隱式動力學的案例
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 基于ABAQUS顯式動力學和隱式動力學的彎管成型加工分析 ￥50
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。
展開 如何用Abaqus隱式動力學畫出李薩如圖形？ 附Abaqus動力學有限元分析指南張文元下載
李薩如沙擺的模擬可以用Abaqus顯式動力學，考慮到我們的顯式分析應用案例比較多，這期文章我們換一種方法，使用Abaqus隱式動力學來計算這個過程。
Abaqus隱式動力學使用隱式時間積分（Hilber-Hughes-Taylor算法、向后的歐拉算法）來計算系統的瞬態動力學或準靜態響應，首先簡單的看一下Abaqus中隱式動力學的幾種應用方案：
瞬態保真（Transient fidelity）
不含接觸模型的默認選項，涉及最小的系統能量耗散，比如衛星系統的分析，使用較小的時間增量來精確求解結構的振動響應，本文的沙擺采用這種方案。
隱式瞬態保真應用-沙擺振動
中度耗散（Moderate dissipation）
包含接觸模型的默認選項，涉及中度的系統能量耗散，比如動力學系統通過塑性、黏性阻尼或其他效應進行能量耗散，可以用于各種插拔、碰撞和成型分析。
隱式中度耗散應用-棘輪碰撞
準靜態（Quasi-static）
準靜態分析的選項，主要感興趣的是最終的靜態響應，涉及高度的能量耗散，通過引入慣性效應來規范不穩定行為，比如因欠約束導致的剛體位移或“突然跳變”。一個應用場景是指甲刀的捏合分析，首先通過添加和釋放輔助約束的靜力學方法來計算指甲刀的裝配應力，然后將所有部件的相互作改用接觸定義，模型中增加了很多不穩定因素，如果繼續使用靜力學則極其容易發散，改用隱式準靜態可以順利完成計算。
展開 如何用Abaqus隱式動力學畫出李薩如圖形？
李薩如沙擺的模擬可以用Abaqus顯式動力學，考慮到我們的顯式分析應用案例比較多，這期文章我們換一種方法，使用Abaqus隱式動力學來計算這個過程。
Abaqus隱式動力學使用隱式時間積分（Hilber-Hughes-Taylor算法、向后的歐拉算法）來計算系統的瞬態動力學或準靜態響應，首先簡單的看一下Abaqus中隱式動力學的幾種應用方案：
瞬態保真（Transient fidelity）
不含接觸模型的默認選項，涉及最小的系統能量耗散，比如衛星系統的分析，使用較小的時間增量來精確求解結構的振動響應，本文的沙擺采用這種方案。
隱式瞬態保真應用-沙擺振動
中度耗散（Moderate dissipation）
包含接觸模型的默認選項，涉及中度的系統能量耗散，比如動力學系統通過塑性、黏性阻尼或其他效應進行能量耗散，可以用于各種插拔、碰撞和成型分析。
隱式中度耗散應用-棘輪碰撞
準靜態（Quasi-static）
準靜態分析的選項，主要感興趣的是最終的靜態響應，涉及高度的能量耗散，通過引入慣性效應來規范不穩定行為，比如因欠約束導致的剛體位移或“突然跳變”。一個應用場景是指甲刀的捏合分析，首先通過添加和釋放輔助約束的靜力學方法來計算指甲刀的裝配應力，然后將所有部件的相互作改用接觸定義，模型中增加了很多不穩定因素，如果繼續使用靜力學則極其容易發散，改用隱式準靜態可以順利完成計算。
隱式準靜態應用-指甲刀捏合
沙擺模型中不含接觸，能量耗散比較小，因此宜采用Abaqus的隱式瞬態保真（Transient fidelity）進行計算。
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abaqus顯示動力學VS隱式動力學 ￥29.99
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。
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。
展開 Slip Ring、Spring、Truss單元在隱式動力學分析中的應用實例
Step-2：隱式動力學分析。以Step-1分析結果的力、應力、位移為初始條件，進行動力學分析。
5、分析結果
6、詳細操作步驟
見附件。
Abaqus中Slipring、Spring、Truss單元應用實例-kxh.part3.rar
Abaqus中Slipring、Spring、Truss單元應用實例-kxh.part1.rar
Abaqus中Slipring、Spring、Truss單元應用實例-kxh.part2.rar
一期一會 | 什么是顯式動力學？
非線性邊界條件和載荷
在隱式分析中，當載荷相對于時間步快速變化時，很難實現收斂。其中，載荷可以是通過兩個幾何體之間的接觸而施加的或傳遞的。
高速、短時間事件通常表現出這類非線性。顯式時間積分中使用的時間步較小，因此一個時間步到另一個時間步的這些變化，能夠近似為線性變化。同時，其還使求解器能夠計算在發生塑性或材料失效時，使非線性系統保持平衡所需的內部力。
集中質量近似
在求解動力學問題時，顯式時間積分法的另一個關鍵方面是，它能夠將每個單元的節點質量表示為集中質量。這樣，就會生成一個僅包含單個對角線的質量矩陣，因此計算模型慣性值所需的矩陣求逆將非常簡單。
準靜態結構分析
在某些動態結構分析中，如果系統中的慣性效應小到足以被忽略的程度，系統在整個過程中實際上始終處于平衡狀態。金屬成形就是上述情況的一個良好示例——其之所以是動態問題，原因在于材料屬性（尤其是塑性）與時間相關，但金屬的慣性不會影響其塑性變形。
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。
展開 請教abaqus隱式動力求解問題
abaqus做隱式動力學的時候提交文件后一直是running狀態，等了幾個小時還是這樣，結果文件也不更新，sta文件也沒有，一直卻沒有報錯，請問是什么原因？
017. 探索結構工程中的線性靜態分析與非線性分析
補充：
線性靜態分析和非線性分析以及顯式動力學與隱式動力學都是結構工程領域中常用的分析方法，它們之間存在一定的關系，但又各自有著不同的應用場景和計算方法。
1.線性靜態分析和非線性分析：
·線性靜態分析和非線性分析是針對結構在受力情況下的行為和性能進行的分析方法。
·線性靜態分析假設結構材料的行為是線性的，加載是靜態的，適用于小變形、小位移的結構；而非線性分析考慮了結構在加載過程中可能出現的非線性行為，例如材料的塑性變形、幾何的非線性等，適用于大變形、大位移、非線性材料行為等情況。
2.顯式動力學和隱式動力學：
·顯式動力學和隱式動力學是針對結構動力學問題的兩種數值計算方法。
·顯式動力學方法將時間離散化為小步長，通過迭代計算得到結構在每個時間步的響應，適用于短時間內的動力學分析和沖擊載荷問題。
·隱式動力學方法則通過隱式求解器處理結構的動態響應，通常適用于長時間范圍內的動力學分析和周期性載荷問題。
在實際工程中，這些方法可能會結合使用，例如結構在受到外部沖擊或振動加載時，可能需要采用隱式動力學方法進行動力學分析；而在分析結構在自然工況下的行為時，可能會選擇線性靜態分析或非線性分析方法。因此，這些方法之間并非是互斥的關系，而是根據具體的分析目的和所面對的問題選擇合適的方法。
歡迎留言批評指正。如果本文存在不夠清晰或準確之處，請您不吝賜教。
個人學習總結，整理不易，未經本人允許請勿搬運。
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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 Abaqus動力學分析的介紹
2、瞬態動力學分析
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：隱式動力學分析分析、子空間顯示動力學分析、顯示動力學分析以及模態瞬態動力學分析。
2.1、隱式動力學分析（Dynamic Implicit）
采用隱式直接積分動態分析法，屬于通用分析步，用于研究強非線性瞬態動響應。
2.2、子空間顯示動力學分析（Dynamic Subspace）
基于子空間的顯示動力學分析，采用動態平衡方程組直接顯示積分法，屬于通用分析步， 在提取頻率分析步之后應用，對于輕度非線性效率非常高，不可用于接觸分析。
2.3、顯式動力學分析（Dynamic,explicit）
采用顯示直接積分動態分析法，屬于通用分析步，用于研究大規模相對較短時 間動態響應及高度不連續時間或者過程。在材料特性中定義的阻尼只對直接接 發起作用。顯示動態分析的計算時間取決于單元總數，以及所謂的？？時間增量步，模型中的最小單元尺寸約小，彈性模量越大，密度越大，穩定時間增量步就越小，計算時間就越長，因此，在顯示動態分析中，不要隨意的細化網格。小球撞鋼板、手機跌落、彈丸射擊霸體等問題。
2.4、瞬時模態動態分析（modal dynamic）
瞬態模態動力學分析用于線性系統的時域分析，施加的激勵為時間的函數，并且假設在激勵確定的情況下，賦值在每個增量時間段內呈線性變化。
計算給定外載荷及外載荷作用的時間，要求分析在振動過程中的響應。如果需要定義模型的初始速度或加速度，需要在editstep中選中useinitialcondition， 然后在載荷模塊field中創建初始速度或加速度。瞬時模態動態分析的阻尼則只能在分析步中定義。
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 【iSolver案例】單自由度振動隱式動力學
單自由度(SDOF)振動是我們接觸結構動力學的第一部分內容，是結構類專業從靜力學分析到動力學分析不可跨越的部分。由于存在解析解，受簡諧荷載作用的單自由度體系，可以用來檢驗動力分析算法和軟件的精度。
以下分別使用解析解和abaqus求解器檢驗iSolver軟件隱式動力分析的精度。
（1）有限元模型
建立如下所示的只包含1個桁架單元的有限元模型，桁架單元長度為25mm。材料參數設置：彈性模量為12337.0055，密度1.0，截面積1.0。左側約束x、y、z三個方向平動自由度，右側約束y、z兩個方向平動自由度。
在這樣的簡支約束下，該結構只有一個水平方向的動力自由度。根據力學原理，可以簡化成下面所示的計算模型。
在右側節點上施加水平方向的簡諧荷載p(t)=p0*sin(w*t),式中p0為簡諧荷載賦值，w為簡諧荷載的頻率。荷載幅值p0=1，5s內的時程曲線如下所示
（2）解析解求解
（3）結果對比
我們計算5s內的時程反應，將解析解、abaqus解、iSolver解相互對比，相互驗證。
位移時程
速度時程
加速度時程
由時程圖可知，位移的解析解、abaqus解、iSolver解幾乎完全重合；速度和加速abaqus和iSolver解幾乎完全重合，但是二者于解析解在峰值處存在極小的差距，這部分差距是數值計算引入的人工阻尼，但完于可以接受的范圍。
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