ansys 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 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 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 
【JY】結構動力學之顯隱式
在談計算效率及并串行之前(期待下期講解)，這期先談論下結構動力學的顯式隱式計算。
【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。
展開 顯式動力學出現必須要用隱式求解的警告
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
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。
展開 硅酸鹽晶體成核—用于模擬結晶動力學的隱式玻璃模型
來自美國康寧公司、賓州州立大學和阿貢國家實驗室的跨學科團隊，發展了隱式玻璃模型（IGM），其采用廣義Born模型，用連續介質等效地替換了玻璃，使得模擬可以集中于研究原子生長團簇以及可作為異相成核位點的未溶解雜質的演變過程。他們將IGM模型應用于幾種不同的系統，即二元硅酸鋇、二元硅酸鋰和三元鈉鈣硅酸鹽，并基于已有相圖驗證了他們模擬得到的化合物。此外，他們還預測了偏硅酸鋰的形核團簇，并用SEM觀察了成核的結構，發現模擬得到的結構與實驗測量結果相符，從而證明了IGM模型用于晶體形核模擬的有效性。該文近期發表于npj Computational Materials4:59(2018)。
該文近期發表于npj Computational Materials 4: 59 (2018)，英文標題與摘要如下，點擊左下角“閱讀原文”可以自由獲取論文PDF。
Implicit glass model for simulation of crystal nucleation for glass-ceramics
Matthew E. McKenzie, Sushmit Goyal, Troy Loeffler, Ling Cai, Indrajit Dutta, David E. Baker & John C. Mauro
Predicting crystal nucleation behavior in glass-ceramic materials is important to create new materials for high-tech applications.
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
近場動力學快速入門程序——板，鍵型本構及兩種求解器（顯示求解和隱式求解） ￥93
該算例采用PM本構模型以及無網格離散方式，且分別使用顯式求解器和隱式求解器求解。所有程序均采用matlab編寫，可直接運行。更為詳細的說明可參看文件夾中的word文件。
所有的程序都經過作者用心的編寫特別是隱式求解器，對初學者可以說干貨滿滿，對有基礎的研究者也有借鑒之處。
近場動力學快速入門程序——桿，兩種求解器（顯示求解和隱式求解） ￥62
本程序包簡介
該文件夾中的算例是一個一維桿件兩端受拉的靜力學問題。該算例采用PM本構模型以及無網格離散方式，且分別使用顯式求解器和隱式求解器求解。所有程序均采用matlab編寫，可直接運行。更為詳細的說明可參看文件夾中的word文件。
所有的程序都經過作者用心的編寫特別是隱式求解器，對初學者可以說干貨滿滿，對有基礎的研究者也有借鑒之處。
轉子動力學ansys仿真流程方法 坎貝爾圖 轉子動力學 臨界轉速 軸承
轉子動力學ansys仿真流程方法
工程中的回轉機械，如渦輪機、電機等，在運轉時經常由于轉軸的彈性轉子偏心而發生橫向彎曲振動。當轉速增至某個特定值時，振幅會突然加大，振動異常激烈，當轉速超過這個特定值時，振幅又會很快減小。使轉子發生激烈振動的特定轉速稱為臨界轉速。工程師要做的就是查找轉子系統的臨界轉速，從而將系統修改轉速或者添加一定的支撐，來避開臨界轉速。
要獲取臨界轉速，那么ansys軟件就可以根據模型來計算臨界轉速。理論狀態下轉子系統包括：轉軸、轉軸上的圓盤、兩側軸承以及不平衡的質量，如圖所示。
那么如何進行坎貝爾圖的計算和提取呢？在ANSYS軟件中有三種方法來計算臨界轉速，如下所示：
第一種為梁單元方法，建立一根軸線，不同的位置給定不同的半徑和質量點來計算。
第二種為三維實體方法，建立完整的三維模型，模型是軸對稱模型，所以默認的模型是完全的不偏心的，所以需要添加偏心的質量點。
第三種為ANSYS workbench中新功能，概念模型，建立二維的截面模型來代替三維模型，計算量能夠顯著的減少，加快計算速度，但是結果并沒有差別。
本次流程以第三種方式來展示仿真分析的流程方法，基本操作過程三種近似相同。分析模塊是采用模態分析來進行的。
1.模型的建立
首先要將三維模型進行處理，將三維模型切割，提取中間的截面，如圖所示。
打開workbench中的模態分析模塊，設置對稱選項，如下圖所示。默認的模型不會出現對稱的設置，需要選中model狀態下插入對稱、接觸、遠端點等選項.
設置好之后在對稱目錄下插入General Axisymmetric，該方法是ANSYS獨有的一種簡化方法，可以使用二維平面表示三維物體，簡化計算量.
表示二維軸對稱的操作方式的選項如下圖所示，設置坐標和對稱軸及平面數量。
展開 近場動力學快速入門程序——板，常規態型本構及兩種求解器（顯示求解和隱式求解） ￥125
第一，Madenci2014的書中闡述的常規態基本構模型與Silling2007年論文中給出的線性近場動力學固體（LPS）模型不是同一個本構模型，它們對體積應變以及影響函數的定義都有區別。第二，對于一維結構，由于只有彈性模量這一個材料參數，所以常規態基本構模型將退化為鍵基本構模型。第三，彈性材料中定義的應變能密度函數W 是一個將矢量態映射為實數的映射，因此它是一個泛函，而根據frechet導數的定義，?W 是一個將矢量態映射為矢量態的態值函數（即本構模型）。
五、本程序包簡介
該文件夾中的算例是一個二維矩形金屬板四邊給定位移的平面應力問題。該算例采用常規態型本構模型以及無網格離散方式，且分別使用顯式求解器和隱式求解器求解。所有程序均采用matlab編寫，可直接運行。更為詳細的說明可參看文件夾中的word文件。
所有的程序都經過作者用心的編寫特別是隱式求解器，對初學者可以說干貨滿滿，對有基礎的研究者也有借鑒之處。
展開 近場動力學快速入門程序——桿和板，鍵型本構及兩種求解器（顯示求解和隱式求解） ￥150
近場動力學入門（1）
一、PD簡介
近場動力學（PD）是2000年Silling博士提出的一種非局部力學理論模型。該理論模型區別于連續介質力學模型，假設物質點之間非連續并以長程力相互作用。Silling博士先后提出鍵型本構模型、常規態型本構模型及非常規態型本構模型等。之后又有研究者相繼提出適用于塑性、粘彈性以及粘塑性情況的PD本構模型。
二、數值算法簡介
PD理論很難求得解析解，所以求解PD基本都是用數值算法。目前求解PD的數值算法可以分為兩類，即顯示算法和隱式算法。此外，結合離散方式的不同，求解PD的數值算法可以進行如下的劃分。
（1）無網格方法或離散粒子法
該種方法是Silling博士于2005年發表的一篇文章中提出的方法。該種方法將連續的物體離散為許多規則的有體積的質量塊，每一個質量塊都將質量集中到小塊體積的幾何中心處，那么待求解的結構就被離散為粒子系統，近場域的積分項自然而然地離散為求和的形式。當完成離散后，就可選擇是用顯示方法進行求解還是隱式方法進行求解。
對于動力學問題，常用的顯示方法是中心差分法，而對于準靜態問題，則一般使用自適應動力松弛法。自適應動力松弛法是Madenci教授于2010年發表的一篇文章中正式推廣的一種依然采用中心差分格式的方法。
對于動力學問題，常用的隱式方法是Newmark法，而對于準靜態問題，隱式方法的核心思想則是牛頓迭代法，該方法最核心的地方在于如何求解切線剛度矩陣。總的來說剛度矩陣的獲得有解析法和計算法兩種。解析法可以參考Silling博士2010年發表的論文，里面提出了模量態的概念，但由于解析法普適性沒有計算法好，所以大多數支持無網格隱式求解的開源軟件都采用計算法。
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