引言：本文內容綜合參考了《ABAQUS 6.12 有限元分析從入門到精通》、ABAQUS 官方幫助文檔以及《ABAQUS 有限元分析常見問題解答》等資料，同時結合個人在學習與實際應用過程中的體會與思考，旨在幫助讀者對顯示分析步與隱式分析步的差異有更加深入的理解。

需要特別說明的是，文中觀點部分基于作者的學習與實踐經驗，難免存在不足或偏差，誠摯歡迎同行提出寶貴意見與建議，以便相互交流、共同進步。

1、 通用隱式分析步：

圖1為創建“動力，隱式”后的“基本信息”“增量”“其他”三個選項卡。

圖1 隱式動力學分析步

在設置分析步時，“增量”和“其他”兩個選項卡往往容易被忽視。一般來說，選擇自動時間增量時可以通過Half-step residual控制平衡殘差的容差，以兼顧精度與效率；而固定時間增量則可啟用Suppress half-step residual來跳過殘差檢查，加快計算，但可能犧牲穩定性。在“其他”選項卡中，求解技術不涉及接觸迭代，載荷默認按瞬態方式隨時間變化；至于初始加速度，如果是第一個動力學分析步則為零，如果前一步同樣是動力學步則沿用其結束時的加速度，默認情況下ABAQUS會自動計算，但若確認載荷無突變則可關閉以節省運算量。

2、 通用顯示分析步

該分析步用于顯式動力學分析，除了“基本信息”“增量”和“其他”三個選項卡頁面外，其“編輯分析步”對話框還包括一個“質量縮放”選項卡頁面。“基本信息”選項卡頁面中的幾何非線性選項默認為“開”。“增量”選項卡頁面的相關參數如表1所示。

圖2 動力顯示分析步

表1 增量選項卡（來源：《ABAQUS 6.12 有限元分析從入門到精通》）

參數	功能
穩定增量步估計	該欄用于選擇時間增量的穩定極限的估算方法，總是以單元-by-單元方式開始，在一定條件下轉化為全局方式
全局	此為默認選項，用于估算整個模型使用當前膨脹波速的最高頻率。當采用該方法具有足夠的精確度時，才由單元-by-單元方式轉化為全局方式。若模型包含流體單元、無限元、阻尼器、厚殼、厚梁、材料阻尼及自適應網格等，該方法不被使用。若使用該方法耗費太多的計算時間，ABAQUS/Explicit 采用單元-by-單元方法
單元-by-單元	用于估算每個單元的最高頻率，該方法是保守的，得到的穩定時間增量總是小于整體估算算法
最大時間增量步——無限制	此為默認選項，不限制時間增量的上限
最大時間增量步——值	該選項用于設置時間增量的上限
時間縮放系數	該欄用于輸入時間增量比例因子，用于調整 ABAQUS/Explicit 計算出的穩定的時間增量，默認值為 1。不適用于用戶選擇固定時間增量中的用戶自定義時間增量的情況

在顯式動力學分析中，除了常見的“基本信息”“增量”和“其他”三個選項卡外，“編輯分析步”對話框還多了一個“質量縮放”選項卡。其中，“基本信息”頁面的幾何非線性默認開啟；“增量”頁面的參數設置與隱式有所差別，這里不再贅述；而“質量縮放”功能則是顯式分析的一個重要特征，它通過人為增加單元的質量來提高穩定時間步長，從而提升計算效率。通常情況下，程序會默認繼承前一分析步的質量縮放設置（from the previous step），如果用戶需要自定義，可在對話框中創建新的縮放方案，指定縮放類型與數值，并可在后續隨時進行編輯或刪除。需要注意的是，這種方法雖然能顯著提高效率，但也可能改變動力學響應，因此在使用時要結合實際工況進行權衡。在“其他”選項卡中，顯式分析與隱式分析的設置也有所不同，該頁面只包含“線性體積粘性參數”和“二次體積粘性參數”兩欄，其中線性體積粘性參數默認值為0.06，二次體積粘性參數默認值為1.2，僅適用于連續體單元和壓容積應變率的情況，這兩項設置主要用于控制高頻噪聲與數值振蕩。

3、 隱式與顯示的比較：

在 ABAQUS 中，Standard（隱式）和 Explicit（顯式）都能處理各類工程問題，但選擇哪個分析模塊，往往取決于問題性質和計算效率。一般來說，如果兩種方法都能求解，效率往往是決定因素。

（1） ABAQUS隱式求解(ABAQUS/Standard)

隱式算法（ABAQUS/Standard）基于 Newmark 隱式時間積分，對于線性問題無條件穩定，收斂性好，可以采用較大的時間步長，因此在完成指定分析時所需的增量步數相對較少。不過，每一步都需要解線性方程組，計算量和內存開銷較大，尤其在大規模問題時可能成為瓶頸。它在處理靜力問題、低頻動力學問題以及特征值分析時表現突出，也能夠處理復雜接觸，但有時會受到約束條件的限制。

采用Newmark隱式時間積分：

（2） ABAQUS顯式算法(ABAQUS/Explicit)

顯式算法（ABAQUS/Explicit）采用中心差分法積分，方程不耦合，可以直接推進計算，每個增量步的成本很低，對內存和磁盤的要求也相對較小。然而它對時間步長非常敏感，必須滿足穩定條件，通常由最小單元尺寸和波速決定，因此分析可能需要大量增量步。盡管如此，顯式算法在復雜接觸問題和強非線性高頻動力學問題（如沖擊、碰撞、爆炸、穿透）中具有明顯優勢，能夠更真實地反映載荷傳遞過程。

采用中心差分法進行顯式時間積分:

簡而言之，隱式適合低頻和準靜態問題，顯式更適合高速、強非線性場景；隱式的優勢在于時間步長大、步數少但單步計算重，顯式的優勢在于單步計算輕便但步數多。合理選擇分析模塊，往往能在準確性和效率之間找到平衡點。

4、 適合的求解范圍

在選擇分析模塊時，隱式和顯式各有其適用范圍。隱式求解通常更適合響應周期遠大于系統自振頻率的問題，比如準靜態或低頻動力學過程。在這類情況下，顯式方法由于時間增量過小而效率極低；而隱式方法對于平滑的非線性問題也很高效，只需較少的迭代就能收斂，因此在適度非線性、響應變化平穩的問題中表現良好。相比之下，顯式求解則在高速動力學分析中優勢明顯，它能處理帶有不連續性的復雜問題，比如接觸、碰撞、屈曲甚至材料失效等情形。對于這類問題，隱式方法往往需要大量計算資源并且容易出現收斂困難，而顯式方法由于其算法特性，反而能以更高的效率完成計算。

圖3 隱式求解VS顯示求解

5、 分析步替換

在 ABAQUS/CAE 中，Step 模塊提供了“分析步替換”功能（Step → Manager → Replace），它是一種方便的建模操作，可以直接將現有的分析步替換為另一種類型，而無需重新從頭定義。需要注意的是，這種替換僅僅是 CAE 內部的建模操作，并不涉及分析結果在不同分析步之間的傳遞，因此與重啟動分析是完全不同的。在替換過程中，ABAQUS/CAE 會自動將原分析步關聯的接觸、邊界條件、載荷等參數復制到新的分析步中，并在不適用的情況下盡量給出等效替代；不兼容的部分會被抑制或刪除，并在信息區提示用戶。例如，將一個 Standard 靜力分析步替換為 Explicit 顯式動力學分析步時，系統會自動用 Explicit 的自接觸功能替換 Standard 的自接觸，將壓力載荷完整復制，同時抑制慣性釋放載荷，因為后者在 Explicit 中并不被支持。實際建模時，建議在替換之前備份原有模型，并在替換完成后仔細檢查材料屬性、單元類型、接觸、邊界條件、載荷和預定義場等是否仍然合理。如果只是想恢復分析步的默認參數設置，也可以借助替換功能：將分析步替換為同類型的新分析步即可。

圖5 分析步替換

6、 案例（以鋼架結構為研究對象，通過分析對比不同分析步的結果差異）