隱式結(jié)構(gòu)仿真的案例
【JY】結(jié)構(gòu)動力學之顯隱式
因此改變計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變串行處理為并行處理，從理論上講，其速度的提高是無止境的。利用并行計算機研究和開發(fā)相應的并行算法有可能解決串行機無法解決的存儲量、計算時間和效率等多方面的問題。
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(jié)構(gòu)動力學的顯式隱式計算。
Samcef field隱式非線性模態(tài)分析鏈接式梁結(jié)構(gòu)
模型為兩個接觸銜接的梁結(jié)構(gòu)。練習步驟主要包括： 梁結(jié)構(gòu)幾何模型建模，分析數(shù)據(jù)設(shè)置，網(wǎng)格劃分，求解，后處理查看。
Modeler
Analysis data
Behavior
Material
Constraints
Loads
Assemblies
Initial conditions
Mesh
Solver
Solver setting tab
Results of the non-linear analysis
Modal analysis on the deformed configuration
Results for modal analysis
Chaining_tutorial.pdf
Corrected_files.zip
展開 基于LS-DYNA隱式（implicit）的復合材料壓縮仿真 ￥10
問題描述
用LS-DYNA做復合材料的壓縮失效的仿真，由于ls-dyna主打功能是顯式動力學，如果用顯式動力學求解準靜態(tài)要做必要的處理（質(zhì)量縮放，加載加速 加載曲線光滑等處理）；處理完后結(jié)構(gòu)是否合理需要和隱式的結(jié)果進行對比，本文提供了基于LS-DYNA隱式（implicit）的復合材料壓縮的仿真，用于提供參考。
FEA的核心思想-仿真時間步-隱式算法顯示算法
常用的算法，固體和結(jié)構(gòu)分隱式和顯式：隱式基本上都在Newmark和HHT上玩系數(shù)，目的是保證精確性但又濾掉高頻的信號，而顯式基本上就是保證時間步盡量大但又不大到影響穩(wěn)定。流體基本上都是在Runge-Kutta和各種向后積分法中求穩(wěn)定。所以當積分法定了，時間步的選擇的大方向也就定了。普通用戶在這個時候可以和精力情形一樣，寄希望于自適應算法。動力問題的時間步自適應基本上分兩類。一類是調(diào)整步長以適應特定的結(jié)構(gòu)振動頻率，一類是調(diào)整步長以適應特定的積分誤差。
第四，多尺度的問題。下面這三類常見問題，對于時間步的決定都是讓人頭疼的，本質(zhì)上都是因為有空間/時間多尺度的特點: 接觸問題（固體），湍流問題（流體），激波問題(固體和流體）。工程上解決的方式，本質(zhì)上都是給模型添加穩(wěn)定性，即所謂的數(shù)值減振／衰減。
顯示和隱式
顯式、隱式算法，也稱顯式解法和隱式解法，是計算力學中常見的兩個概念。
1、顯式算法
基于動力學方程，因此無需迭代；而靜態(tài)隱式算法基于虛功原理，一般需要迭代計算。顯式算法，最大優(yōu)點是有較好的穩(wěn)定性。
動態(tài)顯式算法采用動力學方程的一些差分格式，不用直接求解切線剛度，不需要平衡迭代，計算速度快，步長只要取的足夠小，一般不存在收斂性問題。因此需要的內(nèi)存也比隱式算法要少。但顯式算法要求質(zhì)量矩陣為對角矩陣，而且只有在單元級計算盡可能少時速度優(yōu)勢才能發(fā)揮，因而往往采用減縮積分方法，容易激發(fā)沙漏模式，影響應力和應變的計算精度。
靜態(tài)顯式法基于率形式的平衡方程組與Euler向前差分法，不需要迭代求解。由于平衡方程式僅在率形式上得到滿足，所以得出的結(jié)果會慢慢偏離正確值。為了減少相關(guān)誤差，必須每步使用很小的增量。
展開 
“神工坊”高性能工業(yè)仿真平臺｜Abaqus隱式靜力學分析
CAE是工業(yè)仿真領(lǐng)域重要分支之一，也是高性能計算的主要應用場景之一。本期選取CAE領(lǐng)域最常用的仿真軟件Abaqus，選擇基于Abaqus隱式求解的某型機翼受載的案例，我們來看下基于“神工坊”高性能工業(yè)仿真平臺”的Abaqus隱式求解計算，和其他仿真云平臺進行效率對比如何。
Abaqus隱式求解能夠應用于大多數(shù)的線性問題以及部分的非線性問題，包括靜態(tài)、動態(tài)分析，因此廣泛的應用于工程上結(jié)構(gòu)設(shè)計中強度、剛度校核。隱式分析利用迭代的方法進行求解，使用Newton-Rapson的方法進行迭代。因為采用迭代的方法，且由于模型中可能涉及接觸或者材料的復雜性，可能較難收斂，從而導致大量的迭代，需要求解大量的線性方程組，因此對計算機有著較高的性能要求。
Abaqus隱式靜力學分析
模型介紹
使用隱式分析仿真模型為某型機翼受載的有限元模型，使用材料為某型鋁合金，模型網(wǎng)格單元數(shù)30萬，均為殼體網(wǎng)格，殼體網(wǎng)格使用S4，計算迭代步長70步。初始時間步為0.01，最小時間增量步為5E-06。
在機翼的一端施加固定約束,并在機翼內(nèi)部施加力矩載荷。由于模型不能完全公開展示，因此對圖中部分區(qū)域進行了模糊處理，下同。
仿真結(jié)果
計算完成后的應力、位移云圖如下所示。
仿真云平臺對比
進行Abaqus隱式求解分析時,所使用的
“神工坊”高性能工業(yè)仿真平臺
（點擊了解詳情）與其他兩家仿真云平臺的硬件參數(shù)如下表所示。
展開 基于LS-DYNA的復合材料內(nèi)聚力失效仿真（雙臂梁，隱式求解） ￥100
以DCB復合材料雙懸臂梁實驗為研究對象，基于LS-DYNA隱式算法+內(nèi)聚力單元（MAT138），給出了完整的k文件！
裂紋尖端的應力云圖
內(nèi)聚界面的損傷演化
求解設(shè)置：
內(nèi)聚力單元采用了mat138
復合材料體系和幾何特征為：
AS4/PEEK carbon fiber reinforced composite was simulated and compared with available beam
theory solutions. The specimen length, L, is given in Fig. 6 and 20.0 mm wide with two, 2h, 1.55
mm-thick arms, the latter providing a mode mixity of G II /G T = 43% for the FRMM models. The
initial delamination length is a 0 = 35 mm. The material properties of the AS4/PEEK specimen are
as follows: E 11 = 120 GPa, E 22 = E 33 = 11 GPa, ν 12 = ν 13 = 0.32, ν 23 = 0.45, G 12 = G 13 = 5.5 GPa,and G 23 = 3.7 GPa. The properties of the interface are given in Table 3.
展開 Abaqus沖壓-回彈過程仿真詳細教程，顯式分析到隱式分析的結(jié)果傳遞方法 ￥99.9
沖壓回彈分析會涉及顯式求解器到隱式求解器之間的結(jié)果傳遞設(shè)置，這樣能夠?qū)F(xiàn)實中的力學過程進行拆解，利用適當?shù)那蠼馄鞣治鲇嬎闫鋵瞄L處理的的過程（動態(tài)過程、穩(wěn)定過程），從而使整個分析效率極大地提高。
圖1 沖壓示意圖（1/4模型）
如圖1所示，毛坯（藍色）位于夾具（綠色）和模具（黃色）之間，沖頭（紅色）以一定的速度沖擊毛坯，毛坯在壓力和模具約束作用下發(fā)生一定的變形（沖壓過程）；隨后沖頭與夾具向上運動，卸載后的毛坯回彈并保留一定的永久變形（回彈過程），產(chǎn)品沖壓成型過程結(jié)束。
圖2 材料加、卸載的力學過程
材料加、卸載的過程中產(chǎn)生了彈性變形和塑性變形，分析時，通過Abaqus/Explicit分析其沖壓過程，再將分析結(jié)果作為初始狀態(tài)繼承給Abaqus/Standard進行回彈分析。由于對稱性，使用一個1/4模型解決這個問題，全部采用殼單元。
展開 基于JC模型的umat子程序?qū)嵗?Hopkinson壓桿的隱式求解器數(shù)值仿真實現(xiàn) ￥8
眾所周知，Abaqus中自帶的JC模型只能應用于顯示求解器（Abaqus/Explicit），但是隱式求解器(Abaqus/Standard)通常具有更高的精度，而且隨著研究的進步JC模型也出現(xiàn)了新的修正形式，因此我們有必要基于Umat實現(xiàn)傳統(tǒng)的JC模型，以便有需要的朋友在此基礎(chǔ)上進一步創(chuàng)新，避免重復“造車”！本文基于JC模型的Umat子程序?qū)崿F(xiàn)hopkinson壓桿的數(shù)值模擬，本文的一些參數(shù)設(shè)置和程序借鑒了盧劍鋒老師的碩士論文《沖擊載荷作用下材料和結(jié)構(gòu)力學行為有限元模擬》，且沒有考慮溫度軟化。
裝配圖如下
JC模型的方程形式如下
試樣的材料參數(shù)如下
入力桿和出力桿使用線彈性材料，彈性模量和泊松比分別為200GPa和0.3。
在入力桿的一端施加應力脈沖
入力桿某點和出力桿某點上的應力波時程曲線如下
建議大家按照前面提到的論文自己獨立把程序走一遍，也歡迎大家下載本次的*.cae文件和*.for文件，后期打算基于JC模型的umat子程序做一個侵徹的案例，感謝持續(xù)關(guān)注！
展開 轉(zhuǎn)載，滑板車遭遇路沿引發(fā)的隱式顯式聯(lián)合仿真
隨著計算機硬件以及仿真軟件的不斷發(fā)展，用戶對仿真分析的要求也越來越高，高效、準確并“全面逼近”真實的工程實際已經(jīng)成為可能。眾多工程問題中很多時候都涉及到隱式與顯式聯(lián)合仿真分析，這不但對求解器軟硬件提出要求，也對用戶的設(shè)置提出了更高的要求。本文從大型通用前后處理平臺Ansa/meta出發(fā)，以近年來普遍關(guān)注的兒童玩具/游樂設(shè)備之一的滑板車為例，介紹如何設(shè)置隱式-顯式（ABAQUS/Standard-ABAQUS/Explicit）聯(lián)合仿真分析求解文件。
主要從以下4個部分進行描述：
1） 模型及工況說明
2） 設(shè)定隱式與顯式聯(lián)合仿真區(qū)域
3） 建立聯(lián)合仿真分析
4） 輸出ABAQUS計算文件
1、模型及工況介紹：
如下圖所示，滑板車車體簡化為shell，車體板前后用連接單元與前后輪胎連接，手把用beam，騎行者用質(zhì)量點等效并用coupling與車把和車體連接。路面處理為解析剛體。
騎行者連同滑板車以3m/s的速度前行，整個分析屬于顯式問題（ABAQUS/Explicit）。雖然模型簡單，但能夠通過該算例說明如何在ANSA中設(shè)置隱式與顯式聯(lián)合仿真分析文件。
模型中的有些零部件，比如輪胎，會與路面接觸，尤其是前輪會與路沿發(fā)生碰撞，承受動態(tài)載荷，需要用顯式求解器，因此，這些零部件需要進行顯式分析。而滑板車車體（本例簡化為shell）以及把手和騎行者可直接利用模態(tài)動力學計算，這可以直接用隱式求解器進行分析。需要說明的是，如果將滑板車車體用子結(jié)構(gòu)代替，而僅保留必要的模態(tài)，可以更進一步提高效率。
展開 CFD專欄丨基于Inspire Fluid的隱式建模換熱器設(shè)計和熱仿真
wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><br></p><p><strong>電子設(shè)備隱式換熱器的設(shè)計</strong></p><p><br></p><p><strong>Inspire Fluid吸塵器模型</strong></p><p><br></p><p>Inspire Fluid也可用于一般的管路內(nèi)流場和傳熱計算，設(shè)計和仿真流程高度集成，滿足產(chǎn)品快速迭代設(shè)計。</p><p><br></p><p><strong>Inspire Fluid閥門建模演示模型</strong></p><p><br></p><p><strong>Inspire Fluid閥門后處理演示模型</strong></p><p><br></p><p><strong>總結(jié)</strong></p><p><br></p><ul><li>設(shè)計和仿真高度集成：Inspire Fluid直接在概念設(shè)計階段進行流場分析，對于隱式建模無須導出STL網(wǎng)格，打破傳統(tǒng)CAD→CFD的瓶頸。</li><li>參數(shù)化設(shè)計：支持對流體模型進行參數(shù)化定義，方便進行設(shè)計迭代和優(yōu)化。例如在設(shè)計換熱器時，可通過調(diào)整Lattice晶格的類型和尺寸參數(shù)，快速得到不同方案并進行對比分析。</li><li>探索和優(yōu)化：Design Explorer工具根據(jù)用戶設(shè)定的目標和邊界條件，對流體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，突破傳統(tǒng)設(shè)計的限制，生成輕量化且高性能的流體部件。</li><li>多物理場耦合：考慮流體力學與固體力學的耦合作用，如設(shè)計出的散熱器既有優(yōu)良的換熱性能，又保證結(jié)構(gòu)強度的要求。</li></ul><p><br></p><p>本期的基于Inspire Fluid的隱式建模換熱器設(shè)計和熱仿真分享就到這里啦，下一期我們將分享更多實用功能，敬請期待。
展開 3場結(jié)構(gòu)仿真專題免費網(wǎng)絡培訓：聽仿真專家系統(tǒng)講解結(jié)構(gòu)仿真
安世亞太2017年系列仿真免費網(wǎng)絡培訓——結(jié)構(gòu)仿真專題， 10月24日開講，現(xiàn)在開始報名！3場培訓，風電、壓力容器領(lǐng)域的仿真技術(shù)專家以及結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化技術(shù)專家將圍繞相關(guān)內(nèi)容進行系統(tǒng)講解。
● 課程內(nèi)容構(gòu)成：40分鐘授課+20分鐘工程師在線答疑。
● 培訓有禮：參與培訓，參加互動，有神秘禮物恭候。
● 培訓方式：采用Webex網(wǎng)絡會議接入方式（會前將提供接入鏈接地址）。
● 培訓視頻：課后通過微信為報名學員提供培訓視頻。
培訓內(nèi)容：
風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和仿真——風電行業(yè)的發(fā)展勢頭強勁，裝機量高速增長，這對工程仿真提出了更高的要求。除了風電行業(yè)基礎(chǔ)的剛度、強度分析，螺栓連接分析、齒輪的接觸分析以外，同時要考慮復合材料力學、轉(zhuǎn)子動力學等，并且對疲勞仿真提出了更高的要求，同時還有多場耦合分析的需求。針對這些需求，課程中將給出一套成熟、完整、準確的解決方案。
機械結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化分析及設(shè)計驗證模擬——以常見機械結(jié)構(gòu)中的安裝座為案例，介紹ANSYS拓撲優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)方法，主要包括優(yōu)化后模型的導出及光順的處理流程，優(yōu)化后模型的驗證，3D打印多孔結(jié)構(gòu)強度校核等。
基于ANSYS Workbench界面的壓力容器極限分析與彈塑性分析技術(shù)——美國ASMEⅧ-Ⅱ標準與歐盟EN-13445標準已在壓力容器設(shè)計行業(yè)廣泛推廣極限分析與彈塑性分析等非線性分析技術(shù)，隨著計算硬件的高速發(fā)展，未來該方法可直接替代當前的線彈性計算方法，且該方法有利于指導工程中的輕量化設(shè)計。本次課程將介紹基于Ansys Workbench界面的壓力容器極限分析與彈塑性分析，具體內(nèi)容包括：壓力容器主要失效模式、極限分析與彈塑性分析工程背景，非線性材料本構(gòu)模型，非線性求解相關(guān)設(shè)置、計算結(jié)果收斂與發(fā)散以及后處理技術(shù)。
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流體仿真計算、結(jié)構(gòu)強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結(jié)構(gòu)類輔材供應
業(yè)務方向：流體仿真計算、結(jié)構(gòu)強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結(jié)構(gòu)類輔材供應。
聯(lián)系電話：王經(jīng)理 15900979745
光 · 學堂 | 基于VirtualLab Fusion的微結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計與加工技術(shù)（光柵、超表面、蛾眼結(jié)構(gòu)的仿真與加工技術(shù)）2026/5/19-5/20
授課時間
2026/5/19（二）-5/20（三）
AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區(qū)南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
4800RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
微結(jié)構(gòu)元件作為現(xiàn)代光學系統(tǒng)的核心組成部分，應用廣泛，其設(shè)計精度與加工質(zhì)量直接影響器件性能。本課程借助光之數(shù)字模型平臺VirtualLab Fusion，結(jié)合多種仿真算法，開展各類微結(jié)構(gòu)的仿真設(shè)計與性能優(yōu)化教學。
課程涵蓋衍射光學元件、光柵、超表面等多種微結(jié)構(gòu)類型，包括蛾眼減反射表面、偏振無關(guān)光柵、超構(gòu)透鏡等，涉及結(jié)構(gòu)建模、參數(shù)優(yōu)化、性能驗證等核心環(huán)節(jié)，無需深厚軟件基礎(chǔ)即可參與學習。
本課程講解VirtualLab Fusion在微結(jié)構(gòu)仿真中的應用方法，為微結(jié)構(gòu)加工提供可靠的仿真支撐與理論依據(jù)。加工方面主要介紹微納加工工藝選型、加工參數(shù)把控及質(zhì)量檢測等內(nèi)容，呈現(xiàn)微結(jié)構(gòu)從仿真設(shè)計到實際加工的完整技術(shù)思路。
展開 BCC點陣結(jié)構(gòu)梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質(zhì)量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結(jié)構(gòu)進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結(jié)構(gòu)，壓頭設(shè)置為剛性面，添加質(zhì)量縮放，加快運算速度，為點陣結(jié)構(gòu)壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結(jié)構(gòu)。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結(jié)構(gòu)，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設(shè)置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結(jié)果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設(shè)置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設(shè)置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設(shè)置。
4.設(shè)置分析步Dynamic,Explicit，時間設(shè)置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質(zhì)量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設(shè)置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數(shù)為0.3，設(shè)置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 結(jié)構(gòu)仿真 | Circleg利用仿真技術(shù)改善截肢者的生活
Circleg在Ansys Apex渠道合作伙伴CADFEM的幫助下，通過Ansys初創(chuàng)公司計劃獲得了Ansys Mechanical結(jié)構(gòu)仿真軟件，以實現(xiàn)上述目標。Calabro表示：“主要挑戰(zhàn)在于我們必須滿足許多不同的要求。該設(shè)備需要易于使用而且舒適，機械要求非常高，同時，我們也非常關(guān)注生產(chǎn)成本。”
在整個研發(fā)過程中，Circleg使用Mechanical軟件來評估性能，例如足部的靈活性和Circleg One的強度。根據(jù)截肢者需要的是膝上還是膝下假肢，Circleg One需要滿足不同的要求。一般來說，膝上假腿比膝下假腿更復雜，最大的區(qū)別是膝關(guān)節(jié)。膝下假肢只需要小腿、腳踝和腳，而膝上假肢還需要功能正常的膝關(guān)節(jié)。如果沒有的話，佩戴者就很難四處走動。膝關(guān)節(jié)是行走機制的核心，因為其承受了人體的大部分重量并影響人體平衡。
Calabro表示：“我們有非常明確的結(jié)構(gòu)方面的要求，而仿真幫助我們在為零部件制造模具之前，就能準確地估計零部件是否符合這些要求。”通過使用仿真軟件，Calabro和他的團隊能夠在實際創(chuàng)建不同組件之前評估其性能，從而顯著縮短時間。
一開始，Circleg采用簡單的模型來反映假肢的不同組件。Calabro說道：“這已經(jīng)有很大幫助了，而后來，我們意識到，需要使它們變得更具體、更準確。”團隊最初沒有考慮對生產(chǎn)流程進行仿真，但在發(fā)現(xiàn)仿真與實際測量之間存在差異后，該團隊在更大的規(guī)模上實施了仿真。他表示：“當我們構(gòu)建出整合了注塑工藝材料特性的更復雜的模型時，就可以解決和改進其余問題了，并最終滿足嚴格的機械要求。”
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