ALGOR软件执行流程与主体结构深度剖析

自从ALGOR R13以来，ALGOR采用了集成环境的模式，使得ALGOR的操作更加方便、友好，这种集成环境的模式在ALGOR V16和ALGOR V17JI简化中文版中被进一步得到完善和提高，目前，ALGOR集成环境界面的启动程序名称为FEMPRO。

启动FEMPRO之后的集成界面如图1-1所示，其中包含四个环境，它们分别为：CAD接口、FEA编辑器、结果处理、分析报告。每一个环境由可通过点击环境控制键来激活。为叙述方便，本书在以后的部分也经常将上述四个环境称之为模块，它们的内涵是一致的。

学习和掌握一个大型有限元分析软件，首先了解它的主体结构和流程是很重要的事情。ALGOR软件的主要执行流程大致可以由图1-2来描述，程序的主体结构主要由流程中的三大模块组成，

它们分别是：

1）前处理模块；

2）计算分析模块；

3）后处理模块。

由于在CAD接口环境和FEA编辑器环境内所实施的各项操作都是为计算分析之前的模型建造做准备，因此，本书将它们合并称之为前处理模块（见图1-2）；计算分析模块是流程中非常重要的一个执行模块，但是它并不形成一个可视化的操作环境；在结果分析环境中所做的各项操作，其实质是对分析结果进行各种处理，因此又称之为后处理（见图1-2）；分析报告的环境是计算分析完成之后生成的一个阅读环境。上述FEMPRO集成界面下的四个环境在图1-2中被表示成彩色模块。

虽然CAD接口模块的功能也属于前处理感念的范畴，但由于该模块属于ALGOR程序中一个极具特色的模块，因此本书在ALGOR的执行流程中将其单独划分出来，在ALGOR软件的集成界面中，这一部分也是以独立面貌出现的。

关于模块这个概念只是描述程序功能的一种表述方式，其实每一个模块都是由很多可以独立运行的程序来支撑的，或者说，模块其实就是由很多可独立运行的程序有机组合而成的一个集合。

1、启动

ALGOR的集成环境界面FEMPRO有三种启动方式。ALGOR最基本的启动方式是从WINDOWS的“所有程序”中直接运行FEMPRO（图1-3）；第二种启动方式则是在ALGOR的安装目录中直接运行AlgFrame.exe（图1-4）；第三种启动方式是从CAD软件的内嵌命令中启动ALGOR（图1-5），启动的同时，CAD软件将已经绘制好的部件轮廓模型传送到ALGOR的CAD接口模块。

当采用第一种或第二种方式启动ALGOR之后，计算机屏幕上将出现图1-1所示的FEMPRO集成界面。

2、前处理

前处理模块包含FEA编辑器和CAD接口两个环境，前处理的主要功能是完成建模。一个完整模型的建造包括多项工作内容的完成：几何建模、参数设置、边界约束设置、外力设置等。CAD接口是为建模服务的一个非常重要的模块，它的目的几何建模。图1-1显示的便是FEMPRO集成环境中的FEA编辑器的环境界面。

几何建模 几何建模的重要性不言而喻。在很多情况下，依靠CAD软件的帮助，可以大大提高几何建模的效率和成功率，并且还可以获得满意的研究对象的有限元几何模型。因此，要求ALGOR程序的使用者必须熟练掌握某种CAD软件的操作，这样方可大大提高ALGOR的使用水平，得到满意的分析结果。

CAD接口是ALGOR中非常有特色的一个模块，该模块能够实现与CAD软件之间的无缝联接，读取来自CAD软件绘制的三维轮廓模型，然后完成对CAD模型的网格自动划分，建立完美的几何模型。目前，已经实现与ALGOR之间无缝联接的CAD软件包括：Autodesk Inventor、CADKEY、Pro/Engineer、SolidWorks、Solid Edge、Alibre Design、IronCAD、Mechanical Desktop等。同时，ALGOR还支持如下格式的CAD数据的输入输出，如STEP、ICES、STL以及ACIS，这意味着某些CAD软件在完成研究对象的三维轮廓模型的绘制之后，只要按照ALGOR可识别的数据格式存储，便可在FEMPRO集成界面下将其读入ALGOR的CAD接口模块之中。图1-6是FEMPRO集成环境下CAD接口模块的环境界面，也是以第三中方式启动ALGOR之后出现的界面。

参数设置 建造模型的另一项重要工作内容就是为几何模型、为所采用的分析方法和分析过程设置必须的参数。参数设置的内容极为丰富，也非常复杂，参数设置不仅显示程序使用者对ALGOR程序的了解程度，也展示了程序使用者在有限元理论和相关基础学科方面的基础扎实与否，因此，参数设置便成为控制分析结果可靠性的一个极为重要的环节。所以，参数设置不能仅仅被看作是对程序掌握熟练与否的标志，还应当从理论基础方面来认识和提高，并通过加强基础理论的学习来促进参数设置的水平。总之，希望程序使用者能够成为一个高层次的使用者，应当使得ALGOR成为服务于你的目的、并且能够被你轻松驾御的工具。另外，高层次的使用者还应当表现为在熟练操作的前提下，能够挖掘出一些新的功能，为你的某些特殊研究目的服务。

在ALGOR中，参数设置的内容随分析内容和分析方法的改变而改变，例如，在进行建筑结构静力分析时的参数设置就不同于作建筑结构动力分析时的参数设置。由于ALGOR程序可运用的领域极为广泛，可求解的问题类型极其丰富，因此参数的设置也变化万千。由于每一个人的专业限制，要想完全掌握ALGOR程序应用于各个学科领域时所面临的参数设置是相当困难的。本书也只能主要结合ALGOR在土木工程中的应用，介绍部分问题求解时的参数设置。

边界约束设置、外力设置 相对来说，设置约束条件（或称边界条件）和设置作用于模型之上的外力显得比较简单，不过，对于约束条件的设置也同样需要一定的专业基础，并且要善于通过分析将实际比较复杂的问题转化为简单可行的并且能够运用于ALGOR程序之中的约束条件。

3、计算分析

计算分析模块主要是由很多求解器组成的，其中涉及土木工程领域的求解器可以分为两大类，一类是线性求解器，另一类是非线性求解器。本书主要介绍线性求解器。

线性求解器主要包括以下功能求解器：
1）静力分析求解器
2）模态分析求解器
3）考虑荷载刚化效应的模态分析求解器
4）结构反应谱分析求解器
5）随机振动分析求解器
6）频率响应分析求解器
7）时程响应分析（逐步积分法）求解器
8）时程响应分析（模态叠加法）求解器
9）屈曲分析求解器

关于荷载刚化效应的概念，实质上是指结构在恒定外力作用下引起的结构几何刚度的改变。例如一个轴向受压的杆件，其横向刚度将会降低；相反，当其轴向受拉时，横向刚度将会增加。在FEMPRO集成环境下，程序操作者通过求解器的选择以实现程序使用者的研究目的。

在调用求解器进行计算分析的过程中，程序操作者无法干预其过程，但可以通过ALGOR提供的窗口监视求解过程，并且能够适当的控制监视频率。求解器在分析过程中通过监视窗口为程序操作者不断提供过程信息，并将之保存在监视窗口内，以供程序操作者进行分析。

求解过程结束之后，程序自动启动后处理模块。

4、后处理

在ALGOR当中，后处理是一个包含内容繁多的概念。根据图1-7所显示的关于后处理模块的环境界面，结合作者在操作后处理环境时经常用到的一些功能和体会，作者以为，后处理概念最核心的内容就是对分析结果所进行的数据处理，其他所有丰富而多彩的操作都是围绕数据处理而展开的。

ALGOR对于分析结果的数据处理主要包括以下6种方式：
1）云图方式——以模型本身作为显示平台，以色彩对比的方式，形象而直观地将力学量的分析结果显示在模型肌体上（见图1-7）。
2）分布图方式——以模型本身作为位置参照，以线条的长短表示强弱，将某些分析结果以分布图的形式显示在模型侧面（见图1-8）。
3）图形方式——可以将模型选定部分的分析结果随位置或随工况而改变的趋势直接绘制成曲线图形（见图1-9）。
4）数据查询方式——以互动查询的方式，或者选定节点的方式，将分析结果以数据的形式显示在特定的窗口，并可以存储成文件（见图1-10）。
5）数据文件方式——可以将模型选定部分的分析结果按照某种格式输出成数据文件。该数据文件可以被某些表格编辑软件读取之后，再绘制成程序操作者所希望的图形。
6）动画方式——将分析结果随状态或随工况而改变的过程以动画的形式表现出来，并且在生成动画文件（*.avi）之后，可以脱离ALGOR进行演示（见1-11）。

为了更加完美地按照程序使用者的意图实现数据处理，帮助程序使用者更深刻地认识所分析的问题，对浩如烟海的计算结果如何进行有效的数据处理是一件非常重要的事情，ALGOR程序为程序使用者提供了多种方便而快捷的处理方法。

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