ABAQUS中Standard分析模块和Explicit分析模块的区别比较及选择

ABAQUS中Standard分析模块和Explicit分析模块的区别比较及选择

1、ABAQUS各模块介绍

ABAQUS有两个主要的分析模块：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。其中ABAQUS/Standard 还有两个特殊用途的附加分析模块：ABAQUS/Aqua和ABAQUS/Design。另外，还有ABAQUS分别与ADAMS/Flex，C-MOLD和Mold flow的接口模块：ABAQUS/ADAMS，ABAQUS/C-MOLD和ABAQUS/ MOLDFLOW。ABAQUS/CAE是完全的ABAQUS工作环境模块，它包括了ABAQUS模型的构造，交互式提交作业、监控作业过程以及评价结果的能力。ABAQUS/Viewer是ABAQUS/CAE的子集，它具有后处理功能。

ABAQUS/Standard是一个通用分析模块，它能够求解领域广泛的线性和非线性问题，包括静力、动力、热和电问题的响应等。

ABAQUS/Explicit是用于特殊目的分析模块，它采用显式动力有限元列式，适用于像冲击和爆炸这类短暂，瞬时的动态事件，对加工成形过程中改变接触条件的这类高度非线性问题也非常有效。两个分析模块的ABAQUS/CAE界面是一样的，两个模块的输出也是类似的，不论哪个模块都可以采用可视化图形进行后处理。

ABAQUS/CAE（Complete ABAQUS Environment）是ABAQUS的交互式图形环境，用它可方便而快捷地构造模型，只需生成或输入要分析结构的几何形状，并把它分解为便十网格化的若干区域。并对几何体赋十物理和材料特性、荷载以及边界条件。ABAQUS/CAE具有对几何体划分网格的强大功能，并可检验所形成的分析模型。一旦模型生成，ABAQUS/CAE可提交并监控要分析的作业，可视化模块就可用来显式结果。

2、ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比较

ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit都具有解决广泛的各种类型问题的能力。对于一个给定的间题，隐式和显式算法的特点决定了采用哪一种算法更适合。对于采用任何算法都可以解决的间题，求解间题的效率可能决定了采用哪种产品。下表列出了两者之间的主要区别。

此外，两者的区别还包括：

1）ABAQUS/Standard

没有稳定时间增量的限制：完成指定分析，一般需要较少的时间增量；

因为每个增量步都需要求解线性方程组，所以每个增量步的费用非常昂贵；

适合于模拟与模型的振动频率相比研究响应周期较长的问题；

由于时间增量的限制，使用显式动力学求解效率很低；

用于具有适度非线性的问题，其中非线性是平滑的（比如，塑性）；

如果是平滑的非线性响应，Abaqus/Standard需要较少次数的迭代找到收敛解。

2）ABAQUS/Explicit

有稳定时间增量的限制：完成指定分析，一般需要较多的时间增量；

因为不需要求解线性方程组，所以每个增量步的费用较低；

所有的计算费用与单元计算相关；

适合于模拟高速动力学问题；

需要较少的时间增量，隐式动力学效率较低；

对于包含不连续的非线性问题，一般更加可靠；

接触行为是不连续的，并且包含碰撞，对于隐式时间积分，接触和碰撞将产生求解问题；

其它不连续行为包括屈曲和材料失效。

3、隐式（Standard）或者显式（Explicit）方法的选择

隐式或者显式方法之间的选择，很大程度上依赖于问题的性质。

对于许多分析，应该选择ABAQUS/Standard还是ABAQUS/Explicit是比较明显的。例如，对于求解光滑的非线性问题，ABAQUS/Standard更有效；另一方面，对于波的传播分析，应该明确地选择ABAQUS/Explicit，然而，有一些静态或准静态问题，应用任何程序都能很好地进行模拟。特别地，有些问题一般是使用ABAQUS/Standard进行求解的，但是由于接触或者材料的复杂性，可能难以收敛，从而导致大量的迭代。由于每次迭代都需要求解由大量线性方程组成的方程组，所以这些使用ABAQUS/Standard 的分析，其代价是相当大的。

ABAQUS/Standard必须进行通过迭代确定非线性问题的解答，而ABAQUS/Explicit通过由前一增量步的数据显式地前推动力学状态，确定解答无须进行迭代。应用显式方法，即便对于一个给定的可能需要大量时间增量步的分析，如果同样的分析应用ABAQUS/Standard需要大量的迭代，那么应用

ABAQUS/Explicit进行分析可能是更为有效的。

对于同样的模拟，ABAQUS/Explicit的另一个优点是它需要的磁盘空间和内存远远小于

ABAQUS/Standard。对于需要比较两个程序计算成本的问题，能节省大量的磁盘空间和内存使得ABAQUS/Explicit更具有吸引力。

从在隐式和显式分析中网格加密的成本角度来看，使用显式方法，机时消耗与单元数量成正比，并且大致与最小单元的尺寸成反比。由于增加了单元的数量和减小了最小单元的尺寸，因此网格细划增加了

计算成本。对于显式方法，可以很直接地预测随着网格细划带来的成本增加，而当采用隐式方法时，预测成本是非常困难的。困难来自于在单元连接和求解成本之间的关系，而在显式方法中不存在这种关系。应用隐式方法，经验表明对于许多间题的计算成本大致与自由度数目的平方成正比。所以，只要网格是相对均匀的，随着模型尺寸的增长，显式方法表明比隐式法节省了大量的计算成本，也就是说在尺寸较小时，隐式方法的计算成本更小，而随着尺寸增大到一定值后，显式方法的计算成本反而更小。

4、一般的适用范围（待补充）

隐式方法（standard）

适合于模拟与振型的振动频率相比研究响应周期较长的问题；

用于具有适度非线性问题，其中非线性是平滑的；

显式方法（explicit）

模拟高速动力学问题，需要较少的时间增量；

适合求解冲击，穿透等高度非线性动力响应问题；

对于包含不连续的非线性问题，一般效率高；