顯式動力學仿真
關注創建者：麓林大道 創建時間：2024-03-27
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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 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。
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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
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結論
碰撞沖擊后產生“震蕩”耗散能量。
展開 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 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。
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。
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LS-DYNA作為業界領先的顯式動力學仿真平臺，其集成的電磁（EM）求解器與結構、熱、流體等多物理場耦合能力，為電氣設備的精細化設計提供了可靠解決方案。本次將介紹交流接觸器的電流過零時刻的保持力分析，變壓器、開關柜、電器柜相關的電弧、甲烷、氫氣爆炸，爆炸驅動的開關動作等應用仿真。
一期一會 | 什么是顯式動力學？6個月前
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。
<p class="ql-align-justify">MP4 |視頻：h264、1280×720 |音頻：AAC，44.1 KHz，2</p><p class="ql-align-justify">通道 類型：在線學習 |語言： 英語 |持續時間： 11 講 （ 53m ） |大小： 595.2 MB</p><p class="ql-align-justify">模擬從船上發射到水中的炮彈</p>
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該論文進行建模，論文中未提及的尺寸信息
側桿試驗 - 高速撞擊 - 顯式動力學 - ANSYS Workbench
顯式動力學是一種時間積分方法，用于在速度很重要時執行動態模擬。顯式動力學考慮快速變化的條件或不連續事件，例如自由落體、高速撞擊和施加的負載。由于這些“非線性動力學”已集成到模擬中，因此顯式動力學是模擬高度瞬態物理現象的首選。
有些側面碰撞是指車輛側向撞上路邊的堅硬物體，如樹木或電線桿。這通常是由于駕駛員失去控制
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.
因為顯式動力學有許多建模步驟是獨特的，即使是有多年隱式分析經驗的資深分析師也可能不那么明顯。雖然這些步驟中的許多對于成功的分析至關重要，但如果你忘記了它們，大多數前處理器不會自動提供警告或錯誤。在這篇文章中，我將提供建立穩健、快速且準確的顯式動力學模型的十大最佳實踐步驟的第1部分，顯式動力學分析的最佳實踐步驟：
1.創建或導入幾何模型
a. 簡化幾何模型：去除在模型關鍵區域中對獲得準確解不必要的幾何形狀和特征
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
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
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。
