abaqus顯式積分的案例
Abaqus-原來顯式計算也可以這么快
本文詳細介紹了 Abaqus/explicit 中的準靜態(tài)分析及其提高求解速度的方法。
我如何知道我的模擬是否是準靜態(tài)的？
準靜態(tài)問題是通常可以使用 Abaqus/Standard 解決的問題之一，但由于觸或材料的復(fù)雜性，可能難以收斂，從而導(dǎo)致大量迭代。具有挑戰(zhàn)性的非線性準靜態(tài)問題通常涉及：
接觸條件非常復(fù)雜，Abaqus/Standard 可能會因接觸問題而無法收斂；
非常大的變形可能導(dǎo)致嚴重的網(wǎng)格變形；
例如，通常在金屬成形分析中，我們面臨這樣的困難：用 Abaqus/Standard 來模擬這樣的問題確實很困難。
示例：模擬拉深過程中的撕裂
Abaqus/Explicit顯式準靜態(tài)分析問題
Abaqus/Explicit 對于高度非線性靜態(tài)（準靜態(tài)分析）問題的建模更加有效。對于涉及接觸和金屬成型等非常大變形的三維問題尤其如此。
應(yīng)用 Abaqus/Explicit 模擬準靜態(tài)事件需要特別考慮。在自然時間段內(nèi)對過程進行建模在計算上是不切實際的。從字面上看，需要數(shù)百萬次的時間增量。因此，我們在模擬中人為地提高加載過程的速度以獲得經(jīng)濟的解決方案。
使用 Abaqus/Explicit 獲得經(jīng)濟的準靜態(tài)分析解決方案的兩種方法是：
1、人為提高加載速率
我們可以通過提高加載率來人為地減少該過程的時間尺度。增加的加載速率會減少模擬的時間。將加載速率提高 f 倍，分析速度提高 f 倍。
2、采用質(zhì)量縮放
它增加了穩(wěn)定時間增量的大小，因此完成作業(yè)所需的增量更少。人為地將材料密度（質(zhì)量縮放）增加 f*f 倍，可以將分析速度提高 f 倍。
在本文中，我們的重點是提高加載速率的方法。
展開 ABAQUS顯式與隱式的區(qū)別
ABAQUS中動態(tài)分析包括兩大類基本方法：
振型疊加法：用于求解線性動態(tài)問題；
直接積分法：主要用于求解非線性動態(tài)問題。
ABAQUS顯式（explicit）和隱式（standard）算法分別對應(yīng)著直接積分法中的中心差分法（顯式）和Newmark（隱式）法等。
比較兩種算法，顯式中心差分法非常適合研究波的傳播問題，如碰撞、高速沖擊、爆炸等。顯式中心差分法的M與C矩陣是對角陣，如給定某些有限元節(jié)點以初始擾動，在經(jīng)過一個時間步長后，和它相關(guān)的節(jié)點進入運動，即U中這些節(jié)點對應(yīng)的分量成為非零量，此特點正好和波的傳播特點相一致。另一方面，研究波傳播的過程需要微小的時間步長，這也正是中心差分法的特點。
而Newmark法更加適合于計算低頻占主導(dǎo)的動力問題，從計算精度考慮，允許采用較大的時間步長以節(jié)省計算時間，同時較大的時間步長還可以過濾掉高階不精確特征值對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。隱式方法要轉(zhuǎn)置剛度矩陣，增量迭代，通過一系列線性逼近（Newton-Raphson）來求解。正因為隱式算法要對剛度矩陣求逆，所以計算時要求整體剛度矩陣不能奇異，對于一些接觸高度非線性問題，有時無法保證收斂。
下面分別介紹這兩種算法
abaqus 顯式與隱式的區(qū)別.pdf
展開 abaqus顯式接觸厚度問題
我做了一個落錘沖擊梁的模型，落錘用的離散剛體，加工成殼，用動力隱式可以計算，但用動力顯式就報錯。
動力隱式容易不收斂，所以現(xiàn)在不知道在顯式中怎么改。
For two-dimensional models, if a non-unity thickness is specified for two-dimensional solid elements and these elements are involved in an interaction such as contact, the same thickness should be specified for the out-of-plane thickness of the corresponding surface under *surface interaction.
展開 Abaqus顯式求解出錯
Abaqus顯式求解時有時勾選了多核運算才能求解，不然報錯，有時因為勾選了才出錯，這是啥原理
Abaqus-原來顯式計算也可以這么快
本文詳細介紹了 Abaqus/explicit 中的準靜態(tài)分析及其提高求解速度的方法。
我如何知道我的模擬是否是準靜態(tài)的？
準靜態(tài)問題是通常可以使用 Abaqus/Standard 解決的問題之一，但由于觸或材料的復(fù)雜性，可能難以收斂，從而導(dǎo)致大量迭代。具有挑戰(zhàn)性的非線性準靜態(tài)問題通常涉及：
接觸條件非常復(fù)雜，Abaqus/Standard 可能會因接觸問題而無法收斂；
非常大的變形可能導(dǎo)致嚴重的網(wǎng)格變形；
例如，通常在金屬成形分析中，我們面臨這樣的困難：用 Abaqus/Standard 來模擬這樣的問題確實很困難。
示例：模擬拉深過程中的撕裂
Abaqus/Explicit顯式準靜態(tài)分析問題
Abaqus/Explicit 對于高度非線性靜態(tài)（準靜態(tài)分析）問題的建模更加有效。對于涉及接觸和金屬成型等非常大變形的三維問題尤其如此。
應(yīng)用 Abaqus/Explicit 模擬準靜態(tài)事件需要特別考慮。在自然時間段內(nèi)對過程進行建模在計算上是不切實際的。從字面上看，需要數(shù)百萬次的時間增量。因此，我們在模擬中人為地提高加載過程的速度以獲得經(jīng)濟的解決方案。
使用 Abaqus/Explicit 獲得經(jīng)濟的準靜態(tài)分析解決方案的兩種方法是：
1、人為提高加載速率
我們可以通過提高加載率來人為地減少該過程的時間尺度。增加的加載速率會減少模擬的時間。將加載速率提高 f 倍，分析速度提高 f 倍。
2、采用質(zhì)量縮放
它增加了穩(wěn)定時間增量的大小，因此完成作業(yè)所需的增量更少。人為地將材料密度（質(zhì)量縮放）增加 f*f 倍，可以將分析速度提高 f 倍。
在本文中，我們的重點是提高加載速率的方法。
展開 Abaqus隱式轉(zhuǎn)顯式分析 ￥10
我們在做顯式動態(tài)分析時經(jīng)常會碰到模型中需要考慮螺栓預(yù)緊力，重力場，過盈配合，預(yù)應(yīng)力等的情況，此時我們便需要用到abaqus隱式轉(zhuǎn)顯式的方法。
通過一個預(yù)緊力的小例子（隱式加載9000N預(yù)緊力，顯式工況為空載）來加以說明。
計算結(jié)果
通過調(diào)整接觸算法，得到誤差更小的接觸力。(方法2預(yù)緊力誤差為0.22)
如何在abaqus實現(xiàn)顯式分析與隱式分析交叉進行
如題，如何在abaqus中如何在abaqus實現(xiàn)顯式分析與隱式分析交叉進行
ABAQUS中隱式和顯式的節(jié)點和單元的輸出變量解析
FSLIP
Field: yes History: no .fil: no
Length of contact slip path at secondary nodes during contact (FSLIPEQ) and in some
cases (see About contact pairs in Abaqus/Explicit) components of net contact slip in local
tangent directions (FSLIP1 and FSLIP2). These variables remain constant while a
secondary node is not in contact.
FSLIPR
Field: yes History: no .fil: no
Magnitude of contact slip rate at secondary nodes during contact (FSLIPR) and in some
cases (see About contact pairs in Abaqus/Explicit) components of contact slip rate in local
tangent directions (FSLIPR1 and FSLIPR2). These variables are set to zero while a
secondary node is not in contact.
BONDSTAT
Field: no History: yes .fil: no
Spot weld bond status.
展開 【仿真平臺性能測試】Abaqus顯式求解分析
本期選取CAE領(lǐng)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(xué)問題和準靜態(tài)問題，適用于模擬碰撞、沖擊和爆炸等問題，因此廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車等領(lǐng)域。顯式求解應(yīng)用中心差分方法對運動方程進行顯式的時間積分，應(yīng)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(wǎng)格數(shù)量為300萬,實體網(wǎng)格使用C3D8R,殼體網(wǎng)格使用S4RS。仿真時間為0.6s。使用質(zhì)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顯式計算成本的降低
計算成本：
顯式（Explicit）分析中，基于單元的穩(wěn)定極限（時間增量）可由下式計算：
在二維分析中，在每個方向上將網(wǎng)格加密為2倍，顯式分析的運行時間增加4-8倍，初始時間增量大小減小一半。類似地，在三維分析中，在每個方向上網(wǎng)格加密為2倍將使運行時間增加16倍。在準靜態(tài)分析（quasi-static analysis）中，通過加速模擬過程或縮放質(zhì)量的方式來降低計算成本是很有效的。但是都應(yīng)該監(jiān)測動能，確保動能與內(nèi)部能量的比值不會太大—通常需小于10%。
實例說明：
以二維平面應(yīng)變管道貫入為例，說明Explicit中降低計算成本的通用方法：
1. 使用多線程和調(diào)整動態(tài)負載降低計算成本
在提交Job選項框里可啟用多線程計算，所選線程數(shù)不能超過電腦CPU的實際線程數(shù)，一般不帶超線程的CPU，建議不要將所有線程用于計算，否則電腦會卡頓，無法進行其他操作，保留1-2個線程比較穩(wěn)妥。動態(tài)負載域的個數(shù)要大于等于線程數(shù)，一般采用默認值。
展開 Ansys vs Abaqus：隱式與顯式求解的終極博弈
在CAE領(lǐng)域，選擇Standard（隱式）還是Explicit（顯式）求解器，本質(zhì)上是在平衡“計算精度”與“時間尺度”。
1?? 隱式求解 (Implicit/Standard)
核心是求解 $Ku=F$。每一步都需要進行矩陣求逆和牛頓迭代，以確保力平衡。
特點： 絕對收斂。步長可以很大，不受穩(wěn)定性限制。
擅長： 靜力學(xué)、線性振動、緩慢的非線性過程。
痛點： 接觸極度復(fù)雜或大變形時，收斂困難，報錯“收斂失敗”是常態(tài)。
2?? 顯式求解 (Explicit)
核心是動力學(xué)方程 $Ma=F-I$。直接根據(jù)當前時刻的狀態(tài)推導(dǎo)下一時刻，不求逆陣，不迭代。
特點： 沒有收斂問題。但步長受限于穩(wěn)定性準則（CFL條件），通常極小（$10^{-7}$s量級）。
擅長： 跌落、碰撞、爆炸、高速切削。
痛點： 適合極短時間內(nèi)的物理過程。計算長時間問題時，累計誤差大。
3?? 工具選型建議
Abaqus： Standard與Explicit切換極其絲滑，適合處理復(fù)雜的非線性接觸（如密封件、橡膠）。
Ansys： 隱式求解器極其高效穩(wěn)定，配合LS-DYNA插件，在結(jié)構(gòu)靜力和多物理場耦合上具有統(tǒng)治力。
展開 
ABAQUS顯式子程序調(diào)用規(guī)則及nblock變量解釋
在使用ABAQUS進行有限元仿真時，調(diào)用用戶子程序可以使用戶解決一些問題時具有很大的靈活性。在實現(xiàn)更加復(fù)雜的計算過程時，ABAQUS軟件與子程序之間的交互關(guān)系是需要了解的。Vxxxxxx(VUMAT/VUHARD/VUSDFLD等)子程序內(nèi)需要將用戶自定義變形部分寫入(do k=1,nblock → end do)語句內(nèi)，理解nblock的含義將對子程序的改進大有幫助。本文以VUHARD子程序為例，測試了ABAQUS顯式算法在調(diào)用用戶子程序時的基本規(guī)則。
首先建立了三維Part，為其賦予熱變形本構(gòu)參數(shù)（用戶可參考Johnson-Cook模型），單元采用C3D8RT單元，具有8個節(jié)點，1個積分點。固定Z0面，施加沿Z+方向的位移載荷。
對模型劃分成不同網(wǎng)格數(shù)量進行測試，測試結(jié)果下表所示。
單元數(shù)
核數(shù)
nblock
k
8
1
8
1-8
64
1
64
1-64
125
1
125
1-125
216
1
136；80
1-136；1-80
343
1
136×2；71
(1-136)×2；1-71
1000
1
136×7；48
(1-136)×7；1-48
統(tǒng)計結(jié)果表明，nblock的最大值為136。
展開 基于ABAQUS單點顯式VDLOAD/隱式DLOAD激光沖擊加載(圓形光斑和方形光斑) ￥50
ABAQUS軟件可以通過顯式VDLOAD或隱式DLOAD子程序二次開發(fā)進行單點/多點激光沖擊模擬，效率高。不同之處在于隱式相對計算時間長但是可以在第一步?jīng)_擊后直接在第二步進行回彈分析，無需進行數(shù)據(jù)傳遞來計算回彈過程。
本帖基于ABAQUS的VDLOAD/DLOAD子程序?qū)Ρ?em>顯式/隱式算法下不同光斑形狀的應(yīng)力和塑性應(yīng)變。首先進行模型構(gòu)建。
材料采用Ti-6Al-4V鈦合金，有限單元區(qū)賦予彈塑性參數(shù)，無限單元賦予彈性參數(shù)。具體參數(shù)如下：
密度：4.5e-9；彈性：1.2e5,0.34；塑性：A:1098 B:1092 C:0.014 n:0.93 參考應(yīng)變率：1
裝配：全局坐標原點與有限單元頂點重合。
分析步創(chuàng)建：隱式/顯式分析步，增量采用固定增量步
接口設(shè)定：
網(wǎng)格劃分，無限單元部分定義網(wǎng)格節(jié)點方向排布
建立模型輸出inp文件，將無限單元部分的單元類型改為CIN3D8
如果沖擊光斑為圓形光斑，網(wǎng)格細化至50微米，如果為方向光斑，網(wǎng)格100微米
圓形光斑在空間表現(xiàn)為高斯分布，表現(xiàn)為從中心區(qū)域到邊緣沖擊載荷逐漸變小。
方向光斑在空間表現(xiàn)為均布載荷，其峰值載荷為圓形光斑的0.618倍，一些研究表明相同激光參數(shù)下方形光斑搭接沖擊材料疲勞性能較高。
展開 基于ABAQUS軋制成形顯式動力學(xué)分析 ￥5
顯示動力學(xué)算法：中心差分法
顯式優(yōu)點：增量步小求解效率高（短時）；易模擬接觸和不連續(xù)情況的分析
下面以軋制成形的例子進行講解
前處理：
1.模型構(gòu)建：模型相對簡單，自行構(gòu)建
2.材料參數(shù)定義（實際材料參數(shù)根據(jù)實際檢測創(chuàng)建）：
密度：7.85e-9;
彈性本構(gòu)參數(shù)：楊氏模量：2.1e5MPa，泊松比：0.3
塑性本構(gòu)參數(shù)：
屈服強度
200
340
塑性應(yīng)變
0
0.2
3.網(wǎng)格系統(tǒng)構(gòu)建：包括裝配、網(wǎng)格劃分和指定單元類型
裝配：
網(wǎng)格劃分：
軋輥采用中性軸算法進行網(wǎng)格精度的控制，網(wǎng)格劃分結(jié)果如上圖。
單元類型：C3D8R
至此，前處理部分全部完成。
ABAQUS顯式ALE自適應(yīng)網(wǎng)格控制選項卡參數(shù)意義與設(shè)置
7）變量轉(zhuǎn)換算法控制：
在ABAQUS中是如何將舊網(wǎng)格中的環(huán)境變量轉(zhuǎn)換到新網(wǎng)格中的呢？
即使用remapping技術(shù)，對于靜變量（應(yīng)力場，應(yīng)變場，位移場等）的轉(zhuǎn)換（advection），有兩種算法即為一階算法（first order）與（second order）算法，second order算法適用于所有問題，為推薦算法，一階算法比較簡單，占資源少。
對于動變量（速度，加速度等）轉(zhuǎn)換（momentum advection），也有兩種算法，element center projection method與half-index shift method，前者為推薦算法，選擇前者就ok了。
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