ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第11章-显式动力学分析

第11章 显式动力学分析
自
带有
学的分析方法。

★ 了解显式动力学分析。

11.1 显式动力学分析概述
显式算法主要用于高速碰撞及冲压成型过程的仿真，其在这方面的应用效果已超过隐式算法。

11.1.1 显式算法与隐式算法的区别
1．显式算法
动态显式算法是采用动力学方程的一些差分格式（如中心差分法、线性加速度法、Newmark 法和Wilson法等），该算法不用直接求解切线刚度，也不需要进行平衡迭代，计算速度较快，当时间步长足够小时，一般不存在收敛性问题。

动态显式算法需要的内存也比隐式算法要少，同时数值计算过程可以很容易地进行并行计算，程序编制也相对简单。

显式算法要求质量矩阵为对角矩阵，而且只有在单元级计算尽可能少时，速度优势才能发挥，因而往往采用减缩积分方法，但容易激发沙漏模式，影响应力和应变的计算精度。

2．隐式算法
在隐式算法中，每一增量步内都需要对静态平衡方程进行迭代求解，并且每次迭代都需要求解大型的线性方程组，这一过程需要占用相当数量的计算资源、磁盘空间和内存。

该算法中的增量步可以比较大，至少可以比显式算法大得多，但是实际运算中还要受到迭代次数及非线性程度的限制，所以需要取一个合理值。

第11章显式动力学分析在ANSYS中，显式动力学包括ANSYS Explicit STR、ANSYS AUTODYN 及ANSYS
LS-DYNA 3个模块。

1．ANSYS Explicit STR
ANSYS Explicit STR是基于ANSYS Workbench仿真平台环境的结构高度非线性显式动力学分析软件，可以求解二维、三维结构的跌落、碰撞、材料成型等非线性动力学问题，该软件功能成熟、齐全，可用于求解涉及材料非线性、几何非线性、接触非线性的各类动力学问题。

2．ANSYS AUTODYN
AUTODYN用来解决固体、流体、气体及其相互作用的高度非线性动力学问题。

AUTODYN 已完全集成在ANSYS Workbench中，可充分利用ANSYS Workbench的双向CAD接口、参数化建模以及方便实用的网格划分技术，还具有自身独特的前、后处理和分析模块。

3．ANSYS LS-DYNA
ANSYS LS-DYNA是世界上最著名的通用显式非线性有限元分析程序，能模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的碰撞、金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。

其在工程应用领域被广泛认可，并成为最佳的软件分析包。

11.2 显式动力学分析流程
在ANSYS Workbench左侧工具箱中
Analysis Systems下的Explicit Dynamics上按住
鼠标左键拖动到项目管理区中，即可创建显式
动力学分析项目，如图11-1所示。

进入Mechanical后，选中分析树中的
Analysis Settings即可进行分析参数的设置，如
图11-2所示。

在Mechanical模块下，显式动力学分析的
步骤包括：
建立有限元模型，设置材料特性。

定义接触区域。

定义网格控制并划分网格。

施加载荷和边界条件。

定义分析类型。

设置求解选项。

图11-1 创建显式动力学分析项目。