顯式動力學分析的案例
|最新免費|ABAQUS顯式動力學分析關鍵技術講解
在ABAQUS中針對部件進行仿真分析時，分析類型眾多，有靜力學分析、熱力分析、瞬態動力學分析、模態等頻域相關分析。
但在動力學分析中，會有動力隱式（Dynamic Implicit）和動力顯式（Dynamic Explicit）兩種看上去很相似的分析類型，這讓很多初學者在實際應用時，不知道該如何去進行相應的選擇。
基于ABAQUS顯式動力學和隱式動力學的彎管成型加工分析 ￥50
分別為Mises應力，等效塑性應變以及厚度分析結果
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檢查一下顯式動力學分析過程中內能和動能，顯然動能遠低于內能，分析結果可以接受。
總結：顯式動力學和隱式動力學對于都可以應用于求解彎管成型加工問題，當然也可以用于其他的金屬成型問題分析。注意到顯式動力學分析具有較高的計算效率，且計算結果與隱式算法接近，計算精度完全可以滿足工程需要，并且顯式動力學不存在收斂問題，在求解復雜接觸，大變形等問題上具有天然的優勢，因此筆者推薦采用顯式動力學求解材料加工問題。但也應該注意到，在某些簡單問題上，隱式算法其實式更加穩健的，求解精度更高的，需要大家根據經驗進行判斷。如果需要材料在加工過程中需要分析折疊，褶皺，開裂等問題，顯式動力學算法應當為唯一選擇。
如需指導，請站內私信。下面付費可下載案例文件。
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也就是說，它還集成了 ANSYS Spaceclaim Direct Modeler 幾何工具、ANSYS Parameter Manager 和設計探索軟件，可讓您針對 CAD 幾何結構進行完整的參數研究，并且可清理至顯式分析所需的標準。
3) 選擇眾多元素和接觸公式
ANSYS LS-Dyna 為您提供了范圍廣泛的低階和高階元素公式（固體、外殼和波形）。這些公式可通過 ANSYS Mechanical 界面應用于各部件，因此您可以僅根據需要在某區域設置高保真元素。
考慮到波形橫截面和外殼厚度，LS-DYNA 范圍廣泛的接觸選項可用于固體、外殼和波形之間的自動接觸檢測。接觸可在單獨部件、部件內和單個元素內檢測到，從而讓整個模型中實現簡單穩健的接觸。
4、 ANSYS Explicit STR瞬態非線性顯式動力學快捷分析軟件
ANSYS Explicit STR是基于ANSYS Workbench仿真平臺環境的結構高度非線性顯式動力學分析軟件。可以求解二維、三維結構的跌落、碰撞、材料成形等非線性動力學問題。軟件功能成熟、齊全，可用于求解涉及材料非線性、幾何非線性、接觸非線性的動力學各類問題。目前，ANSYS Explicit STR被廣泛應用于飛機的鳥撞分析、葉片包容性分析、產品的跌落分析、材料成型分析等。
展開 Abaqus顯式動力學入門案例-丟金幣/擲骰子
“ 用兩個剛體顯式動力學案例，入門Abaqus/Explicit”
最近科研項目遇到一點小小的挫折，涉及接觸的算例怎么修改邊界條件都難以收斂。我猜想如果換用顯式動力學可能可以讓問題更快實現收斂。之前雖然玩過一兩次，但一直沒有很認真的正式學習顯式動力學。今天這篇文章，就用USim鄧怡超工程師幾年前分享的兩個inp文件，學習一下Abaqus/Explicit顯式動力學分析。
既然用了別人的模型，那就在開頭顯著位置寫一下致謝吧。感謝USim，在我還在猶豫沒想好是在仿真領域一條道走到黑還是畢業轉行當碼農的時刻，是USim鄧工分享的一波Abaqus算例動畫讓我燃起了對有限元仿真的極大熱情（emmm這么說來也不知是福是禍，但我確實發自內心的喜歡力學和有限元仿真）。鄧怡超在他公眾號菜單里免費分享的很多inp文件也是我學習的樣本。
如何將隨機性引入Abaqus仿真？網球隨機發射模擬
01
顯式動力學
先翻譯一些不那么有趣的東西。如果想直接看丟YingBi（這居然是敏感詞，完全無法理解）的小伙伴可以往下滑~（P.S.還是按慣例翻譯自幫助文檔。寫到這里發現我的彩云小譯半年會員居然已經到期了，果斷再續一年~）
什么是顯式動力學分析？它和隱式分析的區別在何處？
使用直接積分法的隱式動力學在Abaqus中是由Abaqus/Standard求解器提供的，而Abaqus/Explicit關于時間部分使用了中心差分算子。在隱式動力學分析中，必須對積分算子矩陣求逆，對每個時間增量步都需要求解一組非線性的平衡方程。而在顯式動力學中，節點的位移和速度是根據時間增量步開始時刻已知的量計算出來的，不需要組裝成整體質量陣和剛度陣并求逆。
展開 
顯式動力學分析十大要點 —— 第一部分
因為顯式動力學有許多建模步驟是獨特的，即使是有多年隱式分析經驗的資深分析師也可能不那么明顯。雖然這些步驟中的許多對于成功的分析至關重要，但如果你忘記了它們，大多數前處理器不會自動提供警告或錯誤。在這篇文章中，我將提供建立穩健、快速且準確的顯式動力學模型的十大最佳實踐步驟的第1部分，顯式動力學分析的最佳實踐步驟：
1.創建或導入幾何模型
a. 簡化幾何模型：去除在模型關鍵區域中對獲得準確解不必要的幾何形狀和特征。
2.選擇合適的單元類型
a. 主要使用減縮積分、低階單元類型。全積分可以用來提高精度并消除沙漏現象，但這些單元通常被避免使用，因為它們容易受到剪切鎖定的影響，并且會增加求解時間。一些顯式動力學代碼允許使用高階單元，但它們的求解時間可能會更長，主要是因為由此產生的時間步長會小很多。
b. 避免由退化的六面體創建的四面體單元。這些單元類型非常不準確。大多數顯式動力學代碼都有更準確的四面體單元類型，例如在LS-Dyna中ELFORM=10或13。泰勒桿沖擊模型的四面體網格和全六面體網格的比較如圖1所示。
圖1 泰勒桿沖擊模型的四面體網格和全六面體網格的比較
c. 選擇既快速又準確的殼單元類型。在許多情況下，前處理器默認選擇的殼單元類型不是很準確，特別是對于扭曲的殼和將經歷扭轉變形的殼。例如在LS-Dyna中，在這些情況下，Belytschko-Wong-Chiang 和 Belytschko-Leviathan 類型比默認的Belytschko-Tsay類型更準確。
3.分配材料模型和屬性
a. 在不關心該物體中的應力/應變的地方，使用剛性材料來指定剛體。剛體可以顯著減少運行時間。
b. 使用一致的單位。一些前處理器不允許你更改單位系統。
c.
展開 Workbench之24 Explicit Dynamics 顯式動力學分析
Workbench之24 Explicit Dynamics 顯式動力學分析
顯式動力學系統執行多種工程仿真，包括固體、流體、氣體的非線性動力學行為及其交互作用。使用autodyn或LSdyna求解器。
本系統在Mechanical中配置
使用顯式動力學系統：
1） 要添加顯式動力學系統，從工具箱拖拽該系統至項目圖，或在工具箱中雙擊該系統
2） 要載入幾何體，右擊Geometry單元，快捷菜單選擇Import Geometry
3） 要打開Mechanical程序，右擊Setup單元，快捷菜單選擇Edit；或雙擊Setup單元
4） 在Mechanical窗口，使用應用程序工具和特征完成分析
詳見Explicit Dynamics Analysis Guide
展開 ANSYS Workbench顯式動力學實例 | PVB玻璃的沖擊仿真
現在根據實驗需要，進行鋼球與玻璃的碰撞分析。鋼球與以1m/s的速度撞擊玻璃，通過仿真確定撞擊過程中玻璃的變形和受力變化。
2
問題分析
這是一個典型的碰撞事件，時間短暫，只有5毫秒，需要使用顯式動力學分析模塊。建模時鋼球與玻璃間有很小的間隙，直接給指定的初速度。
3
分析過程
1.創建顯式動力學分析系統。
2.設置材料屬性：根據下表中所示的參數，建立兩種材料類型
表1 材料參數
類型
彈性模量(MPa)
泊松比
Windows
100000
0.23
PVB
280
0.495
3.創建幾何模型：使用SCDM建立幾何模型，模型如下圖所示，玻璃魚PVB的厚度關系見下表。因為PVB與玻璃膠粘中一起，在分析時，采用同一PART，共享拓撲形式。
4.設置連接關系：玻璃夾層之間直接共享拓撲，無需建立接觸對連接，只需要指定鋼球與玻璃間的相互作用關系即可
5.劃分網格：采用多域網格劃分形式，設置玻璃各夾層網格大小為2mm，劃分好網格如下圖所示。
6.設置邊界條件：對玻璃底部四個邊界施加固定約束，給定鋼球的初始速度為1m/s。
7.求解：計算時間為0.005s
8.結果后處理：提取出整體及各部分的應力隨時間的變化曲線以及各部分應力分布情況。
展開 一期一會 | 什么是顯式動力學？
什么是隱式動力學？
在討論顯式動力學時，很難不提及隱式動力學。顧名思義，隱式動力學是一種使用隱式時間積分法的FEA仿真方法。與顯式動力學一樣，隱式動力學仍然利用多個時間步來求解運動隨時間變化的完整方程。
隱式積分法的方程，涉及當前時間步和下一個時間步的值。對于隱式仿真軟件工具，求解器使用后向歐拉法（Backward Euler Method）推導方程，以求得下一個時間步的值，該方程與當前步長（k）和下一個時間步有關：
隱式方法和顯式方法之間的區別
在結構分析中，工程師使用這兩種積分方法進行動態和準靜態仿真。如上所述，兩者的主要區別在于，當在顯式方法中進行PDE積分運算時，解完全由得到的方程來確定；在隱式方法中，未知值是隱含的，因此算法必須使用線性代數來找到解。
從現實世界的實際角度來看，這會帶來以下差異：
顯式動力學仿真示例
顯式動力學分析中使用的小時間步長和集中質量公式，使其非常適合用于分析持續時間短但具有顯著非線性的事件。用戶也可能會選擇這種方法，而非隱式分析，來處理持續時間較長但存在平衡問題的準靜態事件。
工程師可以在各個行業中使用Ansys LS-DYNA等Ansys顯式動力學解決方案，為高度復雜的非線性結構仿真快速生成有用的信息。下面列出了一些較為常見的應用。
跌落測試
消費類產品和工業品都需要在運輸和使用過程中承受從合理高度跌落的情況，因此工程師基于行業標準進行跌落測試，以確保其產品足夠穩健可靠。但是，開展物理測試的成本高昂，而且需要依賴實際的硬件設備。
展開 Ls-dyna只能做顯式動力學分析嗎？ 附趙海鷗LS-DYNA動力分析指南下載
很多CAE工程師都了解Ls-dyna軟件，大部分工程師都用它來做碰撞、跌落等顯式動力學分析。很少人用Ls-dyna做隱式分析，這篇文章就為大家介紹Ls-dyna進行隱式分析的方法。
一、顯式算法和隱式算法
Ls-dyna顯式算法采用中心差分法進行時間積分，適合高頻非線性動力學響應分析，理論方程：
Ls-dyna隱式算法采用Newmark隱式時間積分，適合靜力學、低頻動力學及模態分析，理論方程：
二、如何使用隱式動力學關鍵字
（1）激活Ls-dyna隱式求解
使用*control_implicit_general關鍵字進行啟動，設置imflag=1即啟動了隱式求解，默認imflag=0即為顯式求解；imflag=2為顯式求解后無縫進行隱式求解，回彈分析中使用較多。
展開 顯式動力學分析十大要點 —— 第二部分
在上一篇文章中，我列出了建立穩健、快速且準確的顯式動力學模型的前六個最佳實踐步驟。在這篇文章中，我將描述剩下的四個步驟。請注意，這些是適用于幾乎所有顯式動力學模型的一般步驟。在特殊情況下，可能需要額外的步驟。例如在爆炸分析中，可以包含一個歐拉域來模擬爆炸，并且需要一種耦合方法來模擬爆炸氣體與固體之間的相互作用。
顯式動力學分析的最佳實踐步驟：
7. 對幾何模型進行網格劃分
a. 創建一個具有相對均勻的單元尺寸分布的網格。模型中具有非常精細網格的位置會降低時間步長，這可能導致非常長的運行時間。圖1比較了隱式和顯式模型的優選網格。在高能動態分析中，由于應力波的運動和相互作用，峰值應力幾乎可以出現在任何地方，所以在顯式模型中，在圓角處有精細網格并不是那么關鍵。
圖1 隱式（左）優選網格和顯式優選網格（右）
一些網格劃分工具，如 ANSYS Workbench/LS-Dyna 中的虛擬拓撲和基于網格的簡化幾何，為通過幾何特征進行網格劃分提供了選項。這意味著網格不必與表面幾何的邊界完全一致。下面的圖2展示了一個例子，其中默認網格在左側幾何圖形中的細長面處包含非常小的單元。右下角相對均勻的網格要好得多，因為它允許更大的時間步長。
圖 2：默認網格和優選網格 —— 兩者均由包含細長面的幾何圖形創建
b. 盡可能使用六面體網格。四面體單元不僅會顯著增加模型大小，而且通常會大大降低時間步長。
8.應用初始條件、載荷和約束
a. 指定初始條件，如初始平動速度和轉動速度。
b. 平滑的載荷曲線（例如正弦曲線）將有助于防止沖擊。
c. 列出和 / 或繪制載荷以進行驗證。
d.
展開 顯式動力學分析中巧用子循環提高計算效率
在上一篇《為什么顯式動力學分析中要慎用質量縮放Mass scaling?》文章中，提到了除質量縮放之外的另一種提高顯式分析計算效率的方法，即子循環技術“subcycling”，后臺有很多小伙伴咨詢子循環如何使用，本篇就簡單舉例示意一下子循環技術在Abaqus中的使用方法。
01
子循環技術
Abaqus / Explicit中的子循環方法基于域分解。在該方法中，要先定義一個在分析期間保持不變的子循環域，即單元集合。定義了子循環區域以后，計算過程中將自動調用域級的并行算法。
側桿試驗 - 高速撞擊 - 顯式動力學 - ANSYS Workbench
側桿試驗 - 高速撞擊 - 顯式動力學 - ANSYS Workbench
顯式動力學是一種時間積分方法，用于在速度很重要時執行動態模擬。顯式動力學考慮快速變化的條件或不連續事件，例如自由落體、高速撞擊和施加的負載。由于這些“非線性動力學”已集成到模擬中，因此顯式動力學是模擬高度瞬態物理現象的首選。
有些側面碰撞是指車輛側向撞上路邊的堅硬物體，如樹木或電線桿。這通常是由于駕駛員失去控制、超速、誤判拐角或在濕滑路面上打滑造成的。
動力學分析方法探秘：顯式動力學與隱式動力學對比
在工程領域的結構分析中，動力學分析是一項關鍵任務，用于模擬結構在外部加載下的動態響應。顯式動力學和隱式動力學是兩種常用的數值模擬方法，各自在特定情境下發揮著重要作用。在本文中，我們將深入探討這兩種動力學分析方法的概念以及它們分別適用的問題。
顯式動力學：
顯式動力學特別適用于模擬高速動態加載、爆炸、碰撞等事件中的結構行為。其特點在于每個時間步內，結構中的每個單元的運動方程都顯式地求解，無需進行迭代。這使得顯式動力學相對于其他動態分析方法更加高效，尤其在需要快速計算結果的情況下。
顯式動力學適用于具有較小變形和短時間范圍內的動態行為的問題。典型的應用場景包括碰撞模擬、爆炸效應研究以及其他短時間內發生的動力學事件。然而，它在處理較大變形和較長時間范圍的問題上可能表現不如隱式動力學。
隱式動力學：
相對而言，隱式動力學更適用于較大變形、非線性和長時間范圍內的動力學問題。在隱式動力學中，每個時間步內需要通過迭代方法來找到使得方程達到平衡的解。雖然這使得計算速度相對較慢，但隱式動力學更為穩定，能夠處理更為復雜的結構響應。
隱式動力學常用于模擬結構在地震、風載等較長時間范圍內的動態響應。其迭代方法通常采用數值方法如Newton-Raphson迭代，以求解非線性方程組。這使得隱式動力學成為處理大規模、高度非線性問題的理想選擇。
如何選擇：
當求解涉及輕度非線性的動態有限元分析（FEA）問題以及可以使用大時間步長時，使用隱式動力學。這包括：
靜態平衡。
緩慢、線性和輕度非線性過程。
較大的時間增量。
展開 Abaqus瞬態動力學總結
瞬態動力學分析用來研究時域載荷作用下的結構動力學響應問題。ABAQUS提供的瞬態動力學分析方法包括：隱式動力學分析、子空間顯式動力學分析，顯式動力學分析以及模態瞬態動力學分析。
1、隱式動力學分析
ABAQUS/Standard隱式動力學分析通過對時間進行隱式積分求解動力學問題，適用于(強)非線性瞬態響應分析。
2、子空間顯式動力學分析
ABAQUS/Standard子空間顯式動力學分析，通過對子空間下的動力學方程直接積分來求解系統瞬態響應，子空間基向量由系統的特征向量構成。這種方法能夠非常有效的求解具有弱非線性系統的瞬態響應。
3、顯式動力學分析
ABAQUS/Explicit顯式動力學分析對結構的運動方程直接進行顯式積分，進而求解動力學問題，該方法能夠有效處理載荷作用時間較短的大規模模型。
4、模態瞬態動力學分析
ABAQUS/Standard模態瞬態動力學分析應用模態疊加法求解線性系統的瞬態響應問題。模態瞬態分析建立在線性系統的特征模態基礎上，因此在應用該方法之前必須先提取系統的特征模態。
上述幾種求解瞬態動力學問題的方法各有其特點和適用范圍，其中模態瞬態動力學分析方法主要用于線性系統的瞬態響應問題。
在實際應力中我們可能較少的接觸模態瞬態求解分析，它是所有動力學求解方法中效率最高的一種方法。模態疊加法求解瞬態動力學問題有其自身的優勢和局限性，在進行模態瞬態響應分析前需要考慮以下幾個問題，以便合理地選擇分析方法和設置參數。
時域載荷能否用特征模態精確描述；
-- 模態疊加計算后保留的模態必須足以覆蓋載荷所包含的頻率；
-- 初始條件能否用特征模態來精確描述；
-- 對突然施加的載荷所引起的初始加速度能否用特征模態來精確描述
-- 僅僅進行線性動力學分析是否能夠滿足要求。
展開 簡述ABAQUS中瞬態動力學分析的幾種方法
瞬態動力學分析用來研究時域載荷作用下的結構動力學響應問題。ABAQUStigong的瞬態動力學分析方法包括：隱式動力學分析、子空間顯式動力學分析，顯式動力學分析以及模態瞬態動力學分析。
1、隱式動力學分析
ABAQUS/Standard隱式動力學分析通過對時間進行隱式積分求解動力學問題，適用于(強)非線性瞬態響應分析。
2、子空間顯式動力學分析
ABAQUS/Standard子空間顯式動力學分析，通過對子空間下的動力學方程直接積分來求解系統瞬態響應，子空間基向量由系統的特征向量構成。這種方法能夠非常有效的求解具有弱非線性系統的瞬態響應。
3、顯式動力學分析
ABAQUS/Explicit顯式動力學分析對結構的運動方程直接進行顯式積分，進而求解動力學問題，該方法能夠有效處理載荷作用時間較短的大規模模型。
4、模態瞬態動力學分析
BAQUS/Standard模態瞬態動力學分析應用模態疊加法求解線性系統的瞬態響應問題。模態瞬態分析建立在線性系統的特征模態基礎上，因此在應用該方法之前必須先提取系統的特征模態。
上述幾種求解瞬態動力學問題的方法各有其特點和適用范圍，其中模態瞬態動力學分析方法主要用于線性系統的瞬態響應問題。
在實際應力中我們可能較少的接觸模態瞬態求解分析，它是所有動力學求解方法中效率最高的一種方法。模態疊加法求解瞬態動力學問題有其自身的優勢和局限性，在進行模態瞬態響應分析前需要考慮以下幾個問題，以便合理地選擇分析方法和設置參數。
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