顯式有限元
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
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瞬態(tài)動力學問題仿真再現(xiàn)與ANSYS LS-DYNA
一般情況下，類似于沖壓、碰撞、侵徹之類的瞬態(tài)沖擊問題，都適合采用顯式有限元方法求解。ANSYS一直致力于為客戶提供最先進的有限元解決方案。2019年9月 11 日，ANSYS 宣布已進入收購顯式有限元技術的領導者—— Livermore Software Technology Corporation（LSTC 公司）的最終協(xié)議階段 。
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因此，我們將基于神經(jīng)網(wǎng)絡的本構模型與顯式有限元求解器，以繞過對切向矩陣的需求。顯式有限元求解的控制方程：
通過計算更新加速度，基于時間積分，更新節(jié)點位移即可。
這項工作展示了從雙軸、擋土墻和剛性條形基腳模擬中提取的宏觀結果和高斯點應力-應變曲線。
首先，將神經(jīng)網(wǎng)絡在IME模型（Isotropic elastic, von-Mises yield surface and Exponential hardening）模擬得到的數(shù)據(jù)集上訓練。然后將神經(jīng)網(wǎng)絡嵌入到顯式FEM中計算，下圖展示神經(jīng)網(wǎng)絡重現(xiàn)IME模型的模擬結果。
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(huán)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(guī)律、軋件的變形情況和應力分布狀態(tài)，為成型軋輥的制造改進以及優(yōu)化生產工藝提供了指導，在生產現(xiàn)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(jié)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(tài)成型軋制過程的三維仿真。
在電磁場的求解過程中，它對導體采用的是有限元方法（FEM)，而對周圍的空氣及絕緣體采用的則使用邊界元方法（BEM)。
鍵型近場動力學（Bond-Based Peridynamics），是最近十幾年興起的，模擬脆性材料裂紋擴展和結構破壞行為的新型非局部理論。針對傳統(tǒng)鍵型近場動力學的局限性，例如特殊的位移邊界條件施加方法和均勻網(wǎng)格要求，LS-DYNA利用非連續(xù)伽遼金理論構建了針對鍵型近場動力學的虛功控制方程，在有限元法的框架內實現(xiàn)了該理論。該方法在汽車擋風玻璃、水泥構件、脆性塑料構件的破壞模擬中得到廣泛應用。
Ansys與LSTC
Ansys與LSTC公司已是多年的合作伙伴。1996年首次發(fā)布Ansys LS-DYNA，2013年LS-DYNA與Ansys Workbench集成，工程師使用熟悉的Workbench用戶界面就能輕松開展LS-DYNA仿真。Ansys Workbench與LS-DYNA的結合幫助顯式動力學仿真得到擴展，超越了某個專業(yè)領域龍頭的范疇。同時，開展多物理場仿真所需的計算資源成本更低，使得LS-DYNA的可擴展性能夠應用到自由度越來越高的模型上。
在2019年收購LSTC后，Ansys能更加深入地集成LS-DYNA的顯式動力學求解器，該代碼來源于使用顯式時間積分的高度非線性、瞬態(tài)動力學有限元分析(FEA)方法，可以幫助不同熟練度的工程師更輕松地求解瞬態(tài)動力學問題，例如汽車碰撞、鳥撞飛機和爆炸等。
展開 在電磁場的求解過程中，它對導體采用的是有限元方法（FEM)，而對周圍的空氣及絕緣體采用的則使用邊界元方法（BEM)。
鍵型近場動力學（Bond-Based Peridynamics），是最近十幾年興起的，模擬脆性材料裂紋擴展和結構破壞行為的新型非局部理論。針對傳統(tǒng)鍵型近場動力學的局限性，例如特殊的位移邊界條件施加方法和均勻網(wǎng)格要求，LS-DYNA利用非連續(xù)伽遼金理論構建了針對鍵型近場動力學的虛功控制方程，在有限元法的框架內實現(xiàn)了該理論。該方法在汽車擋風玻璃、水泥構件、脆性塑料構件的破壞模擬中得到廣泛應用。
Ansys與LSTC
Ansys與LSTC公司已是多年的合作伙伴。1996年首次發(fā)布Ansys LS-DYNA，2013年LS-DYNA與Ansys Workbench集成，工程師使用熟悉的Workbench用戶界面就能輕松開展LS-DYNA仿真。Ansys Workbench與LS-DYNA的結合幫助顯式動力學仿真得到擴展，超越了某個專業(yè)領域龍頭的范疇。同時，開展多物理場仿真所需的計算資源成本更低，使得LS-DYNA的可擴展性能夠應用到自由度越來越高的模型上。
在2019年收購LSTC后，Ansys能更加深入地集成LS-DYNA的顯式動力學求解器，該代碼來源于使用顯式時間積分的高度非線性、瞬態(tài)動力學有限元分析(FEA)方法，可以幫助不同熟練度的工程師更輕松地求解瞬態(tài)動力學問題，例如汽車碰撞、鳥撞飛機和爆炸等。
展開 最近在學有限元，看到不少資料都提到了 EXPLICIT ALGORITHM 和IMPLICIT ALGORITHM，很是費解，查詢到一篇文章寫的不錯，特在此與大家分享，文章出處：公眾號 CAE&CFD
顯式（explicit）和隱式（implicit）這兩個詞在有限元分析中大家可能經(jīng)常看到，特別是涉及到動力學分析時。但其實廣義的說他們分別對應著兩種不同的算法：顯式算法（explicit method）和隱式算法（implicit method），所以不論在動力學或者靜力學中都有涉及到。
我們都知道有限元分析FEA在計算微分方程（differential equations）時，由于計算本身的局限，比如計算機儲存的位數(shù)有限，以及方程本身的復雜性，計算機運用的是數(shù)值算法（numerical algorithm）來逼近真實解的。有限元分析中數(shù)值算法的基礎是歐拉法（Euler method），歐拉法又分為forward Euler method 和backward Euler method，這兩種方法被簡稱為顯式法（explicit method）和隱式法（implicit method）。
首先我們來看看這兩種算法的區(qū)別。
顯式算法（explicit method）（forward Euler method）
考慮常微分方程：
初始條件：
設h為每一步的時間步長， 在tn時刻
(n=0,1,2,3...)，在T(n+1)時刻有：
所以在顯式算法中，T(n+1)時刻的值由T(n)時刻決定，也就是說當前時刻的值由上一時刻的值決定。
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為解決這一問題，作者提出了一種并發(fā)多尺度建模方法：宏觀結構層面采用顯式有限元模擬方管壓潰；每個積分點內部嵌入一個由多個 FCC 晶粒組成的多晶聚集體；晶粒層面采用 Marin 晶體塑性模型描述滑移、硬化和晶格旋轉；最后通過 Taylor 型均勻化獲得積分點平均應力。這樣，宏觀有限元計算不再只依賴經(jīng)驗塑性曲線，而是能夠實時考慮晶粒取向和織構演化對結構響應的影響。
核心結論速覽表
仿真領域
核心算法/方法
計算特點
主要計算平臺
備注
結構力學分析
隱式/顯式有限元法
隱式: 求解大型稀疏矩陣
1、概述
LS-DYNA是一款業(yè)界領先的顯式有限元分析軟件，廣泛應用于墜落測試、沖擊與穿透、碰撞、乘員安全等領域。其墜落測試模塊通過簡化操作流程，使用戶能夠輕松設置和運行墜落測試仿真。本文將結合實際案例，詳細介紹電池包墜落測試的仿真步驟，并提供一些注意事項，以幫助讀者更好地理解和應用該模塊。
簡介
LS-DYNA具有顯式動力學的有限元分析。
手機攝像頭的光機系統(tǒng)（光機設計見第 2 部分）被加載到 Ansys Workbench 中，并導入到 LS - DYNA 分析系統(tǒng)中。為了使碰撞模擬更真實，攝像頭系統(tǒng)被放置在一個更大的機身內，該機身具有常見智能手機設備的尺寸和形狀。
模擬包含攝像頭系統(tǒng)掉落在平坦表面上的瞬態(tài)序列。
</li><li><strong style="color: var(--md-box-samantha-deep-text-color) ;">MADYMO 軟件</strong>：融合了多體動力學和顯式動態(tài)有限元計算功能，可用于對安全帶和安全氣囊進行模擬，包括氣囊的折疊以及氣囊充氣罐的試驗分析，能為工程師和設計師提供準確的仿真結果，幫助制定合理的設計方案。
Dytran
Dytran 是一種顯式有限元分析 （FEA） 解決方案，用于模擬沖擊和碰撞等瞬態(tài)事件，并分析結構在這些事件中經(jīng)歷的復雜非線性行為。Dytran 軟件提供結構、材料流動和流固耦合分析功能。Dytran 采用獨特的耦合功能，可在一次連續(xù)仿真中集成分析流體和高度變形材料的結構部件。
</span></p><h2 class="ql-align-justify"><strong style="color: rgb(0, 122, 170);">簡介</strong></h2><p><span style="color: rgb(63, 63, 63);">LS-DYNA具有顯式動力學的有限元分析。
演講主題：卓越算力助力密集型計算
主題簡介：AMD EPYC處理器采用創(chuàng)新的三維內存堆疊技術，實現(xiàn)了前所未有的性能提升，使大規(guī)模計算流體動力學（CFD）的性能提高了 80%，使顯式有限元分析（FEA）碰撞測試的性能提高了 50%。使Ansys Cloud 客戶可以更快地解決各種平臺上的 CAE 仿真，在更短的時間內做出更好的設計決策，同時大大節(jié)省計算成本。
在當代工程實踐中，有限元方法（FEM）被廣泛認為是一種極具價值的分析工具，尤其在模擬和預測復雜工程結構行為方面表現(xiàn)出色。它能夠在不進行物理試驗的情況下，通過計算機模擬來詳細探究結構在各種加載條件下的響應，這一點對于工程設計和分析至關重要。特別是在解決那些涉及到復雜非線性行為的問題時，如幾何形態(tài)的大幅變化、材料性能隨著加載變化的非線性關系，以及實際制造過程中不可避免的誤差等，有限元方法展現(xiàn)了其獨特的優(yōu)勢
上傳一款工作用的55t鞍式列車模型，hypermesh格式，可用于ls-dyna的碰撞分析，材料參數(shù)都已經(jīng)設置好，開箱即用，適用于Ls-Dyna初學者，用于實際仿真的模型結果如上所示，有機會出一期單獨的碰撞教程。
汽車碰撞仿真是一種通過計算機軟件模擬汽車碰撞過程的技術，它可以幫助工程師更好地了解汽車在碰撞中的行為和乘員的受傷情況，從而優(yōu)化車輛的安全性能。
汽車碰撞仿真的原理是基于物理學的有限元分析方法
