abaqus顯式求解
關注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-02-27
abaqus顯式求解的視頻教程
用顯式方法求解準靜態(tài)問題基本原則和案例（不僅適用于LS-DYNA）
用顯式方法求解準靜態(tài)問題基本原則和案例（不僅適用于LS-DYNA） 1.為何用顯式方法求解準靜態(tài)問題 2.如何提高求解效率縮減計算時間（兩種方法 ，一個原則） 3.提供一個具體的案例 3.1以復合材料層合板為例，講解步驟 3.2一階模態(tài)對應的周期的得到 3.3加載速度對能量曲線的影響 3.4加載速度對載荷-位移曲線的影響
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顯式求解材料本構/失效與材料數(shù)據(jù)庫(Altair Radioss?) 網(wǎng)絡研討會
內容大綱： 1.金屬/超彈性/塑料材料模型（包括試驗數(shù)據(jù)處理） 2.材料失效模型 3.Altair材料庫
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abaqus顯式求解的實例教程
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(tài)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。
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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
在CAE領域，選擇Standard（隱式）還是Explicit（顯式）求解器，本質上是在平衡“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、線性振動、緩慢的非線性過程。
痛點： 接觸極度復雜或大變形時，收斂困難，報錯“收斂失敗”是常態(tài)。
2?? 顯式求解 (Explicit)
核心是動力學方程 $Ma=F-I$。直接根據(jù)當前時刻的狀態(tài)推導下一時刻，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，在結構靜力和多物理場耦合上具有統(tǒng)治力。
展開 本文首先研究商用有限元中最常用的顯式求解算法中心差分法的理論，并給出了一個彈簧顯式動力學分析的Step by Step例子，通過這個例子猜測了Abaqus中采用中心差分法求解顯式動力學問題的過程，然后在自編有限元程序iSolver采用同樣的算法，驗證iSolver的結果和Abaqus完全一致，從而證明Abaqus的內部算法和我們設想的一致。具體驗證過程也可以參考我們的演示錄像：
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884 4分析篇.3-彈簧顯示動力學分析
1.1 中心差分法的理論
中心差分法的標準理論可查看相應的論文，由于和Abaqus的中心差分法比較接近，所以在此不累述。
1.2 Abaqus中心差分法的理論
注：本節(jié)公式均摘自《Abaqus Theory Manual 2.4.5 Explicit dynamic analysis》
1.2.1 差分公式
取i-0.5時刻的速度和 時刻的加速度，則有下式，
式中，
表示速度，
表示加速度，
表示時間步大小。
帶入i時刻的位移，則有，
其中，i時刻的加速度可根據(jù)牛頓定律計算得出，即，
式中，M表示集中質量陣，F(xiàn)表示外力，I表示內力。
展開 LSDYNA-隱式－顯式順序求解，電腦中存的資料
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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(shù)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，
UMAT / VUMAT 的二次開發(fā)： 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(fā)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）。
在CAE領域，選擇Standard（隱式）還是Explicit（顯式）求解器，本質上是在平衡“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、線性振動
摘要： 彎管成型分析方法及注意點，分別采用顯式動力學和隱式動力學方法進行彎管成型分析，并對兩種分析方法進行了比較。
素材來源：
本文中所引用的案例素材來源于：錢 峰，潘笑譽，葉小奔. 基于ＡＢＡＱＵＳ的管件彎曲成型的有限元分析[J]. 機械工程與自動化,１６７２－６４１３（２０１７）０４－００１９－０３.
案例中彎管模具以及坯料尺寸皆根據(jù)該論文進行建模，論文中未提及的尺寸信息
6)對于ABAQUS/Explicit顯式求解器而言，模型中的位移邊界條件不應出現(xiàn)劇烈的變化，應該使用帶有平滑系數(shù)(Smoothing)的幅值曲線進行設置。
<p>Abaqus官方幫助文檔中關于sph粒子的接觸設置并不十分明確，只提到了會在將網(wǎng)格轉化為sph粒子時生成一個內部的surface集合進而定義接觸。而直接定義通用接觸的默認設置，即All* with self，則sph粒子僅能與實體單元外表面的一層接觸，表面侵蝕后，內部單元不再與sph粒子接觸。如圖所示：</p><div contenteditable="false" width="100%">
激光沖擊強化是一種相對而言較新的機械表面處理方式。就目標而言它與機械噴丸強化類似：在材料的表面和近表面引入有益的殘余壓應力。激光沖擊強化使用高功率激光脈沖將表面電離成高壓等離子體，在一個透明的慣性約束介質中（通常是水）進行操作。可以使用一種類似黑色鋁箔膠帶的犧牲性涂層作為熱保護覆蓋層來保護靶材表面的完整性。與機械噴丸相比，使用激光沖擊的制造優(yōu)勢是可控的準確性和精度，有害表面改性的減少和疲勞壽命的提高
模型設置：使用hinge連接器，一端連接剛體參考點，一端使用運動耦合連接軸孔，在使用顯示求解的時候運動耦合參考點出現(xiàn)了下面的錯誤，請問該錯誤會影響結果嗎，如果會該怎么處理。謝謝
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雜性，可能難以收斂，從而導致大量迭代。具有挑戰(zhàn)性的非線性準靜態(tài)問題通常涉及：
接觸條件非常復雜，Abaqus/Standard
ABAQUS/Explicit（顯式求解器）
使用ABAQUS/Explicit可以進行顯式動態(tài)分析，它適于求解復雜非線性動力學問題和準靜態(tài)問題，特別是用于模擬短暫、瞬時的動態(tài)事件，如沖擊和爆炸問題。
