abaqus第九讲：显式动力学问题资料
Abaqus中显示动力学分析步骤
Abaqus中显示动力学分析步骤准静态分析——ABAQUS/Explicit准静态过程（guasi-static process）在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态，以致在任意选取的短时间dt内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程。
无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。
准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。
准静态原为一个热力学概念，在这里引用主要是指模型在加载的过程中任意时刻所经历的中间状态都可近似地视为静力状态，因此当加载过程进行得无限缓慢时，在各个时刻模型所处的状态就可近似地看作是静态，该过程便是准静态过程。
准静态啮合过程仿真主要考虑的是弧齿锥齿轮副在加载时的接触状态，以及齿面和齿根的应力变化规律，其前提是不考虑齿轮副惯性的影响。
ABAQUS/Explicit准静态分析显式求解方法是一种真正的动态求解过程，它的最初发展是为了模拟高速冲击问题，在这类问题的求解中惯性发挥了主导性作用。
当求解动力平衡的状态时，非平衡力以应力波的形式在相邻的单元之间传播。
由于最小稳定时间增量一般地是非常小的值，所以大多少问题需要大量的时间增量步。
在求解准静态问题上，显式求解方法已经证明是有价值的，另外ABAQUS/Explicit在求解某些类型的静态问题方面比ABAQUS/Standard更容易。
在求解复杂的接触问题时，显式过程相对于隐式过程的一个优势是更加容易。
此外，当模型很大时，显式过程比隐式过程需要较少的系统资源。
将显式动态过程应用于准静态问题需要一些特殊的考虑。
根据定义，由于一个静态求解是一个长时间的求解过程，所以在其固有的时间尺度上分析模拟常常在计算上是不切合实际的，它将需要大量的小的时间增量。
因此，为了获得较经济的解答，必须采取一些方式来加速问题的模拟。
但是带来的问题是随着问题的加速，静态平衡的状态卷入了动态平衡的状态，在这里惯性力成为更加起主导作用的力。
abaqus第九讲：显式动力学问题
u&&|(t) (M)1 (P I) |(t)
由于显式算法总是采用一个对角的、或者集中的质量矩阵，所以求解加速度并 不复杂，不必同时求解联立方程。任何节点的加速度是完全取决于节点质量和 作用在节点上的合力，使得节点计算的成本非常低。
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Innovating through simulation
对加速度在时间上进行积分采用中心差分方法，在计算速度的变化时假定加速度为
常数。应用这个速度的变化值加上前一个增量步中点的速度来确定当前增量步中点
的速度：
u&|
(t
t
)
u&|
(t
t
)
2
2
(t
|(tt) t 2
|(t) ) u&&|(t)
速度对时间的积分并加上在增量步开始时的位移以确定增量步结束时的位移：
ABAQUS/Explicit 选择尽可能接近而且不超过稳定极限的时间增量。
稳定极限的定义
稳定极限是依据系统的最高频率（ m a x）来定义的。无阻尼时稳定极限由下式定义：
显式动力学过程概述
u1
P
Fel1 M1
u1 u1old
u1dt
u2
Fel1 M2
u2
u2dt
el1
u2 l
u1
d el1
el1dt
el1 1 d el1 el1 E el1
第二个增量步开始时杆的构型
第三个增量步开始时杆的构型
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abaqus第九讲显式动力学问题
能量分析和吸收能量计算
能量分析：通过后处理计算模型在模拟过程中的总能量、内能和动能等 吸收能量计算：计算模型在受到外力作用时吸收的能量，用于评估结构的稳定性和安全性
损伤和破坏的评估
显示破坏模式和位置
计算破坏概率和损伤容限
案例分析：选取典型的碰撞和冲击问题，如汽车碰撞、冲击载荷等，分析其动力学特性 和求解方法 ABAQUS显式动力学分析：介绍如何使用ABAQUS进行显式动力学分析，包括模型建 立、材料属性设置、边界条件和载荷施加等
结果与讨论：展示分析结果，对结果进行解释和讨论，指出该方法的优缺点和适用范围
结构振动问题分析案例
爆炸和冲击波问题分析案例
模型建立：详细描述如何使 用Abaqus建立爆炸和冲击 波问题的模型
案例背景：介绍爆炸和冲击 波问题的应用场景和重要性
边界条件和载荷：说明在模 型中如何设置边界条件和施
加载荷
求解过程：解释显式动力学 分析的求解过程，包括时间
积分、迭代方法等
THANK YOU
汇报人：XX
载荷和约束条件的施加
定义边界条件和载荷类型 确定载荷和约束的施加位置和大小 考虑模型的初始条件和运动状态 验证模型的正确性和可靠性
初始条件的设置
定义全局初始条件
定义边界条件
定义模型初始条件 初始速度和温度的设置
abaqus显式动力学分析结果后 处理
应力、应变和位移的输出
应力：描述材 料在受力状态 下的内部抵抗
法。
它基于动力学 原理，通过求 解动力平衡方 程来获得结构 在动态载荷下
的响应。
显式动力学具 有较高的计算 效率和精度， 适用于模拟复 杂结构的动态
第九讲：显式动力学问题
数值不稳定性
在大多数情况下，ABAQUS／Explicit对于大多数单元保持了稳定性。但是，有可能需要定 义弹簧和减振器单元，这样它们在分析过程中变为不稳定的。因此，如果在你的分析过程中发 生了数值不稳定，能够认识到它是非常有用的。如果此情况真的发生了，结果通常是无界的、 动荡的和没有物理意义的。
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杆的初始构型，自由端有一个集中力P
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显式动力学过程概述
u 1 P el1 el1dt u u d el1 1 1 u 1dt M1 l
el1 0 d el1 el1 E el1
2 u 1 u el1dt d el1 l
el 1 1 d el 1 el 1 E el 1
第二个增量步开始时杆的构型
第三个增量步开始时杆的构型
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显式时间积分
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ABAQUS／Explicit的自动时间增量 ABAQUS／Explicit 在分析的过程中自动调整时间增量的大小，以使基于当前模型状态的
稳定极限永不越界。时间增量是自动的，不需用户干涉，甚至不需要建议初始的时间增量。 稳定极限是从数值模型得来的数学概念。因为有限元程序包含所有的相关细节，所以能够确 定出一个有效并且守的稳定极限。
稳定极限的定义
稳定极限是依据系统的最高频率（max）来定义的。无阻尼时稳定极限由下式定义：
t stable
abaqus显式动力学问题PPT学习教案
第6页/共14页
对加速度在时间上进行积分采用中心 差分方 法，在 计算速 度的变 化时假 定加速 度为常 数。应 用这个 速度的 变化值 加上前 一个增 量步中 点的速 度来确 定当前 增量步 中点的 速度：
速度对时间的积分并加上在增量步开 始时的 位移以 确定增 量步结 束时的 位移：
第9页/共14页
显式方法 的条件 稳定性
基于时间段开始时刻t的模型状态，应用显式方法求解，模型的状态通过时间的增量发生 变化。状态能够发生变化而且要保留对问题的精确描述，一般的时间增量非常短。如果时间 增量比最大的时间增量长，此时间增量就是所谓超出了稳定极限。超过稳定极限的可能后果 就是数值不稳定，会导致解答不收敛。一般不可能精确地确定稳定极限，而是采用保守的估 计值。稳定极限对可靠性和精确性有很大的影响，所以必须一致和保守地确定。为了计算的 有效性， 选择尽可能接近而且不超过稳定极限的时间增量。
在当前增量步开始时（t时刻），计算 加速度 为： 由于显式算法总是采用一个对角的、 或者集 中的质 量矩阵 ，所以 求解加 速度并 不复杂 ，不必 同时求 解联立 方程。 任何节 点的加 速度是 完全取 决于节 点质量 和作用 在节点 上的合 力，使 得节点 计算的 成本非 常低。
Mu = P - I
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显式动力 学求解 过程总 结：
1. 节点计算 a. 动力学平衡方程
b. 对时间显式积分
2. 单元计算 a. 根据应变速率 ，计算单元应变增量 b. 根据本构关系计算应力
c. 集成节点内力
3. 设置时间 t 为
，返回到步骤1。
u(t) (M)1 (P(t) I(t) )
u(t t ) 2
abaqus第九章 动力问题
第九章 动力问题如果只对结构加载荷后的长期响应感兴趣的话，静力分析就足够了。
然而，如果加载时间很短，例如地震；或者载荷性质为动态，例如来自旋转机械的荷载，这时就必须采用动力分析。
9.1 引言动态模拟是将惯性力包含在动力学平衡方程中：0=-+P I uM 其中 M 是结构的质量。
u是结构的加速度。
I 是结构中的内力。
P 是所施加的外力。
公式的表述无非是牛顿的第二运动定律（F=ma ）的表现。
动态分析和静态分析最主要的不同在于平衡方程中包含惯性力项（M u）。
两者的另一个不同之处在于内力I 的定义。
在静态分析中，内力仅由结构的变形引起；而动态分析中的内力包括运动（例如阻尼）和结构变形的共同贡献。
9.1.1 固有频率和模态最简单的动力问题是在弹簧上的质量振动，如图9-1所示。
图9–1质量－弹簧系统弹簧的内力为ku ，所以运动方程为muku P +-=0 这个质量弹簧系统的固有频率（单位是弧度/秒）为m k =ω如果质量块被移动后再释放，它将以这个频率振动。
假若以此频率施加一个动态外力，位移的幅度将剧烈增加－即所谓的共振现象。
实际的结构具有多个固有频率。
因此，在设计结构时避免使各固有频率与可能的荷载频率过分接近就很重要。
固有频率可以通过分析结构在无荷载（动力平衡方程中的）时的动态响应而得到。
此时，运动方程变为 M u I +=0 对于无阻尼系统，，则上式变为 M uKu +=0 这个方程解的形式为 t i e u ωφ=将此式代入到运动方程中便得到了特征值问题方程K M φλφ=其中λω=2。
该系统具有n 个特征值，此处n 是有限元模型的自由度数。
记j λ为第j 个特征值。
它的平方根j ω是结构的第j 阶固有频率，并且j φ是相应的第j 阶特征向量。
特征向量也就是所谓的模态（也称为振型），因为它是结构在第j 阶振型下的变形状态。
在ABAQUS 中，频率提取程序用来求解结构的振型和频率。
这个程序使用起来十分简单，只要给出所需振型的数目和所关心的最高频率即可。
Abaqus 中显示动力学分析步骤【精选文档】
准静态分析—-ABAQUS/Explicit准静态过程（guasi-static process）在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态,以致在任意选取的短时间dt内,状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程。
无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。
准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。
准静态原为一个热力学概念,在这里引用主要是指模型在加载的过程中任意时刻所经历的中间状态都可近似地视为静力状态，因此当加载过程进行得无限缓慢时，在各个时刻模型所处的状态就可近似地看作是静态，该过程便是准静态过程。
准静态啮合过程仿真主要考虑的是弧齿锥齿轮副在加载时的接触状态，以及齿面和齿根的应力变化规律，其前提是不考虑齿轮副惯性的影响.ABAQUS/Explicit准静态分析显式求解方法是一种真正的动态求解过程,它的最初发展是为了模拟高速冲击问题，在这类问题的求解中惯性发挥了主导性作用.当求解动力平衡的状态时，非平衡力以应力波的形式在相邻的单元之间传播。
由于最小稳定时间增量一般地是非常小的值，所以大多少问题需要大量的时间增量步。
在求解准静态问题上，显式求解方法已经证明是有价值的，另外ABAQUS/Explicit在求解某些类型的静态问题方面比ABAQUS/Standard更容易。
在求解复杂的接触问题时,显式过程相对于隐式过程的一个优势是更加容易.此外，当模型很大时，显式过程比隐式过程需要较少的系统资源。
将显式动态过程应用于准静态问题需要一些特殊的考虑。
根据定义，由于一个静态求解是一个长时间的求解过程,所以在其固有的时间尺度上分析模拟常常在计算上是不切合实际的，它将需要大量的小的时间增量。
因此，为了获得较经济的解答,必须采取一些方式来加速问题的模拟.但是带来的问题是随着问题的加速，静态平衡的状态卷入了动态平衡的状态,在这里惯性力成为更加起主导作用的力。
abaqus 显式动力学问题
速度对时间的积分并加上在增量步开始时的位移以确定增量步结束时的位移：
u|(t t)u|(t) t|(t t)u & |(t t) 2
这样，在增量步开始时提供了满足动力学平衡条件的加速度。得到了加速度，在时 间上“显式地”前推速度和位移。所谓“显式”是指在增量步结束时的状态仅依赖 于该增量步开始时的位移、速度和加速度。这种方法精确地积分常值的加速度。为 了使该方法产生精确的结果，时间增量必须相当小，这样在增量步中加速度几乎为 常数。由于时间增量步必须很小，一个典型的分析需要成千上万个增量步。幸运的 是，因为不必同时求解联立方程组，所以每一个增量步的计算成本很低。大部分的 计算成本消耗在单元的计算上，以此确定作用在节点上的单元内力。单元的计算包 括确定单元应变和应用材料本构关系（单元刚度）确定单元应力，从而进一步地计 算内力。
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显式时间积分方法的优越性
1. 显式方法特别适用于求解需要分成许多小的时间增量来达到高精度的 高速动力学时间，诸如冲击，碰撞，爆破问题等；
2. 2. 接触问题和其他一些极度非连续事件在显式方法中很容易表达清楚 并且能够一个节点一个节点地求解而不需要迭代。节点加速度能够用 来调整外力和内力在接触中的平衡；
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显式动力学过程概述
u 1M P 1 u 1u 1d t e1l lu 1 de1l e1d l t
e1l0de1le1lEe1l
ABAQUS/Explicit 的自动质量缩放功能可以保证这些单元不影响稳定极限。质量缩放采用
abaqus第九讲：显式动力学问题演示教学
显式时间积分方法的优越性
1. 显式方法特别适用于求解需要分成许多小的时间增量来达到高精度的 高速动力学时间，诸如冲击，碰撞，爆破问题等；
2. 2. 接触问题和其他一些极度非连续事件在显式方法中很容易表达清楚 并且能够一个节点一个节点地求解而不需要迭代。节点加速度能够用 来调整外力和内力在接触中的平衡；
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对加速度在时间上进行积分采用中心差分方法，在计算速度的变化时假定加速度为
常数。应用这个速度的变化值加上前一个增量步中点的速度来确定当前增量步中点
的速度：
u & |(tt)u & |(tt)
2
2
(t|(tt)2t|(t))u & & |(t)
ABAQUS/Explicit 选择尽可能接近而且不超过稳定极限的时间增量。
稳定极限的定义
稳定极限是依据系统的最高频率（ max ）来定义的。无阻尼时稳定极限由下式定义：
有阻尼时由下式定义：
tstable
2
max
tstab le 2 ( 1 2 ) max
是具有最高频率的模型的临界阻尼比(为了控制高频振动）
3. 3. 显式方法最显著的特性是没有整体切线刚度矩阵，而这是隐式方法 所必须的。因为模型的状态为显式求解，所以不需要迭代和收敛准则；
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显式方法的条件稳定性
基于时间段开始时刻t的模型状态，应用显式方法求解，模型的状态通过时间的增量发生变 化。状态能够发生变化而且要保留对问题的精确描述，一般的时间增量非常短。如果时间增量 比最大的时间增量长，此时间增量就是所谓超出了稳定极限。超过稳定极限的可能后果就是数 值不稳定，会导致解答不收敛。一般不可能精确地确定稳定极限，而是采用保守的估计值。稳 定极限对可靠性和精确性有很大的影响，所以必须一致和保守地确定。为了计算的有效性，
Abaqus中显示动力学分析步骤
准静态分析——ABAQUS/Explicit准静态过程（guasi-static process）在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态，以致在任意选取的短时间dt内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程。
无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。
准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。
准静态原为一个热力学概念，在这里引用主要是指模型在加载的过程中任意时刻所经历的中间状态都可近似地视为静力状态，因此当加载过程进行得无限缓慢时，在各个时刻模型所处的状态就可近似地看作是静态，该过程便是准静态过程。
准静态啮合过程仿真主要考虑的是弧齿锥齿轮副在加载时的接触状态，以及齿面和齿根的应力变化规律，其前提是不考虑齿轮副惯性的影响。
ABAQUS/Explicit准静态分析显式求解方法是一种真正的动态求解过程，它的最初发展是为了模拟高速冲击问题，在这类问题的求解中惯性发挥了主导性作用。
当求解动力平衡的状态时，非平衡力以应力波的形式在相邻的单元之间传播。
由于最小稳定时间增量一般地是非常小的值，所以大多少问题需要大量的时间增量步。
在求解准静态问题上，显式求解方法已经证明是有价值的，另外ABAQUS/Explicit在求解某些类型的静态问题方面比ABAQUS/Standard更容易。
在求解复杂的接触问题时，显式过程相对于隐式过程的一个优势是更加容易。
此外，当模型很大时，显式过程比隐式过程需要较少的系统资源。
将显式动态过程应用于准静态问题需要一些特殊的考虑。
根据定义，由于一个静态求解是一个长时间的求解过程，所以在其固有的时间尺度上分析模拟常常在计算上是不切合实际的，它将需要大量的小的时间增量。
因此，为了获得较经济的解答，必须采取一些方式来加速问题的模拟。
但是带来的问题是随着问题的加速，静态平衡的状态卷入了动态平衡的状态，在这里惯性力成为更加起主导作用的力。
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第二个增量步开始时杆的构型
第三个增量步开始时杆的构型
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显式时间积分
ABAQUS/Explicit应用中心差分方法对运动方程进行显示的时间积分，应用一个 增量步的动力学条件计算下一个增量步的动力学条件。在增量步开始时，程序 求解动力学平衡方程，表示为用节点质量矩阵M乘以节点加速度等于节点的合 力（在所施加的外力P与单元内力I之间的差值）：
第一个增量步结束时的构型
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显式动力学过程概述
u1
PFel1 M1
u1 u1old
u1dt
u2
Fel1 M2
u2
u2dt
e1lu 2 lu 1 de1l e1ld t
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显式动力学求解过程总结：
1. 节点计算 a. 动力学平衡方程
u & & (t)(M )1(P (t)I(t))
b. 对时间显式积分
u & (tt) 2
u & (tt) 2
(t(tt)2t(t))u & & t
abaqus第九讲显式动力学问题
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显式动力学过程概述
Abaqus中显示动力学分析步骤
准静态分析——ABAQUS/Explicit准静态过程（guasi-static process）在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态，以致在任意选取的短时间dt内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程。
无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。
准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。
准静态原为一个热力学概念，在这里引用主要是指模型在加载的过程中任意时刻所经历的中间状态都可近似地视为静力状态，因此当加载过程进行得无限缓慢时，在各个时刻模型所处的状态就可近似地看作是静态，该过程便是准静态过程。
准静态啮合过程仿真主要考虑的是弧齿锥齿轮副在加载时的接触状态，以及齿面和齿根的应力变化规律，其前提是不考虑齿轮副惯性的影响。
ABAQUS/Explicit准静态分析显式求解方法是一种真正的动态求解过程，它的最初发展是为了模拟高速冲击问题，在这类问题的求解中惯性发挥了主导性作用。
当求解动力平衡的状态时，非平衡力以应力波的形式在相邻的单元之间传播。
由于最小稳定时间增量一般地是非常小的值，所以大多少问题需要大量的时间增量步。
在求解准静态问题上，显式求解方法已经证明是有价值的，另外ABAQUS/Explicit在求解某些类型的静态问题方面比ABAQUS/Standard更容易。
在求解复杂的接触问题时，显式过程相对于隐式过程的一个优势是更加容易。
此外，当模型很大时，显式过程比隐式过程需要较少的系统资源。
将显式动态过程应用于准静态问题需要一些特殊的考虑。
根据定义，由于一个静态求解是一个长时间的求解过程，所以在其固有的时间尺度上分析模拟常常在计算上是不切合实际的，它将需要大量的小的时间增量。
因此，为了获得较经济的解答，必须采取一些方式来加速问题的模拟。
但是带来的问题是随着问题的加速，静态平衡的状态卷入了动态平衡的状态，在这里惯性力成为更加起主导作用的力。
(完整)abaqus系列教程-09显式非线性动态分析
9 显式非线性动态分析在前面的章节中，已经考察了显式动态程序的基本内容；在本章中，将对这个问题进行更详细的讨论。
显式动态程序对于求解广泛的、各种各样的非线性固体和结构力学问题是一种非常有效的工具。
它常常对隐式求解器是一个补充，如ABAQUS/Standard；从用户的观点来看，显式与隐式方法的区别在于：•显式方法需要很小的时间增量步，它仅依赖于模型的最高固有频率，而与载荷的类型和持续的时间无关。
通常的模拟需要取10,000至1,000,000个增量步，每个增量步的计算成本相对较低。
•隐式方法对时间增量步的大小没有内在的限制；增量的大小通常取决于精度和收敛情况。
典型的隐式模拟所采用的增量步数目要比显式模拟小几个数量级。
然而，由于在每个增量步中必须求解一套全域的方程组，所以对于每一增量步的成本，隐式方法远高于显式方法。
了解两个程序的这些特性，能够帮助你确定哪一种方法是更适合于你的问题。
9.1 ABAQUS/Explicit适用的问题类型在讨论显式动态程序如何工作之前，有必要了解ABAQUS/Explicit适合于求解哪些类问题。
贯穿这本手册，我们已经提供了贴切的例题，它们一般是应用ABAQUS/Explicit求解的如下类型问题：高速动力学（high-speed dynamic）事件最初发展显式动力学方法是为了分析那些用隐式方法（如ABAQUS/Standard）分析起来可能极端费时的高速动力学事件。
作为此类模拟的例子，在第10章“材料”中分析了一块钢板在短时爆炸载荷下的响应。
因为迅速施加的巨大载荷，结构的响应变化的非常快。
对于捕获动力响应，精确地跟踪板内的应力波是非常重要的。
由于应力波与系统的最高阶频率相关联，因此为了得到精确解答需要许多小的时间增量。
复杂的接触（contact）问题应用显式动力学方法建立接触条件的公式要比应用隐式方法容易得多。
结论是ABAQUS/Explicit能够比较容易地分析包括许多独立物体相互作用的复杂接触问题。
(完整)abaqus系列教程-09显式非线性动态分析
9 显式非线性动态分析在前面的章节中，已经考察了显式动态程序的基本内容；在本章中，将对这个问题进行更详细的讨论。
显式动态程序对于求解广泛的、各种各样的非线性固体和结构力学问题是一种非常有效的工具。
它常常对隐式求解器是一个补充，如ABAQUS/Standard；从用户的观点来看，显式与隐式方法的区别在于：•显式方法需要很小的时间增量步，它仅依赖于模型的最高固有频率，而与载荷的类型和持续的时间无关。
通常的模拟需要取10,000至1,000,000个增量步，每个增量步的计算成本相对较低。
•隐式方法对时间增量步的大小没有内在的限制；增量的大小通常取决于精度和收敛情况。
典型的隐式模拟所采用的增量步数目要比显式模拟小几个数量级。
然而，由于在每个增量步中必须求解一套全域的方程组，所以对于每一增量步的成本，隐式方法远高于显式方法。
了解两个程序的这些特性，能够帮助你确定哪一种方法是更适合于你的问题。
9.1 ABAQUS/Explicit适用的问题类型在讨论显式动态程序如何工作之前，有必要了解ABAQUS/Explicit适合于求解哪些类问题。
贯穿这本手册，我们已经提供了贴切的例题，它们一般是应用ABAQUS/Explicit求解的如下类型问题：高速动力学（high-speed dynamic）事件最初发展显式动力学方法是为了分析那些用隐式方法（如ABAQUS/Standard）分析起来可能极端费时的高速动力学事件。
作为此类模拟的例子，在第10章“材料”中分析了一块钢板在短时爆炸载荷下的响应。
因为迅速施加的巨大载荷，结构的响应变化的非常快。
对于捕获动力响应，精确地跟踪板内的应力波是非常重要的。
由于应力波与系统的最高阶频率相关联，因此为了得到精确解答需要许多小的时间增量。
复杂的接触（contact）问题应用显式动力学方法建立接触条件的公式要比应用隐式方法容易得多。
结论是ABAQUS/Explicit能够比较容易地分析包括许多独立物体相互作用的复杂接触问题。
Abaqus-中显示动力学分析步骤
Abaqus-中显示动力学分析步骤Abaqus-中显示动力学分析步骤准静态分析——ABAQUS/Explicit准静态过程（guasi-static process）在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态，以致在任意选取的短时间dt内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程。
无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。
准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。
准静态原为一个热力学概念，在这里引用主要是指模型在加载的过程中任意时刻所经历的中间状态都可近似地视为静力状态，因此当加载过程进行得无限缓慢时，在各个时刻模型所处的状态就可近似地看作是静态，该过程便是准静态过程。
准静态啮合过程仿真主要考虑的是弧齿锥齿轮副在加载时的接触状态，以及齿面和齿根的应力变化规律，其前提是不考虑齿轮副惯性的影响。
ABAQUS/Explicit准静态分析显式求解方法是一种真正的动态求解过程，它的最初发展是为了模拟高速冲击问题，在这类问题的求解中惯性发挥了主导性作用。
当求解动力平衡的状态时，非平衡力以应力波的形式在相邻的单元之间传播。
由于最小稳定时间增量一般地是非常小的值，所以大多少问题需要大量的时间增量步。
在求解准静态问题上，显式求解方法已经证明是有价值的，另外ABAQUS/Explicit在求解某些类型的静态问题方面比ABAQUS/Standard更容易。
在求解复杂的接触问题时，显式过程相对于隐式过程的一个优势是更加容易。
此外，当模型很大时，显式过程比隐式过程需要较少的系统资源。
将显式动态过程应用于准静态问题需要一些特殊的考虑。
根据定义，由于一个静态求解是一个长时间的求解过程，所以在其固有的时间尺度上分析模拟常常在计算上是不切合实际的，它将需要大量的小的时间增量。
因此，为了获得较经济的解答，必须采取一些方式来加速问题的模拟。
但是带来的问题是随着问题的加速，静态平衡的状态卷入了动态平衡的状态，在这里惯性力成为更加起主导作用的力。
Abaqus中显示动力学分析步骤
准静态分析——ABAQUS/Explicit准静态过程（guasi-static process）在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态，以致在任意选取的短时间dt内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程。
无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。
准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。
准静态原为一个热力学概念，在这里引用主要是指模型在加载的过程中任意时刻所经历的中间状态都可近似地视为静力状态，因此当加载过程进行得无限缓慢时，在各个时刻模型所处的状态就可近似地看作是静态，该过程便是准静态过程。
准静态啮合过程仿真主要考虑的是弧齿锥齿轮副在加载时的接触状态，以及齿面和齿根的应力变化规律，其前提是不考虑齿轮副惯性的影响。
ABAQUS/Explicit准静态分析显式求解方法是一种真正的动态求解过程，它的最初发展是为了模拟高速冲击问题，在这类问题的求解中惯性发挥了主导性作用。
当求解动力平衡的状态时，非平衡力以应力波的形式在相邻的单元之间传播。
由于最小稳定时间增量一般地是非常小的值，所以大多少问题需要大量的时间增量步。
在求解准静态问题上，显式求解方法已经证明是有价值的，另外ABAQUS/Explicit在求解某些类型的静态问题方面比ABAQUS/Standard更容易。
在求解复杂的接触问题时，显式过程相对于隐式过程的一个优势是更加容易。
此外，当模型很大时，显式过程比隐式过程需要较少的系统资源。
将显式动态过程应用于准静态问题需要一些特殊的考虑。
根据定义，由于一个静态求解是一个长时间的求解过程，所以在其固有的时间尺度上分析模拟常常在计算上是不切合实际的，它将需要大量的小的时间增量。
因此，为了获得较经济的解答，必须采取一些方式来加速问题的模拟。
但是带来的问题是随着问题的加速，静态平衡的状态卷入了动态平衡的状态，在这里惯性力成为更加起主导作用的力。
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稳定极限的定义
稳定极限是依据系统的最高频率（ max ）来定义的。无阻尼时稳定极限由下式定义：
有阻尼时由下式定义：
tstable
2
max
tstab le 2 ( 1 2 ) max
是具有最频率的模型的临界阻尼比(为了控制高频振动）
a. 根据应变速率 ，计算单元应变增量d
b. 根据本构关系计算应力
(tt) f((t),d)
c. 集成节点内力 I ( t t )
3. 设置时间 t 为 t t ，返回到步骤1。
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显式时间积分方法的优越性
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显式动力学过程概述
u 1M P 1 u 1u 1d te1llu 1 de1le1d l t
e1l0de1le1lEe1l
第一个增量步结束时的构型
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1. 显式方法特别适用于求解需要分成许多小的时间增量来达到高精度的 高速动力学时间，诸如冲击，碰撞，爆破问题等；
2. 2. 接触问题和其他一些极度非连续事件在显式方法中很容易表达清楚 并且能够一个节点一个节点地求解而不需要迭代。节点加速度能够用 来调整外力和内力在接触中的平衡；
3. 3. 显式方法最显著的特性是没有整体切线刚度矩阵，而这是隐式方法 所必须的。因为模型的状态为显式求解，所以不需要迭代和收敛准则；
abaqus第九讲：显式动力学问 题
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显式动力学过程概述
• 显式动力学求解器与隐式求解器，比如ABAQUS/Standard，是互为补充的。 从用户的角度出发，隐式与显式方法显著的区别为： 显式方法需要小的时间增量。 • 只与模型的最高自然频率相关。 • 与载荷类型和载荷持续时间无关。 • 一般的，增量步的数量级为10,000到1,000,000个增量，但是每个增 量步内的计算费用相对较小。
对加速度在时间上进行积分采用中心差分方法，在计算速度的变化时假定加速度为
常数。应用这个速度的变化值加上前一个增量步中点的速度来确定当前增量步中点
的速度：
u|(tt)u|(tt)
2
2
(t|(tt)2t|(t))u|(t)
速度对时间的积分并加上在增量步开始时的位移以确定增量步结束时的位移：
u|(tt)u|(t) t|(tt)u|(tt) 2
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显式动力学过程概述
• 应力波的传播
应力波传播的例子说明了显式 动力学方法的求解过程：没 有迭代，或求解线性方程组。
考虑应力波沿着三个杆单元传 播问题。在时间增加的过程 中，研究杆的状态。
• 质量被集中到节点。
杆的初始构型，自由端有一个集中力P
u|(t)(M )1(PI)|(t)
由于显式算法总是采用一个对角的、或者集中的质量矩阵，所以求解加速度并 不复杂，不必同时求解联立方程。任何节点的加速度是完全取决于节点质量和 作用在节点上的合力，使得节点计算的成本非常低。
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这样，在增量步开始时提供了满足动力学平衡条件的加速度。得到了加速度，在时 间上“显式地”前推速度和位移。所谓“显式”是指在增量步结束时的状态仅依赖 于该增量步开始时的位移、速度和加速度。这种方法精确地积分常值的加速度。为 了使该方法产生精确的结果，时间增量必须相当小，这样在增量步中加速度几乎为 常数。由于时间增量步必须很小，一个典型的分析需要成千上万个增量步。幸运的 是，因为不必同时求解联立方程组，所以每一个增量步的计算成本很低。大部分的 计算成本消耗在单元的计算上，以此确定作用在节点上的单元内力。单元的计算包 括确定单元应变和应用材料本构关系（单元刚度）确定单元应力，从而进一步地计 算内力。
显式动力学过程概述
u1
PFel1 M1
u1
u1old
u1dt
u2
Fel1 M2
u2
u2dt
e1lu 2 lu 1 de1l e1ldt
el1 1del1 el1 Eel1
第二个增量步开始时杆的构型
第三个增量步开始时杆的构型
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显式动力学求解过程总结：
1. 节点计算 a. 动力学平衡方程
u(t) (M)1(P(t) I(t))
b. 对时间显式积分
u(tt) 2
u(tt) 2
(t(tt)2t(t))ut
2. 单元计算
u(tt) u(t) t(tt)u(tt) 2
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显式方法的条件稳定性
基于时间段开始时刻t的模型状态，应用显式方法求解，模型的状态通过时间的增量发生变 化。状态能够发生变化而且要保留对问题的精确描述，一般的时间增量非常短。如果时间增量 比最大的时间增量长，此时间增量就是所谓超出了稳定极限。超过稳定极限的可能后果就是数 值不稳定，会导致解答不收敛。一般不可能精确地确定稳定极限，而是采用保守的估计值。稳 定极限对可靠性和精确性有很大的影响，所以必须一致和保守地确定。为了计算的有效性，
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显式时间积分
ABAQUS/Explicit应用中心差分方法对运动方程进行显示的时间积分，应用一个 增量步的动力学条件计算下一个增量步的动力学条件。在增量步开始时，程序 求解动力学平衡方程，表示为用节点质量矩阵M乘以节点加速度等于节点的合 力（在所施加的外力P与单元内力I之间的差值）：
Mu=P-I
在当前增量步开始时（t时刻），计算加速度为：