顯式動力學的案例
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 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 一期一會 | 什么是顯式動力學？
顯式時間積分中使用的時間步較小，因此一個時間步到另一個時間步的這些變化，能夠近似為線性變化。同時，其還使求解器能夠計算在發生塑性或材料失效時，使非線性系統保持平衡所需的內部力。
集中質量近似
在求解動力學問題時，顯式時間積分法的另一個關鍵方面是，它能夠將每個單元的節點質量表示為集中質量。這樣，就會生成一個僅包含單個對角線的質量矩陣，因此計算模型慣性值所需的矩陣求逆將非常簡單。
準靜態結構分析
在某些動態結構分析中，如果系統中的慣性效應小到足以被忽略的程度，系統在整個過程中實際上始終處于平衡狀態。金屬成形就是上述情況的一個良好示例——其之所以是動態問題，原因在于材料屬性（尤其是塑性）與時間相關，但金屬的慣性不會影響其塑性變形。
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。
展開 Abaqus顯式動力學入門案例-丟金幣/擲骰子
“ 用兩個剛體顯式動力學案例，入門Abaqus/Explicit”
最近科研項目遇到一點小小的挫折，涉及接觸的算例怎么修改邊界條件都難以收斂。我猜想如果換用顯式動力學可能可以讓問題更快實現收斂。之前雖然玩過一兩次，但一直沒有很認真的正式學習顯式動力學。今天這篇文章，就用USim鄧怡超工程師幾年前分享的兩個inp文件，學習一下Abaqus/Explicit顯式動力學分析。
既然用了別人的模型，那就在開頭顯著位置寫一下致謝吧。感謝USim，在我還在猶豫沒想好是在仿真領域一條道走到黑還是畢業轉行當碼農的時刻，是USim鄧工分享的一波Abaqus算例動畫讓我燃起了對有限元仿真的極大熱情（emmm這么說來也不知是福是禍，但我確實發自內心的喜歡力學和有限元仿真）。鄧怡超在他公眾號菜單里免費分享的很多inp文件也是我學習的樣本。
如何將隨機性引入Abaqus仿真？網球隨機發射模擬
01
顯式動力學
先翻譯一些不那么有趣的東西。如果想直接看丟YingBi（這居然是敏感詞，完全無法理解）的小伙伴可以往下滑~（P.S.還是按慣例翻譯自幫助文檔。寫到這里發現我的彩云小譯半年會員居然已經到期了，果斷再續一年~）
什么是顯式動力學分析？它和隱式分析的區別在何處？
使用直接積分法的隱式動力學在Abaqus中是由Abaqus/Standard求解器提供的，而Abaqus/Explicit關于時間部分使用了中心差分算子。在隱式動力學分析中，必須對積分算子矩陣求逆，對每個時間增量步都需要求解一組非線性的平衡方程。而在顯式動力學中，節點的位移和速度是根據時間增量步開始時刻已知的量計算出來的，不需要組裝成整體質量陣和剛度陣并求逆。
展開 
顯式動力學分析十大要點 —— 第一部分
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。
2.選擇合適的單元類型
a. 主要使用減縮積分、低階單元類型。全積分可以用來提高精度并消除沙漏現象，但這些單元通常被避免使用，因為它們容易受到剪切鎖定的影響，并且會增加求解時間。一些顯式動力學代碼允許使用高階單元，但它們的求解時間可能會更長，主要是因為由此產生的時間步長會小很多。
b. 避免由退化的六面體創建的四面體單元。這些單元類型非常不準確。大多數顯式動力學代碼都有更準確的四面體單元類型，例如在LS-Dyna中ELFORM=10或13。泰勒桿沖擊模型的四面體網格和全六面體網格的比較如圖1所示。
圖1 泰勒桿沖擊模型的四面體網格和全六面體網格的比較
c. 選擇既快速又準確的殼單元類型。在許多情況下，前處理器默認選擇的殼單元類型不是很準確，特別是對于扭曲的殼和將經歷扭轉變形的殼。例如在LS-Dyna中，在這些情況下，Belytschko-Wong-Chiang 和 Belytschko-Leviathan 類型比默認的Belytschko-Tsay類型更準確。
3.分配材料模型和屬性
a. 在不關心該物體中的應力/應變的地方，使用剛性材料來指定剛體。剛體可以顯著減少運行時間。
b. 使用一致的單位。一些前處理器不允許你更改單位系統。
c.
展開 |最新免費|ABAQUS顯式動力學分析關鍵技術講解
在ABAQUS中針對部件進行仿真分析時，分析類型眾多，有靜力學分析、熱力分析、瞬態動力學分析、模態等頻域相關分析。
但在動力學分析中，會有動力隱式（Dynamic Implicit）和動力顯式（Dynamic Explicit）兩種看上去很相似的分析類型，這讓很多初學者在實際應用時，不知道該如何去進行相應的選擇。
Workbench之24 Explicit Dynamics 顯式動力學分析
Workbench之24 Explicit Dynamics 顯式動力學分析
顯式動力學系統執行多種工程仿真，包括固體、流體、氣體的非線性動力學行為及其交互作用。使用autodyn或LSdyna求解器。
本系統在Mechanical中配置
使用顯式動力學系統：
1） 要添加顯式動力學系統，從工具箱拖拽該系統至項目圖，或在工具箱中雙擊該系統
2） 要載入幾何體，右擊Geometry單元，快捷菜單選擇Import Geometry
3） 要打開Mechanical程序，右擊Setup單元，快捷菜單選擇Edit；或雙擊Setup單元
4） 在Mechanical窗口，使用應用程序工具和特征完成分析
詳見Explicit Dynamics Analysis Guide
展開 側桿試驗 - 高速撞擊 - 顯式動力學 - ANSYS Workbench
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、超速、誤判拐角或在濕滑路面上打滑造成的。
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
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。
經過不斷的發展和行業應用，AUTODYN具有完整、獨特的分析功能包括：
有限元（FE），用于計算結構動力學
有限體積運算器，用于快速瞬態計算流體動力學（CFD）
無網格/粒子方法，用于大變形和碎裂（SPH）
多求解器耦合，用于多種物理現象耦合情況下的求解
豐富材料模型，同時包括本構響應和熱力學
金屬、陶瓷、玻璃、水泥、巖土、炸藥、水、空氣以及其它的固體、流體和氣體的材料模型和數據
結構動力學、快速流體流動、材料模型、沖擊、爆炸及沖擊波響應分析
從這幾年情況來看，ANSYS AUTODYN幾乎沒有更新，原來是有更長遠的打算。
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 顯式動力學分析十大要點 —— 第二部分
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. 創建一個具有相對均勻的單元尺寸分布的網格。模型中具有非常精細網格的位置會降低時間步長，這可能導致非常長的運行時間。圖1比較了隱式和顯式模型的優選網格。在高能動態分析中，由于應力波的運動和相互作用，峰值應力幾乎可以出現在任何地方，所以在顯式模型中，在圓角處有精細網格并不是那么關鍵。
圖1 隱式（左）優選網格和顯式優選網格（右）
一些網格劃分工具，如 ANSYS Workbench/LS-Dyna 中的虛擬拓撲和基于網格的簡化幾何，為通過幾何特征進行網格劃分提供了選項。這意味著網格不必與表面幾何的邊界完全一致。下面的圖2展示了一個例子，其中默認網格在左側幾何圖形中的細長面處包含非常小的單元。右下角相對均勻的網格要好得多，因為它允許更大的時間步長。
圖 2：默認網格和優選網格 —— 兩者均由包含細長面的幾何圖形創建
b. 盡可能使用六面體網格。四面體單元不僅會顯著增加模型大小，而且通常會大大降低時間步長。
8.應用初始條件、載荷和約束
a. 指定初始條件，如初始平動速度和轉動速度。
b. 平滑的載荷曲線（例如正弦曲線）將有助于防止沖擊。
c. 列出和 / 或繪制載荷以進行驗證。
d.
展開 
abaqus顯式動力學在煤層頂板垮落中的應用
abaqus中的顯式動力學不存在不存在收斂性問題。
所以，剪切損傷模型+DP塑性準則+顯式動力學=完美的煤層頂板仿真模擬。
模擬效果如下：
視頻連接：
仿真任務說明書：
計算任務描述：模擬在煤層巷道開挖后，煤層頂板的垮落情況。
仿真計算所采用的設備基本情況：華碩四核筆記本電腦，酷睿i5處理器，2G內存。
計算模型的處理技術：將實際的三維地質情況，假定為平面應變彈性力學問題；對煤層頂板的力學行為假定為彈性-DP塑性-剪切損傷。
計算機的耗時情況：5min。
仿真結果：在煤層巷道開挖后，煤層頂板可以完全垮落，放頂采煤效果100
活塞環用精密型材軋制成型顯式動力學有限元仿真
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。
ANSYS Workbench顯式動力學實例 | PVB玻璃的沖擊仿真
2
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
4
結論
碰撞沖擊后產生“震蕩”耗散能量。
每一層最大應力值都發生在碰撞瞬間。玻璃層應力值最大，PVB層應力值較小。
展開 Ls-dyna只能做顯式動力學分析嗎？ 附趙海鷗LS-DYNA動力分析指南下載
很多CAE工程師都了解Ls-dyna軟件，大部分工程師都用它來做碰撞、跌落等顯式動力學分析。很少人用Ls-dyna做隱式分析，這篇文章就為大家介紹Ls-dyna進行隱式分析的方法。
一、顯式算法和隱式算法
Ls-dyna顯式算法采用中心差分法進行時間積分，適合高頻非線性動力學響應分析，理論方程：
Ls-dyna隱式算法采用Newmark隱式時間積分，適合靜力學、低頻動力學及模態分析，理論方程：
二、如何使用隱式動力學關鍵字
（1）激活Ls-dyna隱式求解
使用*control_implicit_general關鍵字進行啟動，設置imflag=1即啟動了隱式求解，默認imflag=0即為顯式求解；imflag=2為顯式求解后無縫進行隱式求解，回彈分析中使用較多。
展開 