拟；
-M－弯矩曲率梁算法；
梁单元的刚性端、接头刚度、铰联接形式的处理
梁、板壳、实体单元的联接处理
钢筋混凝土结构及其开裂模拟
预应力混凝土结构设计

-冷却塔极限荷载下的开裂计算;
-火灾作用下预应力砼结构的受力性能;
结构与土的相互作用
-筏板与土体接触变形计算；
-群桩复合地基沉降计算；
-筏板式基础的固结沉降计算
膜结构施工模拟
膜结构风振模拟
建筑 CFD 应用
-建筑群风环境模拟
-室内空调气流模拟
-建筑火灾模拟

• 道桥工程

桥梁选型（概念设计）中的问题
全桥仿真计算
-静力、频率、响应谱动力学、Push-Over、非线性时程地震响应分析；
M－弯矩曲率梁算法
非线性弹簧与桩土耦合模型的建立
索应用算法以及索、Shell、Solid 单元的混合使用
-斜拉桥找形模拟；
3D 空间移动荷载
车桥耦合计算模型
-大跨度公铁二用桥车桥耦合振动分析
-车轮铁轨接缝处接触状态对不平顺性影响
桥墩综合受力分析
-重力式钢筋混凝土桥墩的弹塑性地震行为
索在风场中的耦合计算
高桥塔的空气动力学选型
火车进入隧道瞬间的流场模拟
-对开火车的流场模拟；
-隧道内空气流动模拟；
地基沉降
-栅格地基；
道路工程基底承载力研究
膨胀路基/冻土路基
飞机跑道受力分析

• 岩土与地下工程

深大基坑土挖仿真模拟
-基坑降排水；
-基坑支护；
各种隧道（洞）开挖问题（卸荷岩土力学计算）
各种地下空间结构的动力抗震分析
各种土体固结问题
岩土中的地应力波问题
岩土/渗流/温度场耦合问题分析

• 采矿工程

矿山开挖稳定性评价
矿山、巷道、围岩地震作用下、爆炸冲击下的稳定性分析
粉煤灰动力特性及灰场地震稳定性研究
地下天然气存储洞室
矿山压力岩爆问题
水压致裂的模拟
矿山温度、温度应力（火灾）
矿山的多孔介质属性和水流动模拟
水射流破岩问题

• 环境地质灾害防治工程

边坡、高边坡稳定性分析
泥石流防护工程
地下核废料辐射污染模拟
地下水污染扩散计算

• 水利水电工程

水坝（包括土坝、重力坝、拱坝）的三维仿真模拟
水坝的地震响应分析（存在固液耦合问题）；存在裂纹水坝的抗震问题
坝与坝基的渗流场分析
坝体与基岩共同作用和非线性有限元分析（坝基中需要模拟各种节理裂隙、断层、施工处理等）
大型渡槽结构静动力分析
地下管道以及架空管道结构中存在的固液耦合问题、地震
响应分析、管道与土的相互作用问题
堆石坝方面的应用（Duncan-Zhang 模型）
混凝土浇注过程等方面的应用（Time Dependent Materials）
多孔介质在坝工方面的应用－固结沉降、渗流等等
坝体徐变方面的分析
水下结构抗震分析
水闸、底板等辅助结构的设计和分析
闸孔结构流固耦合分析
明渠流动计算
电力系统结构分析