顯式
關注創建者：ALTAIR 創建時間：2020-04-20
顯式的視頻教程
Hypermesh+LS-DYNA教程——顯式動力學
第四講：多次沖擊 采用3種方法完成多次沖擊分析，分別為：質量阻尼法、顯式-隱式-顯式轉換法、動態松弛法。沖擊載荷采用GB/T 28046標準中的50g6ms半正弦沖擊波，沖擊順序：Z-Y-X。 第五講：多次跌落 按照GB/T 4857.5-1992 包裝 運輸包裝件 跌落試驗方法進行多次跌落，使用完全重啟動實現進行多次跌落：面跌-棱跌-角跌。
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【ABAQUS】隱式與顯式分析（落錘試驗、準靜態分析）
【ABAQUS】隱式與顯式分析（落錘試驗、準靜態分析） ? ? ? ?本課程是本人即將推出的?“ABAQUS 結構工程分析專題教程”?中的其中一個收費專題。（歡迎點擊“試看”，貨比三家，本課程性價比絕對高） 【課程概要】 ? ? ? ?較為簡潔清晰地厘清ABAQUS中隱式求解法（指隱式靜力學）與顯式求解法的基本原理和區別，并介紹了與之相關的準靜態分析方法。
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ABAQUS-Hypermesh聯合仿真入門第二期:落球動力顯式分析案例
因此，我們今天給大家帶來ABAQUS-Hypermesh聯合仿真入門課 直播大綱： ABAQUS-Hypermesh聯合仿真及落球動力顯式分析案例 1、ABAQUS動力顯式分析步概述 2、Hypermesh軟件使用要點 3、hm幾何創建 4、hm網格劃分及網格類型設置 5、hm材料模型及截面屬性設置（變形體與剛體設置） 6、hm分析步及輸出設置 7、hm邊界條件設置 8、
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顯式的實例教程
1、adina的隱式動力分析方法確實牛，但針對碰撞沖擊類高度非線性問題，確實還存在問題，最大的毛病就是自由度丟失（比如跌落或者碰撞過程中，物體本該轉動卻轉不起來）、能量在某些情況下會出現不守恒（比如跌落撞擊過程中突然出現大的反彈），對模型阻尼異常敏感（一點點偏差就有可能導致不同的結果），這些問題說明這種方法普遍用在強顯式問題中的穩定性還有待改進。
2、顯式分析方法的結果目前還沒發現異常情況，均比較正常，貌似穩定性很不錯。影響顯式非線性分析速度和精度的主要因素在于兩個：一是minimum time step size（mass scaling），這個參數對顯式分析的速度影響很大，通常，大于0.001時，幾乎難以獲得理想的結果，小于1e-5時，計算速度會大幅度下降?？筛鶕Ｐ瓦M行調試。同樣，time step中的設置也會對計算穩定性有影響，通常不會大于0.01，一般設置在0.001-0.002左右可能會比較穩定，具體根據計算情況而定。
3、adina目前的顯式算法應該說已經達到一個成熟的境界(我相信即使像汽車高速碰撞這樣的問題在目前的框架下也能成功實現)，且有其特點。但最軟肋的問題在于顯式分析中考慮各種損傷效應的材料模型以及分析控制參數較少，這個問題的發展空間很大，但愿在以后的版本中能看到改進，這點應該向aba學習。
目前還準備測試一下用adina做建筑顯式倒塌破壞的模擬，希望有更多的朋友參與進這個很有意義的話題。
顯式算法本身比較簡單，幾乎所有的顯式動力分析程序都以中心差分法為基礎，細微的差別也就是在計算推進的速度、計算精度控制的差異上，就單純的算法而言，adina應該已經很成熟，這點我相信沒有什么異議，無論dytran或者dyna都是那一套算法。
展開 我們將顯式動力學方法稱為“顯式（explicit）”，原因在于積分的結果是一個方程，該方程可以針對當前時間步的已知量，直接計算下一個時間步的值。FEA中使用的另一種方法是隱式時間積分，之所以被稱為“隱式（implicit）”，是因為下一個時間步的目標值不是直接計算，而是通過包含已知量和未知量的方程進行間接確定。在這種情況下，求解器使用線性代數來計算隱含的未知值。
顯式方法的一個示例為前向歐拉法（Forward Euler Method），其得到的方程僅與當前時間步有關：
顯式動力學分析的重要方面
在仿真軟件中使用顯式動力學求解方法時，無論是仿真初學者，還是經驗豐富的工程師，都需要了解這種方法中由數學算法決定的一些重要方面。
臨界時間步長和波傳播時間
最重要的一點是，顯式求解每次只求解“當前時間步之后的時間步”。顯式求解器是在每個時間步內計算應變是如何變化的，因此時間步長必須小于應變波穿過模型中最小單元所需的時間。這一限制被稱為臨界時間步長，而聲音穿過材料的速度決定了波傳播時間。對于剛度大的材料和小單元尺寸，關鍵時間步通常約為毫秒級。
非線性行為
工程師還需要關注的是，顯式動力學可以捕獲哪些類型的非線性行為。由于顯式方法采用的時間步非常小，因此求解器可以將計算得到的值在該小時間步上的變化視為線性的。
工程師將FEA仿真中的大多數非線性行為分為以下類別之一：
非線性材料
非線性材料的屬性會根據載荷或時間，以非線性方式發生變化。在幾乎任何分析類型中，最常見的材料非線性形式都是塑性。隱式方法可能難以確定更高塑性水平的收斂，尤其是當材料剛度下降時。與塑性密切相關的是應變速率相關的屬性，如剛度。
展開 02
顯式積分求解算法的原理
（1）建立碰撞運動方程
在總體坐標系下，碰撞的運動方程可以表示為：
[M]{a}+[C]{ν}+[K]0wwuks2={Fex}
式中：[M]為結構的質量矩陣；[C]為結構的阻尼矩陣；[K]為結構的剛度矩陣；{a}為加速度向量；{ν}為速度向量；ceagwwm為位移向量；{Fex}為包括碰撞力在內的外力向量。
若令{Fin}=[C]{v}+[K]2qqgwwm，并設{Fre}={Fex}-{Fin},則碰撞方程可以寫成為：
[M]{a}={Fre}
如果采用集中質量，即質量矩陣[M]變成對角矩陣，則各個自由度的方程將是相互獨立的，即：
Miai=Fire(i=1,2.…)
（2）顯式積分算法
用顯式方法求解碰撞運動方程，首先由方程直接求出
ai=Fire/Mi
然后對時間積分求得速度vi，再積分一次就可獲得位移di。這里采用中心差分的顯式格式進行時間積分，中心差分的顯式格式為：
因此在整個時域范圍內，可由上述積分遞推公式求得各個離散時間點處的位移、速度和加速度。顯式積分不需要進行矩陣分解或求逆，無須求解聯立方程組，也不存在收斂性問題，因此計算速度快，其穩定性準則能自動控制計算時間步長的大小，保證時間積分的進度。應用顯式積分算法求解碰撞問題時，一個特別值得注意的問題就是時間步長不能超過臨界時間步長。
展開 在編寫顯式晶體塑性時，經常出現數值震蕩。如果確實發生，結果通常是無界的、非物理的，并且通常以振蕩解為特征。這種問題常出現在晶體塑性本構模型里面！
可以將編寫后的顯式程序與原本的隱式結果對比尋找問題。并驗證結果的可靠性。
顯式晶體塑性結果展示：
應力應變響應
軋制織構復現
壓縮織構復現
拉伸織構復現
應力應變響應
這樣顯式分析中每一個增量步的計算成本相對隱式來說更低。然而，在顯式動力學分析中，穩定時間增量步的大小是有限的，因為它使用的中心差分算子是條件穩定的，而Abaqus/Standard中使用的隱式算子則是無條件穩定的。因此，在Abaqus/Standard中的大多數分析里，對時間增量步都沒有限制（能限制時間增量的只有求解精度）。
中心差分法的穩定極限與應力波在模型中最小單元中傳播的時間有關。因此，如果模型的最小網格尺寸較小，或者材料中應力波速度較高，那么顯式分析的穩定時間增量步就非常短。因此，顯式分析適合用于建?？倓討B響應時長較短的分析，例如波的傳播等問題。同時，顯式分析的許多優點也適用于準靜態過程，在此情況下，需要使用質量縮放功能來降低材料中應力波的傳播速度。
Abaqus/Explicit有如下特點：
分析成本隨問題規模線性增加。而隱式算法計算成本隨問題規模增加的速度比線性更快。因此Abaqus/Explicit對于規模非常大的問題是很有吸引力的。
顯式積分算法在求解極不連續的短期事件或過程時往往比隱式算法更有效。
Abaqus/Explicit在求解與應力波傳播有關的問題時比Abaqus/Standard更有效。
這個顯式時間積分，公式也很簡潔明晰。下一步的速度通過前一步的速度和加速度求得，而下一時間步的位移通過速度乘以時間增量得到。
而這個u\ddot_i^N，這個加速度又是用牛頓第二定律計算得到的。由于使用了集中質量矩陣，所以可以把整個矩陣解耦合，不需要組裝總體剛度陣即可將時間步向下推進。集中質量陣把所有的質量都放在對角線元素上，所以非常容易求逆，而且計算復雜度只會隨自由度線性增加。顯式過程不需要在同一步內進行迭代，也不需要計算切線剛度陣。
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1.【2024年一等獎】趙星明 | 中國第一汽車集團有限公司，球形障礙物與電動汽車電池組之間的沖擊載荷：對當前比較熱門的新能源車刮底進行了完善的研究，采用顯式動力學分析方法建立了整車系統動力學模型，并通過與試驗的對比分析驗證了模型的有效性。
此外，DLM4.0 支持顯式限制許可證在虛擬化環境或容器環境中運行，進一步增強授權管控粒度。
2. 激活碼機制（云激活）
云激活場景下，用戶無需提前提供 hostid，申請后系統生成激活碼。用戶在目標主機上配置激活服務所在的環境變量，使用激活碼完成激活，系統會自動綁定該主機的 hostid。同一個未激活的許可證只能在一臺主機上激活，但支持在同一臺主機上反復激活。
其次是計算效率與數值穩定性極佳，它的數學形式簡潔高效，非常適合顯式動力學子程序（如 VUMAT）進行大規模并行計算，不易發生數值發散。最后是完美閉環了“力-熱-損傷”的耦合，它不僅能算應力，還能同步算出溫度升高以及材料的受損程度，在模擬金屬穿透、飛濺、切屑形成等斷裂失效行為時，具有無與倫比的仿真精度和視覺逼真度。
結合作者的理論（尤其是分段線性化和應力驅動的求解思路）我們可以把獨立的vpsc子程序編寫進abaqus里面，為了避免復雜的雅可比推導，以及適用各種復雜的變形工況，推薦使用abaqus的顯式求解器，即vumat程序
以下展示一個使用vpsc-鎂合金本構模型，模擬包含1個單元，單元包好100個晶粒在RD方向壓縮20%的模擬效果（原始模型參數取自vpsc官方案例,為了減少計算時間使用高應變率進行計算，
該模型的核心思想是：材料變形不僅包含彈性變形和晶體塑性滑移，還需要顯式考慮熱膨脹變形。因此，總變形梯度被分解為彈性/剛體轉動部分、熱變形部分和塑性變形部分。
在本構層面，作者保留了 FCC 晶體的 12 個 {111}<110> 滑移系，并采用冪律型滑移率方程描述率相關塑性流動。
這篇文章對我們的啟發在于：晶體塑性并不只能用于單晶拉伸、RVE 或微觀變形分析，也可以嵌入顯式動力學框架，用于研究真實工程結構中的局部變形、吸能和織構演化。對于高溫合金、鋁合金薄壁件、微尺度構件等問題，如果材料存在明顯織構或晶粒尺度效應，將晶體塑性與結構有限元耦合，能夠提供比傳統本構更豐富的物理信息。
使用作者提出的完整積分框架，并基于顯式vumat實現，同時使用基于損傷變量的單元刪除方案同時引入ALE自適應網格方案可以更好的預測梯度效應。
無論是進一步加入顯式硬化、溫度效應，還是發展到更復雜的 twin-detwin、parent-child 思路，它都可以作為一個非常扎實的起點。
后續很多孿晶模型基于此進行二次開發，因此實現該文章的數值模型對于孿晶的研究非常有幫助：
使用文章的公式，講整體算法集成到abaqus的vumat子程序相對容易，因為不需要推導一致性雅可比。但是率無關模型通常數值穩定性較差。
UMAT / VUMAT 的二次開發： 當標準材料庫無法覆蓋新興材料（如具有形狀記憶效應的鎳鈦合金、相變誘發塑性的TRIP鋼、或者超高周疲勞退化材料）時，最高階的仿真工程師必須依賴Fortran或C++編寫用戶自定義材料子程序（UMAT用于Abaqus/Standard隱式求解，VUMAT用于Abaqus/Explicit顯式求解）。
分析步采用顯式動力學，時間周期默認 0.01 s，場輸出包含應力 S、應變 E、位移 U、損傷變量 SDEG 和 DMICRT、狀態變量 SDV 及 STATUS，歷史輸出請求接觸面法向力 CFN3，便于后處理中快讀提取力?時間/位移曲線。
