顯式動力學及仿真的案例
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 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
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。
圖1 整體應力變化曲線
圖2 接觸力變化
圖3 最大等效應力云圖
圖4 位移云圖
圖5 PVB層應力云圖
圖6 玻璃層應力云圖
4
結論
碰撞沖擊后產生“震蕩”耗散能量。
展開 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 
活塞環用精密型材軋制成型顯式動力學有限元仿真
4 結論
通過大量的理論摸索和實踐探索，建立了合適的顯式動力學有限元模型，對活塞環用精密型材的軋制過程進行了仿真，分析了軋制過程中金屬的流動規律、軋件的變形情況和應力分布狀態，為成型軋輥的制造改進以及優化生產工藝提供了指導，在生產現場作了兩輥軋和錯位四輥軋連軋實驗，實驗結果與仿真結果吻合較好，從而節省了大量的時間和費用。同時也表明顯式動力有限元方法可以很好地運用于精密型材冷態成型軋制過程的三維仿真。
顯式動力學仿真揭秘“多米諾效應”
本著“萬物皆可仿真”的原則，小編咨詢了仿真工程師，了解到“多米諾骨牌”可以用CAE軟件的“顯式動力學”模塊來模擬。
下面我們就具體來看一下，使用云道智造Simdroid通用多物理場仿真平臺的“顯式動力學”模塊，所做的“多米諾骨牌”仿真分析過程。
“多米諾骨牌”仿真分析案例
01
背景條件
幾何：在長 0.8m、寬 0.15m、厚 0.01m 的板面上放置六塊長 0.05m、寬 0.01m、高 0.09m 的長方體塊。薄板模擬地面，長方體塊模擬骨牌。
材料：六個長方體塊為線彈性材料，薄板為剛性材料。
邊界與載荷：每兩個長方體塊之間、長方體塊與板面均設置面面接觸，動摩擦系數、靜摩擦系數均為 0.2。
02 仿真開發過程
1、預定義-導入參數
2、建模
3、創建材料
4、網格剖分
4.1 映射剖分設置
4.2 掃掠剖分、源面、目標面設置
源面
目標面
掃掠剖分網格參數
5、沙漏控制
6、 創建部件
創建骨牌：選擇【分析】>【創建部件】，標簽設為“骨牌”，拾取類型為【幾何-體】，點擊六個長方體塊，單元算法選擇【一階縮減積分體單元】，材料選擇“Dom_left”，沙漏控制選擇“沙漏控制”。
創建地板：選擇【分析】>【創建部件】，標簽設為“地板”，拾取類型為【幾何-體】，點擊薄板，單元算法選擇【一階縮減積分體單元】，下面的材料選擇“板-剛性”，沙漏控制選擇“沙漏控制”。
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 【仿真平臺性能測試】Abaqus顯式求解分析
本期選取CAE領域最常用的仿真軟件Abaqus，選擇基于Abaqus顯式求解的某型汽車碰撞的案例。我們來看下基于“神工坊”高性能仿真平臺”的Abaqus顯式求解計算，和其他仿真云平臺進行效率對比如何。
Abaqus顯示求解適用于非線性的動力學問題和準靜態問題，適用于模擬碰撞、沖擊和爆炸等問題，因此廣泛應用于航空、航天、汽車等領域。顯式求解應用中心差分方法對運動方程進行顯式的時間積分，應用一個增量步的條件計算下一個增量步的條件，且需要較小的時間增量，所以對計算機的硬件要求較高。
1
模型介紹
我們進行顯式分析的模型為某型汽車的碰撞有限元模型。使用材料為某型鋼，模型網格數量為300萬,實體網格使用C3D8R,殼體網格使用S4RS。仿真時間為0.6s。使用質量縮放，定義時間增量步為1E-06。
汽車、路面和墻體之間接觸使用通用接觸。定義墻體為剛體、路面為剛體。通過在墻體上定義RP點，將固定約束施加在RP點上使得墻體固定。汽車的初始速度為25mph,在車體上施加速度場，方向為X軸正方向。
展開 Abaqus_Explicit顯示動力分析-CH01-顯式動力學概論
邀請到的臺灣士盟科技老師鄭鈞為大家再講解一趟系列課程《Abaqus_Explicit顯示動力分析》，目前預售價格59，該課程預計5月底更新完，更新完后價格會同步更新，故有需要的朋友可以提前購買觀看。
課程目錄
CH01-顯式動力學概論
CH02-轉接器落摔分析
>WORKSHOP01-轉接器落摔分析
CH03-轉接器球擊分析(考慮材料應變率)
>WORKSHOP02-轉接器球擊分析(考慮材料應變率)
CH04-金屬沖壓擬靜態分析
>WORKSHOP03-金屬沖壓擬靜態分析
CH05 求解器資料轉換
>WORKSHOP04-金屬沖壓后回彈
>WORKSHOP05-煞車碟盤
展開 ANSYS Workbench 顯式動力學新書出版
新書出版，基于ANSYS 2022R1版本的顯式動力學。
購買鏈接：https://item.jd.com/13260951.html#crumb-wrap
這應該是 目前最簡單的 Explicit Dynamics、Autodyn和LS-DYNA軟件的入門及提高教程。
其中，《ANSYS Workbench 顯式動力學》主要是介紹：
1. 涵蓋ANSYS/Workbench中的Explicit Dynamics、Autodyn和LS-DYNA三大模塊，從算法、幾何建模、材料定義到網格劃分，操作過程一目了然。
2. 顯式動力學的接觸設置、計算條件設置、后處理設置，數據翔實，圖表豐富，易學易上手。
3.以實例為導向導，包括高速沖擊碰撞、侵徹、爆炸等十多個案例的建模仿真全過程講解，可快速掌握、加深理解。
4.多物理場耦合、多模塊聯合仿真、多參數優化設計等仿真難題，在書中都可找到解決方案。
《ANSYS/Workbench LS-DYNA爆炸沖擊非線性動力學數值仿真》主要介紹：
1. 本書主要以ANSYS/Workbench平臺為基礎，介紹了LS-DYNA模塊在非線性動力學分析中的工程應用。
2.涵蓋Workbench LS-DYNA模塊基本知識、幾何建模、材料定義、Model通用前處理模塊、LS-DYNA專用前處理模塊、計算條件設置和后處理等內容。
3. 以實例為導向，包括常見的非線性動力學，如沖擊碰撞、爆炸、跌落、優化設計等仿真全過程講解。
4.書中包含從建模到計算結果分析的全部操作過程，以便讀者能夠結合應用實例，快速掌握LS-DYNA建模和求解流程。
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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 
三維軸承顯式動力學分析 ￥80
云圖.mp4
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 二維軸承顯式動力學ls-dyna,ls-propost ￥100
應力云圖.mp4
可出來應力，速度，加速度，軌跡等等
仿真應力云圖，下載觀看，
纏繞方法系列之顯式動力學 ￥50
Wind又只能給鐵路12306免費打波廣告了。
干活如下
abaqus隱式分析纏繞過程常常因為施加端部集中力而難以進行下去，本貼inp文件涉及纏繞相關的模型裝配問題、接觸問題、復雜材料問題，以及集中力施加等問題綜合考慮，適合abaqus學者進行纏繞過程分析等。
應力分析：直接上圖
應變分析：直接上圖
本貼附上cae（2021版）與inp（可通用）文件，見付費文檔。
可提供范圍之內的指導，qq私聊
