仿真每日一練 | ABAQUS動力學(xué)直接積分法

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導(dǎo)讀
ABAQUS中的動力學(xué)求解有兩種方法,一種是適用于線性問題的模態(tài)分析法或振型疊加法,相關(guān)概念可參考機(jī)械動力學(xué)等書籍。還有一種是適用于非線性問題的積分法。而積分法又分為隱式積分和顯式積分法,下面將針對這兩種方法在求解算法、求解設(shè)置、適用問題上的區(qū)別給大家做簡介,希望能夠解決一些困惑。
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隱式積分方法
隱式算法即指求解當(dāng)前增量步需要使用增量步結(jié)束的狀態(tài),具有耦合關(guān)系,線性問題會進(jìn)行矩陣求逆,非線性情況下需要使用迭代法求解非線性方程組,耗費(fèi)資源巨大。會經(jīng)常出現(xiàn)不收斂問題。在求解設(shè)置上,包含兩種設(shè)置增量步長的方法:
1自動時(shí)間步
采用半步殘差法確定自動時(shí)間增量步長,需設(shè)置初始步長、最小步長和最大增量步數(shù),軟件根據(jù)半步殘差力或稱不平衡力自行進(jìn)行調(diào)整。關(guān)于殘差力的概念可類比與前面介紹過的內(nèi)力與外力的差值,當(dāng)其足夠小,視為問題有穩(wěn)定解答。
2 固定時(shí)間步
直接給出固定的時(shí)間增量步長,若在保證精度下,因取消半步殘差計(jì)算可節(jié)省計(jì)算成本。
適用問題:瞬態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)問題。對于瞬態(tài)問題使用HHT積分,對于準(zhǔn)靜態(tài)使用向后歐拉算法。

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顯式積分方法
顯式積分方法使用的是中點(diǎn)插值的辦法,又稱中心差分法,這里可能會有人將中心差分法與有限差分法混淆。有限差分法在前面連載的彈性力學(xué)有限元理論中已有涉及,是作為有限單元法平行的解決常見力學(xué)、運(yùn)動學(xué)問題的方法。而無論是隱式積分算法還是顯式積分算法求解的都是動力學(xué)矩陣方程屬于有限單元法范疇內(nèi)。
根據(jù)平衡條件(隱式動力學(xué)同樣滿足):

求解加速度后可直接使用中心差分法得到速度并積分得到位移,由于是對時(shí)間差分,因此必須保證時(shí)間增量步夠小,才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。顯示計(jì)算中的增量一般很多,但無需求解方程組,不意味著計(jì)算量很大。因此若是求解非線性動力學(xué)時(shí)可優(yōu)先考慮顯式。
在求解設(shè)置上,同樣包含兩種設(shè)置增量步長的方法:固定時(shí)間步長除了由用戶自己設(shè)置還根據(jù)各單元的估計(jì)值來確定;而自動時(shí)間步長的依據(jù)是物體整體或者各個(gè)單元的頻率,并且受到網(wǎng)格整體大小、材料、網(wǎng)格質(zhì)量等的影響
適用問題:高速(沖擊、碰撞)、復(fù)雜接觸等問題

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