ADINA ist ein Finite-Elemente-Programm zur Lösung strukturmechanischer, Strömungs-, Wärmeleit- und anderer Feldprobleme. Die Stärken des Programms liegen in der Berechnung geometrisch und physikalisch nichtlinearer Probleme, Fluid-Struktur-Kopplung Wärme-Struktur-Kopplung, Bruchmechanik und Kontaktprobleme. ADINA besitzt eigene Prä- und Postprozessoren (ADINA-IN und ADINA-PLOT), einen Volumenmodellierer auf Parasolidbasis (ADINA-M) und Lösungsmodule ADINA, ADINA-T und ADINA-F für strukturmechanische, strömungsmechanische  bzw. thermische Probleme. Zentral steht ADINA auf den Linux-Clustern bwUniCluster und ForHLR I zur Verfügung. Es gibt auch eine Version für Linux und Windows, die beim Betreuer ausgeliehen werden kann.

ADINA bietet eine grafische Oberfläche ADINA/AUI unter der die ADINA Module betrieben werden können.

Das SCC hat eine "Special License for University Education Use Only"-Lizenz von ADINA erworben, die laut ADINA folgende Nutzung gestattet:

 

 

" ...

ADINA User License Conditions 

 

1. Acceptance. The ordered computer programs on the reverse hereof and

such program(s) ordered separately, and any new versions, updates or

additions if provided, are hereafter called the “Program”. ADINA R & D,

Inc. (“ARD”) hereby grants and the undersigned (“User”) accepts a nontransferable

and non-exclusive license for the load modules of the Program

upon the agreements, prices, terms and conditions contained in the User

License Conditions on this side and in the information on the reverse hereof.

2. Restrictions. The Program shall only be used at the University by

University employees and students for the sole purpose of education

including teaching and non-industry sponsored research.

...

3. Installation. The User receives the material described in Section C on

the reverse hereof. Installation at the computer is to be performed by the

User.

4. Location and Use. The User agrees to only use the hereby ordered

Program on the computer(s) for which the license has been obtained at

Location:  Karlsruher Institut fiir Technology (KIT)

The User agrees that the hereby obtained Program will only be used as

indicated in paragraph 2.

5. Assignment. This User License and the Program supplied hereunder can

not be transferred or assigned without the prior written consent of ARD.

6. Secrecy. The User understands that the Program supplied hereunder is

proprietary and the User will maintain its confidentiality for all times. The

User will take all reasonable precautions to prevent unauthorized use of the

Program. The User agrees not to disclose, distribute or make the Program

supplied hereunder or any part thereof available to any person (other than

employees of User utilizing the Program within the scope of their

employment), firm, corporation, university or other organization without the

prior written consent of ARD. The name of the Program can not be changed

and no part of the Program shall be made part of another Program.

..."

 

Den kompletten Vertrag finden Sie auf dem FTP-Server ftp://ftp.scc.kit.edu/pub/campus/ADINA/ .

 

 

 

Inhaltsangabe

1. Einleitung

2. ADINA/AUI

3. ADINA Dateien

4. Kommando-Modus von ADINA

5. ADINA auf den Parallelcluster des SCC

6. Restarts und benutzerdefinierte Routinen

7. Parallelisierung

8. Literatur, Dokumentation und Beispiele

 

1. Einleitung

ADINA (Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis) ist ein Programmsystem für die Verschiebungs- und Spannungsanalyse von zwei- und dreidimensionalen, linearen und nichtlinearen Problemen, für Wärmeausbreitung und Feldprobleme. ADINA ist ein Produkt von ADINA R&D, Inc., 71 Elton Avenue, Watertown, MA 02472, USA.

ADINA besteht aus mehreren Modulen: 

ADINA	für die Verschiebungs- und Spannungsanalyse
ADINA-T	für Wärmeausbreitung und Feldprobleme
ADINA-F	für Strömungsberechnungen
ADINA-IN	Präprozessor für ADINA und ADINA-T
ADINA-PLOT	Postprozessor für ADINA und ADINA-T

Alle Module werden unter der grafischen Oberfläche ADINA/AUI aufgerufen. Die Oberfläche enthält auch den auf Parasolid basierenden Volumenmodellierer ADINA-M.

Zur Elementebibliothek gehören (u.a.)

• Volumenelemente (Quader, Tetraeder, Prismen)
• Platten (ebener Spannungs- und Dehnungszustand)
• dicke und dünne Schalen
• rotationssymmetrische Schalen und Volumen
• Stäbe und Balken (zwei- und dreidimensional)
• Röhren
• Kontaktelemente
• zwei- und dreidimensionale Flüssigkeitselemente

Das Materialverhalten kann folgendermassen beschrieben werden:

• linear-elastisch
• nichtlinear-elastisch
• thermo-elastisch
• elastisch-plastisch
• thermo-elastisch-plastisch und Kriechen
• Kurvenbeschreibungsmodell
• Betonbruchgesetz
• elastisch-plastisch mit Fliessbedingung nach Drucker-Prager und v.Mises
• Mooney-Rivlin Modell

Die Materialeigenschaften können temperaturabhängig sein. Damit lassen sich u.a. folgende Probleme bearbeiten:

• kleine und grosse Deformationen und Dehnungen
• Stabilitätsuntersuchungen
• statische und dynamische Kontaktprobleme
• Eigenfrequenzen, Frequenzanalyse und Antwortspektren
• Wärme-Struktur-Kopplung
• Fluid-Struktur-Kopplung
• Bruchmechanik
• kompressible und inkompressible Fluide
• verschiedene Turbulenzmodelle
• nichtnewtonsche Fluide
• u.v.m.

Weitere Features in ADINA sind:

• automatische Zeitschrittsteuerung
• Substrukturen
• zyklische Symmetrien mit beliebiger Last
• direkter und iterativer Lösungsalgorithmus
• Benutzerschnittstelle für eigene Elemente, Materialien und Lasten
• Solid Modeler und Vernetzer ADINA-M

Die Möglichkeiten von ADINA-T umfassen u.a.:

• zwei- und dreidimensionale stationäre und transiente Wärmeübertragungsprobleme mit fester und variabler Schrittweite
• zeit- und temperaturabhängige Wärmeleitfähigkeit, temperaturabhängige spezifische Wärme
• Wärmestrom- und Temperaturbedingungen
• Konvektions- und Strahlungsrandbedingungen für Knoten, Randlinien und Randflächen
• Phasenübergänge
• Feldprobleme, die sich auf analoge Differentialgleichungen abbilden lassen, z.B. Sickerströmung, Torsion, Potentialströmung, elektrische Leitung und elektrostatische Feldprobleme
• Schnittstelle zwischen ADINA und ADINA-T zur Wärme-Struktur-Kopplung

Die Möglichkeiten von ADINA-F umfassen u.a.:

• kompressible und inkompressible viskose Strömung
• stationäre und instationäre, newtonsche und nicht-newtonsche Strömung
• Wärmeübertragung, auch durch Strahlung
• laminare und turbulente Strömung (k-e und k-w Modelle)
• Mehrphasenströmung, Massentransport
• Schnittstelle zwischen ADINA und ADINA-F zur Fluid-Struktur-Kopplung
• freie Oberflächen bei Fluiden

Der Präprozessor ADINA-IN dient zur Erzeugung der Eingabedaten für ADINA, ADINA-T und ADINA-F. Es unterstützt die Erzeugung der Netze, führt eine Optimierung der Systemmatrix durch und plottet die Geometrie und die Vernetzung. In ADINA-IN integriert ist der Modeller und Vernetzer ADINA-M.

ADINA-PLOT ist der Postprozessor von ADINA, ADINA-T und ADINA-F. Er setzt auf die Ergebnisdateien der ADINA-Module auf, erzeugt weitere, abgeleitete Resultate und stellt sie grafisch dar.

Wichtige Features sind:

• Zoneneinteilung des FE-Modells
• Beschränkung der Ausgabe auf bestimmte Zonen
• Darstellung von Knoten- und Elementvariablen entlang selbstdefinierter Linien
• Erzeugung von zusätzlichen Ergebnissen
• Ermittlung von Extremwerten der Knoten- und Elementvariablen
• Plotten der Original-Struktur, der deformierten Struktur sowie der Eigenschwingungsformen des gesamten Modells oder bestimmter Zonen des Modells aus jedem Blickwinkel,
• Plots der Hauptspannungen für zwei- und dreidimensionale Probleme (nur bei bestimmten Elementen),
• Plotten des Zeitverlaufs von Knotenpunktsvariablen, Element- Variablen oder zusätzlicher Ergebnisse,
• Plotten einer Ergebnisvariablen als Funktion einer anderen Ergebnisvariablen (XY-Plots)
• Kontur- bzw. Isolinienplots z.B. von Spannungen
• Konturplots auf Oberflächen von 3D- und Shell-Elementen
• Plots von aufgebrachten Lasten auf der Struktur
• Verdeckte Linien bei dreidimensionalen Strukturen
• zusätzliche Definition von Farben
• individuelle Zuweisung von Farben an Elemente
• Analyse von Antwortspektren
• u.v.m.

Das ADINA-System ist auf den Linux-Clustern bwUniCluster und ForHLR I installiert.

 

2. ADINA/AUI

ADINA/AUI steht für ADINA User Interface und ist eine grafische Oberfläche unter der ADINA-IN und ADINA-PLOT ausgeführt werden können. Ausserdem lassen sich die Analyse-Module unter der Oberfläche ADINA/AUI starten.

Aufruf:

runaui

Anschließend die grafische Oberfläche. Hier ein Beispiel für den Postprozessor. 

Der vollständige Aufruf sieht folgendermaßen aus:

runaui [optionen][identifier]

Die wichtigsten Optionen sind:

-m MTOT[K|M|G][[W]|B]	Grösse des Arbeitsbereiches für ADINA  MTOT ist der Zahlenwert  K, M, G stehen für Kilo, Mega bzw. Giga  W bzw. B sind die Einheiten:  Worte (4 Bytes) oder Bytes  Default: 4 MW
-V	Versionsnummer
-in[A|T|F]	Start des ADINA-IN - Fensters für  ADINA  ADINA-T  ADINA-F  Default : A
-plot	Start des ADINA-PLOT-Fensters
-cmd	Kommando-Modus
-tmp DIR	DIR bezeichnet das Scratchverzeichnis;  Default: Arbeitsverzeichnis
-s Eingabedatei	In der Eingabedatei stehen ADINA-IN oder ADINA-Plot Kommandos, die nach dem Start von AUI direkt ausgführt werden
-nses	Es wird kein Session-File erzeugt
-nogl	OpenGL wird nicht benutzt
-help	alle runaui-Optionen

 

3. ADINA-Dateien

Die verschiedenen ADINA-Module erzeugen bzw. benötigen unterschiedliche Dateien. Die Analyse-Module von ADINA benötigen immer eine Eingabedatei id.dat, die man z.B. über ADINA/AUI erhält. Aber auch viele andere FE-Präprozessoren, wie z.B. Patran oder HyperMesh, können ADINA-Eingabedaten erzeugen.

ADINA-IN	Eingabe	Tastatur, Maus  id.in id.ilg	Kommandos zur Modellerzeugung ADINA-IN Input-File: vom Präprozessor erzeugt oder Session-File einer ADINA-IN  Sitzung  Eingabe über: File --> Open Log-File
	Ein/Ausgabe	id.idb	ADINA-IN Databasefile  kann am Ende einer Sitzung gespeichert werden:  File --> Save  und später wieder eingelesen werden:  File --> Open
	Ausgabe	id.dat	Eingabedatei für ADINA, ADINA-T und  ADINA-F
ADINA	Eingabe	id.dat	Eingabedatei
		id.res	altes Restart-File
		id.mod	altes Modes-Files
		id.tem	altes Temperatur-File (von ADINA-T)
		id.tgr	altes Temperaturgradienten-File (von ADINA-T)
	Ausgabe	id.out	Ausgabedatei
		id.outex	zusätzliche Ausgabedatei
		id.modes	Modes-File
		id.restart	Restart-File
		id.temp	Temperatur-File
		id.tgrad	Temperaturgradienten-File
		id.port	Porthole-File
		id.exit	Status-File
ADINA-T	Eingabe	id.dat	Eingabedatei
		id.res	altes Restart-File
		id.tem	altes Temperatur-File
		id.tgr	altes Temperaturgradienten-File
	Ausgabe	id.out	Ausgabedatei
		id.res	Restart-File
		id.tem	Temperatur-File
		id.tgr	Temperaturgradientenfile
		id.por	Porthole-File
		id.map	Mapping-File
ADINA-F	Eingabe	id.dat	Eingabedatei
		id.res	altes Restart-File
		id.tem	altes Temperatur-File
	Ausgabe	id.out	Ausgabedatei
		id.fsi	File für Fluid-Struktur-Wechselwirkung
		id.res	Restart-File
		id.por	Porthole-File
		id.tem	Temperatur-File
		id.map	Mapping-File
ADINA-PLOT	Eingabe	Tastatur, Maus  id.plot	Eingabe  Session-File einer ADINA-PLOT Sitzung  Eingabe über: File --> Open
	Ein/  Ausgabe     Eingabe	id.pdb     id.port	ADINA-PLOT Databasefile  kann am Ende einer Sitzung gespeichert werden:  File --> Save  und später wieder eingelesen werden:  File --> Open Porthole-File

Darüberhinaus wird jede Sitzung in einem Session-File mitprotokolliert. Standardmäßig ist der Name

nnnnnnnn.ses

wobei der erste Namensteil aus 8 alphanumerischen Zeichen besteht. ADINA/AUI legt außerdem eine temporäre Datei tempnnnn.dtb an. Dazu kommen noch Scratchdateien, die am Ende des ADINA-Laufs wieder gelöscht werden:

4. Kommando-Modus von ADINA

Die Rechenmodule können auch direkt aufgerufen werden.

adina8.7 [optionen] id1 [id2]

id1 ist der Bezeichner für das Problem und ist der erste Namensbestandteil der permanenten Dateinen. id2 ist der Bezeichner eines weiteren .dat Files, wenn Fluid-Struktur- oder Wärme-Struktur-Probleme gerechnet werden sollen.

Eine genaue Beschreibung der Optionen erhält man , wenn man die Module mit der Option -help aufruft:

adina8.7 -help

Die wichtigsten Optionen sind:

-mm MMAX[M|G][[W]|B][%]   -ms MSPARSE[M|G][[W]|B]     -m MSTORE[M|G][[W]|B]	Grösse des Arbeitsbereiches für ADINA ; MMAX ist der Zahlenwert  M, G stehen für Mega bzw. Giga  W bzw. B sind die Einheiten:  Worte (4 Bytes) oder Bytes  % gibt den Prozentsatz des Hauptspeichers an, der verwndet werden soll max. Memory für den Sparse Solver Memory für die Systemmatrix und die Elemente
-xa -xf	starte nur die Strukturanalys in einem FSI-Lauf starte nur die Fluidanalyse in einem FS-Lauf
-V	Versionsnummer
-tmpdir tmpdir	Scratchverzeichnis;  Standard: Arbeitsverzeichnis
-lib libdir	Verzeichnis für die shared Libraries mit user-defined functions
-restart Restartdatei	Name einer Restartdatei auf die aufgesetzt werden soll
- t threads	Anzahl der CPUs
-ulimit	Entfernen aller Ressourcenbeschränkungen

 

5. ADINA auf den Parallelclustern des SCC

Auf den SCC Parallelclustern wird ein Modulkonzept eingesetzt. Bevor Sie mit dem Produkt ADINA arbeiten können, müssen Sie zuerst das entsprechende Modul laden. Alle vorhandenen Software-Module erhalten Sie, indem Sie

module avail

eintippen. Um das Modul der aktuellen Version von ADINA zu laden, geben Sie z.B. auf bwUniCluster Folgendes ein:

module load cae/adina/9.2.4

Danach kann ADINA wie gewohnt gestartet werden.

 

Das Produkt ADINA steht auf dem Linux-Clustern bwUniCluster zur Verfügung und kann dort wie oben beschrieben aufgerufen und genutzt werden. Der Betrieb dieser Cluster unterliegt einem Job-Managementsystem, welches jedem Job optimal die Ressourcen zuordnet. Daher sollten große Rechenjobs unter diesem System gestartet werden. Damit der Benutzer sich nicht damit auseinandersetzen muss, gibt es zum Starten von ADINA die Prozedur adinajob. Die notwendigen und optionalen Parameter werden angezeigt, wenn adinajob ohne jeden weiteren Parameter eingegeben wird.

adinajob -j NAME -t CPU-Zeit -m MEMORY [-p THREADS][-i NAME2][-r RESTART][-e TMPDIR][-s STRING] 

 

-j NAME -t CPU-Zeit -m MEMORY	Name der Einagbedatei (ohne .dat) CPU-Zeit in Minuten Hauptspeicher in MByte
-p THREADS -i NAME2 -r RESTART -e TMPDIR -s STRING	Anzahl der Cores (bzw. CPUs) wenn parallelisiert gerechnet werden soll Name einer zweiten Eingabedatei bei FSI oder TMC Name einer Restartdatei Name eines Verzeichnis für temporäre Dateien; sinnvolle Eingaben sind oder (Vorbesetzung) in " " eingeschlossene weitere Optionen für ADINA

 

6. Restarts und benutzerdefinierte Routinen

6.1. Restarts

Wann Restart-Läufe sinnvoll sind und wie sie modelliert werden, sollte in den Theory and Modeling Guides nachgelesen werden. Hier wird nur die Durchführung beschrieben. Wir gehen von folgendem Szenario aus:

• in einem ersten ADINA-Lauf mit dem Bezeichner id1 werden Ergebnisdaten erzeugt, unter anderem eine Restart-Datei id1.res
• ein zweiter ADINA-Lauf mit dem Bezeichner id2 ist ein Restart-Lauf und benötigt die Datei id2.res. Das dieser Lauf ein Restart-Lauf ist, teilt man ADINA dadurch mit, dass man z.B. unter AUI unter Control --> Solution Process den Button Restart Analysis aktiviert.

Wir unterscheiden zwischen einem ADINA-Lauf unter der Oberfläche AUI und einem Start im Kommandomodus bzw. unter dem LoadLeveler bzw. NQS.

1. Startet man den Lauf mit id2 unter der grafischen Oberfläche, so wird nach einer Restart-Datei gepromptet und ein File-Browser öffnet sich. Die Datei id1.res wird nach id2.res umkopiert.
2. Startet man den Lauf id2 mittels des ADINA-Kommandos adina8.6 oder adinajob, so muß
   • man den Kopiervorgang von id1.res nach id2.res vorher selber durchführen oder
   • oder den Namen der Restartdatei über die Option -restart bzw. -r spezifizieren

6.2. Benutzerdefinierte Routinen

Als ADINA-Anwender kann man auch selber Elemente, Materialverhalten, Lasten definieren. Im ADINA-Installationsverzeichnis

• /opt/bwhpc/kit/cae/adina auf dem bwUniCluster
• entsprechend auf den eigenen Rechnern, auf denen ADINA installiert ist

gibt es für jedes ADINA-Modul ein Unterverzeichnis, in dem die Quelldateien ovl*.f, die Objektcodes in ovl*.o, die shared Library lib*.so und das ausführbare Programm *.exe liegt. Außerdem findet man dort, wichtig für die Erzeugung einer neuen shared Library, das Makefile.

Will man ein eigene userdefinierte Spezifikationen verwenden, muß man Fortran-Unterprogramme modifizieren oder ergänzen, die in einer der Dateien ovl*.f liegen, z.B. für ein eigenes viskoplastisches Materialgesetz die beiden Dateien ovl30u_vp1.f und ovl40u_vp1.f. In welcher, entnimmt man den Theory and Modeling Guides. Weitere Hinweise findet man in den Command Reference Manuals und in den Kommentaren der Programme. Man kopiert die ovl*.f, sowie die folgenden Objektfiles

• ovl100u.o,  ovl110u.o, ovl160u.o, ovl170u.o, ovl20u.o, ovl30u.o, ovl40u.o ovl50u.o, ovl60u.0, ovlusr.o
• die Library libguide.so und
• das Makefile

in ein eigenes Verzeichnis, modifiziert die entsprechene Fortran-Routine und das Makefile und ruft

make oder gmake

auf. Wenn alles richtig läuft, wird im selben Verzeichnis eine neue shared Library erzeugt, die beim ADINA-Aufruf über die Optionen -lib bzw. -l referiert wird. Startet man ADINA unter der grafischen Oberfläche, gibt man das Verzeichnis im Menü nach Solution --> Settings ein.

Bei den anderen ADINA-Modulen geht man analog vor. Man kann sich einfach an dem jeweiligen Makefile orientieren:

• hinter der Variablen OBJS stehen dort alle Objektdateien, die in das eigene Verzeichnis kopiert werden müssen
• hinter den Variablen, die die User-Routinen bezeichnen (in unserem Beispiel MAT2D, MAT3D) stehen die Namen der zu erzeugenden Objektdateien (ovl30u_vp1.o, ovl40u_vp1.o).

7. Parallelisierung

Die aktuelle Lizenz lässt die Parallelverarbeitung von ADINA-Jobs zu, allerdings nur im DMP-Mode, d.h. der Job kann nur über die Prozessoren verteilt werden die auf einem Knoten liegen. Auf den Clustern des SCC heißt das 

• bwUniCluster: 16 Prozessoren
• ForHLR I: 20 Prozessoren

Bei der Modellerstellung unter der grafischen Oberfläche geht man folgendermaßen vor:

1. im Menü Control --> Solution Process --> Element Subgroups ... legt man zunächst fest, in wieviele Subgroups jede der Elementgruppen im Modell unterteilt werden soll
2. in Minimum spezifiziert man die minimale Anzahl an Elementen, die eine Element Group  haben soll, damit sie überaupt in Subgroups zerlegt wird
3. in Maximum legt man fest, wieviele Elemente eine Subgroup maximal enthalten soll#
4. im Startfenster unter Solution --> Run ADINA... --> Start werden im Feld Number of Processors die Anzahl angegeben. Dies macht auf den Clustern des SCC keinen Sinn. Hier wird die Anzahl der Threads über die Option -t bzw. -p beim Aufruf von adina8.7 bzw. adinajob spezifiziert. 

Weitere Informationen findet man im ADINA Theory and Modeling Guide, Kap. 11. Hier findet man auch Informationen, was parallelisiert wird.

8. Literatur, Dokumentation und Beispiele

 

Allgemeine Literatur über die Finite-Elemente-Methode

• Bathe, K.J.:
  Finite Element Procedures in Engineering Analysis
  Prentice-Hall, 1982
  (in der Universitätsbibliothek vorhanden)

Es gibt auch eine deutsche Übersetzung:

• Bathe, K.J.:
  Finite-Element-Methoden
  Springer-Verlag, 1986

ADINA Dokumentation

• ADINA User Interface Primer
• ADINA User Interface Users Guide
• ADINA User Interface
  Command Reference Manual, Volume I: ADINA Model Definition
  Command Reference Manual, Volume II: ADINA-T Model Definition
  Command Reference Manual, Volume III: ADINA-F Model Definition
  Command Reference Manual, Volume IV: Display Processing
• ADINA System Release Notes
• ADINA Theory and Modeling Guide
• ADINA-T Theory and Modeling Guide
• ADINA-F Theory and Modeling Guide
• ADINA Verification Manual

Die Handbücher liegen als PDF-Dateien im Unterverzeichnis docs des Installationsverzeichnisses vor und können auch über die Online Hilfe geöffnet werden.

Beispieldatensätze

Unter dem Unterverzeichnis samples des Installationsverzeichnisses findet man die Beispiele, wie sie in den Verification Manuals, im AUI Users Guide und den Release Notes beschrieben sind.