準靜態
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準靜態的視頻教程
【ABAQUS】隱式與顯式分析（落錘試驗、準靜態分析）
【ABAQUS】隱式與顯式分析（落錘試驗、準靜態分析） ? ? ? ?本課程是本人即將推出的?“ABAQUS 結構工程分析專題教程”?中的其中一個收費專題。（歡迎點擊“試看”，貨比三家，本課程性價比絕對高） 【課程概要】 ? ? ? ?較為簡潔清晰地厘清ABAQUS中隱式求解法（指隱式靜力學）與顯式求解法的基本原理和區別，并介紹了與之相關的準靜態分析方法。
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準靜態的實例教程
1、準靜態過程：
準靜態過程是這樣的過程，在過程中任意時刻，系統都無限地接近平衡態，因而任何時刻系統的狀態都可以當平衡態處理。也就是說，準靜態過程是由一系列依次接替的平衡態所組成的過程。這個概念起源于熱力學。這是一個理想的過程，實際上是辦不到的。
2、ABAQUS/Explicit準靜態分析：
在求解準靜態問題上，顯式求解方法已經證明是有價值的，另外ABAQUS/Explicit在求解某些類型的靜態問題方面比ABAQUS/Standard更容易。在求解復雜的接觸問題時，顯式過程相對于隱式過程的一個優勢是更加容易。此外，當模型很大時，顯式過程比隱式過程需要較少的系統資源。
將顯式動態過程應用于準靜態問題需要一些特殊的考慮。根據定義，由于一個靜態求解是一個長時間的求解過程，所以在其固有的時間尺度上分析模擬常常在計算上是不切合實際的，它將耗費大量的時間和計算資源。因此，為了獲得較經濟的解答，必須采取一些方式來加速問題的模擬。但是帶來的問題是隨著問題的加速，靜態平衡的狀態卷入了動態平衡的狀態，在這里慣性力成為更加起主導作用的。我們的目標是在保持慣性力產生不顯著影響的前提下，用最短的時間進行模擬。
3、分析方法：
用提高加載速率的方法來加快準靜態分析的速度是較簡單的一種方法，對于準確和高效的準靜態分析，要求施加的載荷盡可能的光滑。突然、急促的運動會產生應力波，它將導致振蕩或不準確的結果。以可能最光滑的方式施加載荷要求加速度從一個增量步到下一個增量步只能改變一個小量。如果加速度是光滑的，隨其變化的速度和位移也是光滑的。所以我們使用ABAQUS自帶的光滑幅值曲線（smooth step）定義加載位移。
展開 準靜態分析、動態分析和瞬態分析是工程領域中常用的三種分析方法，它們在研究物體受力響應時有不同的應用場景。
1. 準靜態分析
準靜態分析是一種在結構工程領域常用的數值仿真方法，主要用于分析結構在靜態或者準靜態加載條件下的行為。
準靜態分析是一種動態分析的特例，它考慮了時間，但是假設系統的響應相對緩慢，可以在一定時間范圍內近似為靜態問題。結構響應是相對較慢加載下的位移和應力分布。
在準靜態分析中，我們假設加載作用在結構上的時間相對較長，因此結構的響應可以近似為靜態狀態。這意味著在分析過程中，我們不考慮加載的瞬時效應和動態響應，而只關注結構在加載下的靜態變形和應力分布。
準靜態分析的基本概念包括：
1）靜態平衡：
在準靜態分析中，結構被認為處于靜態平衡狀態。這意味著所有受力和受力點的力矩都平衡，從而結構不會運動或旋轉。在這種情況下，結構內部的應力和變形可以通過解靜力學方程得到。
2）加載時間相對較長：
準靜態分析假設結構在加載下的響應相對緩慢，即加載時間相對較長。這種假設使得我們可以忽略瞬時加載引起的慣性效應和動態效應，集中精力分析結構在穩定加載條件下的響應。
3）不考慮加速度效應：
與動態分析不同，準靜態分析不考慮結構加速度和相關效應。這樣簡化的假設使得分析問題的復雜度大大降低，適用于很多實際工程問題。
4）時間因素的忽略：
在準靜態分析中，時間被認為是一個常數，不是一個變量。這就意味著分析是基于結構的幾何和材料屬性，而不是隨時間變化的。這樣，我們可以將時間因素從分析中剝離出來，使得問題更容易處理。
5）適用范圍：
準靜態分析通常適用于那些加載速度相對較慢，可以近似為靜態的結構問題。例如，建筑物的靜力分析、一般機械零部件的穩定性分析等都可以使用準靜態分析方法。
2.
展開 從這個方程中可以看出，當系統的動能不超過內能的一個小的比例時（5%—10%）就可以簡單的認為是一個準靜態響應。如果模擬的結果發現動能占的比例太大，一般的作法是將加大加載時間，也可以利用質量放大技術。
準靜態拉伸
1. 如何判斷一個過程是準靜態過程，通常通過不同模型的能量響應。
在abaqus/Explicit 中，有如下能量平衡方程
EI為內能（彈性應變能，塑性耗散能，蠕變或粘彈性耗散能，為應變能，如殼單元或者梁單元的橫向剪切應變儲存的能量）
Ev是粘性耗散能，（阻尼過程做功）
EFD是摩擦耗散能
EKE是動能，
EIHE是內部熱能
EW是外載做的外力功
EPW是由于接觸懲罰
ECW是由于約束懲罰
EMW質量縮放做功
EHF是通過外部通量產生的外部熱能
能量之間可以轉換，但是總量應該是一個常數，這就是能量平衡原理。
2. 單軸拉伸實例說明
圖1 單軸拉伸示意圖
如圖1是一個單軸拉伸示意圖，我們通過質量縮放，縮小自然時間等手段可以對計算進行加速。但是如果加載過快，就會導致速度過大。質量縮放不合理，就會導致質量過大，這兩個選項共同影響動能，如果動能在這個過程中占比超過內能的5%，那我們認為這個就不是準靜態過程。需要調整參數，重新加載。
如果輸出該過程的能量歷史，曲線應該是這樣的。
如果加載過程中，除了要研究的物體，還有施加約束或者剛體，不是我們要研究的主體，但是能量歷史輸出的是整個模型的能量，這時候就要減去剛體部分的動能。分析主體的能量中的動能占比。
圖3 gyroid壓縮過程
如圖3所示，加了兩塊剛體進行加載。那么首先要在歷史輸出中定義壓板的能量輸出，之后再用總的動能減去剛體動能，得到極小曲面的動能。進而來判斷是否滿足準靜態過程。
沒有減去剛體部分動能時，得到的能量曲線是不合理的，如下圖4所示，所以要減去剛體的動能。
圖4 動能與內能曲線
展開 Dyna準靜態擠壓分析 ￥10
關鍵字
*MAT_RIGID
*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID
*DEFINE_CURVE_SMOOTH
*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_ID
*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE_ID
*CONTACT_TIED_SHELL_EDGE_TO_SURFACE_ID
光滑曲線加載
計算結果動畫
能量曲線
如何確定準靜態分析合理的計算時間？
先計算箱體模態，1階模態頻率為76.8Hz，對應的時間周期為0.013s，考慮到加載到150mm停止后的時間，取0.015s作為1倍周期時間。
分別取1倍，10倍，50倍周期時間作為計算時間，結果如下圖：
藍色曲線為擠壓力曲線，紅色曲線為剛性墻反力曲線。
對比3種計算時間下的擠壓力曲線：
對于準靜態分析，10倍周期以上的計算時間能得到相對準確的結果。1倍周期的計算時間得到的結果帶有明顯的動態效應。
附件為K文件：
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其電磁本質是準靜態場耦合，波長遠超電路尺寸，全波工具不再適合。為此引入電磁特征化仿真方法，從電路視角重構該電磁特征：構建耦合回路模型，揭示噪聲的耦合路徑。從而在設計階段預測與管控噪聲，提升系統在強噪聲環境下的魯棒性。
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動態松弛法 (Dynamic Relaxation)：采用 Madenci 專著中的動態松弛策略，確保靜力學問題的準靜態求解穩定性。可視化后處理：內置 3D 散點云圖顯示、實時能量曲線監控（Energy Balance Check），數據可靠性高。
程序采用經典的動態松弛算法（Dynamic Relaxation），將動力學方程轉化為解決準靜態問題的工具，模擬二維材料在單軸壓縮載荷下的響應及裂紋擴展過程。
準靜態模擬方案：利用動態松弛代碼，通過人為阻尼迭代，穩定求解準靜態單軸壓縮過程。
預制裂隙建模：代碼內置預制裂隙邏輯，用戶可根據需求自定義裂隙的位置、角度和長度，觀察裂隙對材料強度的影響。
核心要點與選擇建議
準靜態分析首選：對于像圓柱體鐓粗這樣的準靜態成型過程，STIFFNESS（純剛度） 或 ENHANCED（增強應變） 是更合適的選擇，因為它們能提供穩定的、非速率依賴性的阻力。案例研究表明，在此類問題上， STIFFNESS 控制能以較低的成本獲得與細網格默認設置相近的力-位移結果。
? 顯式 + 隱式雙引擎，動靜兼修：以顯式動力學為核心，高效處理碰撞、沖擊、跌落等毫秒級瞬態問題；同步支持隱式分析，覆蓋準靜態、疲勞、熱 - 結構耦合等場景，實現 “一次建模、多工況求解”。
4.3 載荷設置
側碰載荷按照法規要求施加：
加載位置：車門防撞梁中心偏前50mm處
加載方式：剛性圓柱壓頭，位移加載
加載位移：200mm
加載速度：5mm/s（準靜態）
操作步驟：
創建剛性壓頭幾何：使用“幾何” → “創建圓柱”，直徑150mm，長度300mm
對剛性壓頭劃分粗網格
其測試邏輯可概括為兩步：
第一步，通過標準化的落錘沖擊或準靜態壓痕方法，在復合材料層合板試樣上引入可控、可重復的損傷，模擬實際使用中可能遇到的沖擊場景；
第二步，將已產生損傷的試樣固定在專用支撐夾具中，進行壓縮試驗直至失效，最終測定其壓縮殘余強度，以此判斷材料在受損后的結構可靠性。
一期一會 | 什么是顯式動力學？6個月前
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。
支持非靜態充電： 針對某些待機或低功耗移動狀態下的補電需求，魯渝能源可提供動態或準靜態無線充電方案，進一步拓展機器人的工作邊界。
3. 解放自主性： 機器人只需在程序設定中規劃好經過充電點的路徑，即可在任務間隙自主完成能量補給，實現7x24小時不間斷作業的可能，真正釋放其自主潛能。
下面給出了兩幅利用該方法進行的準靜態、動態算例：
并且可以依據該算法進行近場動力學多場耦合程序的編寫，因為對偶域只是一種處理近場動力學加密算法的思路，因此其擴展思路非常廣泛。作者本人目前已經實現了鍵基、常規態基、非常規態基“對偶域”代碼的編寫，以及對應的準靜態和動態算例，且包含了有損傷和無損傷程序的編寫。
