ansys 顯式計算的案例
顯式與隱式計算
這是關于LS-DYNA的顯式與隱式計算地 ppt 講義。
顯式隱式.rar
隱式－顯式順序求解.rar
基于接口的huang顯式晶體塑性計算與隱式計算結果對比
昨日展示了三維的對比情況，因此這里對比針對二維情況，考慮拉伸和剪切變形（即考慮不同的應力狀態和單元類型）
模型包含500個晶粒，60000個單元，使用平面應變三節點單元（CPE3）
對比指標：等效應力分布，累計剪切應變分布，滑移系統當前強度分布
結果如下（默認左側為顯式結果，右側為對應的隱式結果）：
拉伸情況：
等效應力分布;
累計剪切應變分布:
滑移系統當前強度分布:
剪切情況：
等效應力分布;
累計剪切應變分布:
滑移系統當前強度分布:
可以看到使用隱式計算結果與顯式計算結果幾乎一致，然而顯式的優勢是顯而易見的，尤其是在模擬高速沖擊以及其他類似的接觸問題
模擬多晶沖擊的視頻效果如下（隱式計算無法收斂，而顯式可以輕松完成）
模擬效果可以在公眾號查看
展開 Abaqus-原來顯式計算也可以這么快
2、使用模型的第一固有頻率計算相應的時間段 (T)：T=1/f
3、運行顯式分析（步長時間 = T）并估計在此時間 (T) 期間模型沖擊方向的全局偏轉 (D)。
4、計算沖擊速度（V）：V=D/T
5、一般建議是將沖擊速度限制在材料波速的 1% 以下。金屬中的典型波速為 5000 。
示例（門梁入侵測試）
為了說明確定適當加載速率的問題，請考慮車門中側防盜梁的變形。實際測試是準靜態的。
我們將測試建模為圓形梁（長度為 l、直徑為 d、厚度為 t）固定在兩端，剛性圓柱體（直徑為 D）使梁變形。
在這里，我們檢查圓柱體的 20 m/s 和 400 m/s 速度，看看哪一個可以適用于我們的問題。
1、第一模態的頻率約為250 Hz：f=250
2、該速率對應于 4 毫秒的周期：T=1/250=0.004 s
3、使用 20 m/sec 的速度，分析顯示圓柱體將在 4 ms內被推入梁 0.1
4、沖擊速度為：V=D/T= 0.08/0.004= 20 m/s
5、回想一下，金屬中的波速約為 5000 m/sec，因此 25 m/sec 的沖擊速度約為波速的 0.5%（小于 1%）。
如果我們檢查 400 m/s 的速度，將導致大約 4% 的波速（不可接受）。
小結
隨著過程速度的增加，靜態平衡狀態演變成動態平衡狀態，慣性力變得更加占主導地位。我們應該嘗試在慣性力仍然微不足道的最短時間段（Abaqus 最大加載速率）內對過程進行建模；
除了慣性力之外，問題的某些方面（例如材料行為）也可能與速率相關。在這種情況下，無法更改正在建模的事件的實際時間段。質量縮放方法在此類問題中變得有吸引力。
文章來源;abaqus仿真世界
展開 Abaqus-原來顯式計算也可以這么快
2、使用模型的第一固有頻率計算相應的時間段 (T)：T=1/f
3、運行顯式分析（步長時間 = T）并估計在此時間 (T) 期間模型沖擊方向的全局偏轉 (D)。
4、計算沖擊速度（V）：V=D/T
5、一般建議是將沖擊速度限制在材料波速的 1% 以下。金屬中的典型波速為 5000 。
示例（門梁入侵測試）
為了說明確定適當加載速率的問題，請考慮車門中側防盜梁的變形。實際測試是準靜態的。
我們將測試建模為圓形梁（長度為 l、直徑為 d、厚度為 t）固定在兩端，剛性圓柱體（直徑為 D）使梁變形。
在這里，我們檢查圓柱體的 20 m/s 和 400 m/s 速度，看看哪一個可以適用于我們的問題。
1、第一模態的頻率約為250 Hz：f=250
2、該速率對應于 4 毫秒的周期：T=1/250=0.004 s
3、使用 20 m/sec 的速度，分析顯示圓柱體將在 4 ms內被推入梁 0.1
4、沖擊速度為：V=D/T= 0.08/0.004= 20 m/s
5、回想一下，金屬中的波速約為 5000 m/sec，因此 25 m/sec 的沖擊速度約為波速的 0.5%（小于 1%）。
如果我們檢查 400 m/s 的速度，將導致大約 4% 的波速（不可接受）。
小結
隨著過程速度的增加，靜態平衡狀態演變成動態平衡狀態，慣性力變得更加占主導地位。我們應該嘗試在慣性力仍然微不足道的最短時間段（Abaqus 最大加載速率）內對過程進行建模；
除了慣性力之外，問題的某些方面（例如材料行為）也可能與速率相關。在這種情況下，無法更改正在建模的事件的實際時間段。質量縮放方法在此類問題中變得有吸引力。
文章來源：abaqus仿真世界
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，在每個方向上網格加密為2倍將使運行時間增加16倍。在準靜態分析（quasi-static analysis）中，通過加速模擬過程或縮放質量的方式來降低計算成本是很有效的。但是都應該監測動能，確保動能與內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. 使用多線程和調整動態負載降低計算成本
在提交Job選項框里可啟用多線程計算，所選線程數不能超過電腦CPU的實際線程數，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個線程比較穩妥。動態負載域的個數要大于等于線程數，一般采用默認值。
展開 晶體塑性顯式vumat計算模擬------案例二十七
注意：這些類型的分析中的每一種都可以包括溫度和熱傳遞效應
顯式積分的主要優勢為
顯式方法特別適合解決需要許多小增量才能獲得高分辨率解決方案的高速動態事件。如果事件的持續時間很短，則可以有效地獲得解決方案。
接觸條件和其他極其不連續的事件很容易用顯式方法表示，并且可以在逐個節點的基礎上強制執行而無需迭代。可以調整節點加速度以平衡接觸期間的外力和內力。顯式方法最顯著的特點是沒有隱式方法所需的全局切線剛度矩陣。由于模型的狀態是顯式推進的，因此不需要迭代和容差。
需要注意的是在顯式計算中，收斂性是有條件的，即給定的時間步長，必須小于最小的穩定時間步長，以避免結果發散。通常顯式計算的穩定時間步長在1E-7，對于晶體塑性這類復雜的本構模型計算穩定時間步長通常在1E-9之下，所以計算時間往往較長，當然可以適用質量縮放來提高最小穩定時間步長，從而節約計算時間，（質量密度會影響穩定性極限，因此在某些情況下縮放質量密度可能會提高分析效率。例如，由于許多模型的復雜離散化，通常存在包含控制穩定性極限的非常小的或形狀不良的元素的區域。這些控制元素的數量通常很少，并且可能存在于局部區域。通過僅增加這些控制元素的質量，可以顯著增加穩定性極限，而對模型整體動態行為的影響可以忽略不計。）但要保證縮放對于計算結果影響很小。因為顯著改變模型的質量可能會改變問題的物理特性。
另外，由于穩定性極限與最短元素尺寸大致成比例，因此保持元素尺寸盡可能大是有利的。不幸的是，為了進行準確的分析，通常需要精細的網格。為了在使用所需級別的網格細化時獲得盡可能高的穩定性限制，最好的方法是使用盡可能均勻的網格。由于穩定性極限基于模型中的最小單元尺寸，因此即使是單個小的或形狀不佳的單元也可以大大降低穩定性極限。
展開 huang隱式程序修改為顯式及計算案例
黃永剛原始晶體塑性具有良好的收斂性，以及高效的計算效率，在一般變形下無需修改，即可直接使用。然而一些特殊的工況，如切削，軋制，沖壓等隱式存在收斂性問題。因此通常使用顯示程序進行計算。但從頭完成顯式晶體塑性構造對于一般學者顯然難度過高，一個簡單的想法就是直接將現成的黃永剛隱式程序改成顯式。abaqus里這是可以實現的。其基本的步驟是：
1，加入vumat接口程序（見附錄abaqus官網有）
2，對nblock進行循環，計算應力和狀態變量
3，更新應力與狀態變量，重復計算直到增量結束。
值得注意的是，umat與vumat程序里面剪應力分量定義順序與應力不同
umat：12，13，23（工程剪應變）
vumat：12，23，13（2*工程剪應變）
同時采用該方法計算時計算效率顯著高于完全顯式，并允許較大的時間增量。為評估模型計算效率，采用1000個晶粒80000個單元的二維模型進行20%的壓縮模擬。耗時3小時，計算結果與隱式結果類似。
展開 顯式動力學分析中巧用子循環提高計算效率
在上一篇《為什么顯式動力學分析中要慎用質量縮放Mass scaling?》文章中，提到了除質量縮放之外的另一種提高顯式分析計算效率的方法，即子循環技術“subcycling”，后臺有很多小伙伴咨詢子循環如何使用，本篇就簡單舉例示意一下子循環技術在Abaqus中的使用方法。
01
子循環技術
Abaqus / Explicit中的子循環方法基于域分解。在該方法中，要先定義一個在分析期間保持不變的子循環域，即單元集合。定義了子循環區域以后，計算過程中將自動調用域級的并行算法。
晶體塑性顯式vumat計算模擬------案例二十七
注意：這些類型的分析中的每一種都可以包括溫度和熱傳遞效應
顯式積分的主要優勢為
顯式方法特別適合解決需要許多小增量才能獲得高分辨率解決方案的高速動態事件。如果事件的持續時間很短，則可以有效地獲得解決方案。
接觸條件和其他極其不連續的事件很容易用顯式方法表示，并且可以在逐個節點的基礎上強制執行而無需迭代。可以調整節點加速度以平衡接觸期間的外力和內力。顯式方法最顯著的特點是沒有隱式方法所需的全局切線剛度矩陣。由于模型的狀態是顯式推進的，因此不需要迭代和容差。
需要注意的是在顯式計算中，收斂性是有條件的，即給定的時間步長，必須小于最小的穩定時間步長，以避免結果發散。通常顯式計算的穩定時間步長在1E-7，對于晶體塑性這類復雜的本構模型計算穩定時間步長通常在1E-9之下，所以計算時間往往較長，當然可以適用質量縮放來提高最小穩定時間步長，從而節約計算時間，（質量密度會影響穩定性極限，因此在某些情況下縮放質量密度可能會提高分析效率。例如，由于許多模型的復雜離散化，通常存在包含控制穩定性極限的非常小的或形狀不良的元素的區域。這些控制元素的數量通常很少，并且可能存在于局部區域。通過僅增加這些控制元素的質量，可以顯著增加穩定性極限，而對模型整體動態行為的影響可以忽略不計。）但要保證縮放對于計算結果影響很小。因為顯著改變模型的質量可能會改變問題的物理特性。
另外，由于穩定性極限與最短元素尺寸大致成比例，因此保持元素尺寸盡可能大是有利的。不幸的是，為了進行準確的分析，通常需要精細的網格。為了在使用所需級別的網格細化時獲得盡可能高的穩定性限制，最好的方法是使用盡可能均勻的網格。由于穩定性極限基于模型中的最小單元尺寸，因此即使是單個小的或形狀不佳的單元也可以大大降低穩定性極限。
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。
購買鏈接：https://item.jd.com/13260951.html#crumb-wrap
展開 Ansys vs Abaqus：隱式與顯式求解的終極博弈
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。
2?? 顯式求解 (Explicit)
核心是動力學方程 $Ma=F-I$。直接根據當前時刻的狀態推導下一時刻，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定，配合LS-DYNA插件，在結構靜力和多物理場耦合上具有統治力。
展開 
Ansys LS DYNA 顯式動力學技術培訓
【培訓講師】 上海安世匯智結構專家
【培訓時間】 2023年7 月 20日~21日
【培訓費用】 3000元/人
【培訓等級】 初級
【培訓地點】 上海安世匯智公司，上海市浦東新區平家橋路36號晶耀前灘5號樓9樓
【培訓特色】
—— 精品小班課，資深工程師授課
—— 項目經驗豐富，精準匹配行業
—— 理論與上機結合，教學質量有保障
—— 真實案例教學，貼合企業實際需求
—— 設立分級課程，循序漸進培養仿真能力
—— 安世亞太官方培訓證書，豐富職業履歷
【培訓日程】
時間
具體內容
第一天
顯式動力學介紹
Ansys Workbench LS DNYA概述
材料介紹及定義
網格設置和單元類型
PART的概念及使用
載荷、剛體、邊界條件
第二天
接觸定義
求解和分析控制
關鍵字介紹
后處理及ls-prepost簡介
重啟動控制
【報名鏈接】
https://www.wenjuan.com/s/u6F3uaV/
（開課前一周截止報名）
【小貼士】
· 本次課程有上機操作環節，我們會準備好電腦與軟件；若報名人數超額，則需部分學員攜帶自己的電腦，我們會為您裝好試用軟件。
· 本次課程含工作午餐，不含其他食宿費用。
· 關注”上海安世亞太“微^信^公^眾^號，掌握最新資訊。
· 課程報名及咨詢：021-58403100-816（顧女士），E-Mail：sh.marketing@peraglobal.com
展開 從ANSYS收購LS-DYNA談顯式動力學軟件 附ANSYS_LS-DYNA動力分析方法與工程實例下
高性能并行計算：LS-DYNA的所有版本均為并行版本，有SMP/MPP/HYBRID版本。
2、 ANSYS AUTODYN沖擊爆炸專用顯式動力學分析軟件
ANSYS AUTODYN是一個顯式有限元分析程序，用來解決固體、流體、氣體及其相互作用的高度非線性動力問題。AUTODYN完全集成在ANSYS Workbench中，充分利用ANSYS Workbench的雙向CAD接口、參數化建模以及方便實用的網格劃分技術，還具有自身獨特的前、后處理和分析模塊。而且為了保證高計算效率，可以采取高度集成環境架構，在Microsoft Windows和Linux/Unix系統中以并行或者串行方式運行，支持共享內存和分布式集群。
展開 LS-DYNA 靜壓力計算 顯式算法和隱式算法簡要對比測試
板材表面受到靜壓力，分別使用顯式算法和隱式算法計算變形情況；
1：顯式算法
計算時間5 hours 14 minutes 27 seconds
深度數值:2.713mm
2：隱式算法
計算時間1 hour 13 minutes 26 seconds
深度數值:2.708mm
如果是準靜態計算，建議用隱式算法，結果差不多，但是時間節省很多！！！！！
而且從結果分布看，隱式的更精確!
ANSYS Workbench顯式動力學實例 | PVB玻璃的沖擊仿真
本次計算未考慮材料非線性影響。
來源：ANSYS學習與應用公眾號，版權歸作者所有。
