隱式與顯式動力學的區別-彈性動力學有限元基本解法.pdf
時域方法中的顯式方法和隱私方法的區別(求解動力學學方程時域方法中的中心差分法和Newmark方法的區別) **************************************************************************************** 轉載,非本人原創,這篇文章總結的很棒,文章沒有標明作者,向該文檔的總結者致敬! ******************************************************************
節選段落一:
1
隱式與顯式動力學的區別
1.1. 彈性動力學有限元基本解法
結構系統的通用運動學方程為:
tRKUUCUM ??? ??? (1)
求解該動力學振動響應主要有三類方法:(1)時域法(2)頻域法(3)響應譜法
時域法又可分為:(1)直接積分法,(2)模態疊加法。直接積分法又可分為中心差分法(顯式),Wilson ? (隱式)法以及 Newmark(隱
式)法等。
本文介紹中心差分法(顯式)與 Newmark(隱式)法。
1 中心差分法(顯式)
假定 0, 1t , 2t ,…, nt 時刻的節點位移,速度與加速度均為已知,現求解 )( tttn ?? 時刻的 結構響應。節選段落二:
方案 1:DT2MS 為正的時間步
通過調整單元密度,使所有單元時間步相同,只用于慣性效應不重要的情況。
方案 2:DT2MS 為負的時間步
質量縮放只用于小于指定時間步長 DT 的單元。慣性效應應該通過變形體的動能與內能的比例進行衡量(一般應該小于 10%等)。節選段落三:
分析式(3)發現,顯式中心差分法的 M 與 C 矩陣
是對角陣,如給定某些有限元節點以初始擾動,在經過一個時間步長后,和它相關的節點進入運動,即 U 中這些節點對應的分量成為非零量,此
特點正好和波的傳播特點相一致。另一方面,研究波傳播的過程需要微小的時間步長,這也正是中心差分法的特點。
而 Newmark 法更加適合于計算低頻占主導的動力問題,從計算精度考慮,允許采用較大的時間步長以節省計算時間,同時較大的時間步長還
可以過濾掉高階不精確特征值對系統響應的影響。隱式方法要轉置剛度矩陣,增量迭代,通過一系列線性逼近(Newton-Raphson)來求解。
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隱式與顯式動力學的區別
1.1. 彈性動力學有限元基本解法
結構系統的通用運動學方程為:
tRKUUCUM ??? ??? (1)
求解該動力學振動響應主要有三類方法:(1)時域法(2)頻域法(3)響應譜法
時域法又可分為:(1)直接積分法,(2)模態疊加法。直接積分法又可分為中心差分法(顯式),Wilson ? (隱式)法以及 Newmark(隱
式)法等。
本文介紹中心差分法(顯式)與 Newmark(隱式)法。
1 中心差分法(顯式)
假定 0, 1t , 2t ,…, nt 時刻的節點位移,速度與加速度均為已知,現求解 )( tttn ?? 時刻的 結構響應。節選段落二:
方案 1:DT2MS 為正的時間步
通過調整單元密度,使所有單元時間步相同,只用于慣性效應不重要的情況。
方案 2:DT2MS 為負的時間步
質量縮放只用于小于指定時間步長 DT 的單元。慣性效應應該通過變形體的動能與內能的比例進行衡量(一般應該小于 10%等)。節選段落三:
分析式(3)發現,顯式中心差分法的 M 與 C 矩陣
是對角陣,如給定某些有限元節點以初始擾動,在經過一個時間步長后,和它相關的節點進入運動,即 U 中這些節點對應的分量成為非零量,此
特點正好和波的傳播特點相一致。另一方面,研究波傳播的過程需要微小的時間步長,這也正是中心差分法的特點。
而 Newmark 法更加適合于計算低頻占主導的動力問題,從計算精度考慮,允許采用較大的時間步長以節省計算時間,同時較大的時間步長還
可以過濾掉高階不精確特征值對系統響應的影響。隱式方法要轉置剛度矩陣,增量迭代,通過一系列線性逼近(Newton-Raphson)來求解。















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