ABAQUS中Standard模塊和Explicit模塊的比較

2017-01-16 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1、ABAQUS各模塊介紹

ABAQUS有兩個主要的分析模塊:ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。其中ABAQUS/Standard還有兩個特殊用途的附加分析模塊:ABAQUS/Aqua和ABAQUS/Design。另外,還有ABAQUS分別與ADAMS/Flex,C-MOLD和Mold flow的接口模塊:ABAQUS/ADAMS, ABAQUS/C-MOLD和ABAQUS/ MOLDFLOW。ABAQUS/CAE是完全的ABAQUS工作環(huán)境模塊,它包括了ABAQUS模型的構(gòu)造,交互式提交作業(yè)、監(jiān)控作業(yè)過程以及評價結(jié)果的能力。ABAQUS/Viewer是ABAQUS/CAE的子集,它具有后處理功能。

ABAQUS/Standard是一個通用分析模塊,它能夠求解領(lǐng)域廣泛的線性和非線性問題,包括靜力、動力、熱和電問題的響應(yīng)等。

ABAQUS/Explicit是用于特殊目的分析模塊,它采用顯式動力有限元列式,適用于像沖擊和爆炸這類短暫,瞬時的動態(tài)事件,對加工成形過程中改變接觸條件的這類高度非線性問題也非常有效。兩個分析模塊的ABAQUS/CAE界面是一樣的,兩個模塊的輸出也是類似的,不論哪個模塊都可以采用可視化圖形進行后處理。

ABAQUS/CAE(Complete ABAQUS Environment)是ABAQUS的交互式圖形環(huán)境,用它可方便而快捷地構(gòu)造模型,只需生成或輸入要分析結(jié)構(gòu)的幾何形狀,并把它分解為便十網(wǎng)格化的若干區(qū)域。并對幾何體賦十物理和材料特性、荷載以及邊界條件。ABAQUS/CAE具有對幾何體劃分網(wǎng)格的強大功能,并可檢驗所形成的分析模型。一旦模型生成,ABAQUS/CAE可提交并監(jiān)控要分析的作業(yè),可視化模塊就可用來顯式結(jié)果。

2、ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比較

ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit都具有解決廣泛的各種類型問題的能力。對于一個給定的間題,隱式和顯式算法的特點決定了采用哪一種算法更適合。對于采用任何算法都可以解決的間題,求解間題的效率可能決定了采用哪種產(chǎn)品。下表列出了兩者之間的主要區(qū)別。

參量	ABAQUS/Standard	ABAQUS/Explicit
單元庫	提供了豐富的單元庫	提供了適用于顯式分析的豐富的單元庫,這個單元庫是ABAQUS/Stnndard單元庫的子集
分析過程	一般過程和線性攝動過程	一般過程
材料模型	提供了廣泛的材料模型	類似于在ABAQUS/Stnndard中的材料模型;一個顯著的區(qū)別是提供了允許材料失效的模型
接觸公式	對于求解接觸問題,具有強健的能力	具有強健的接觸功能甚至能夠解決最復(fù)雜的接觸模擬
求解技術(shù)	應(yīng)用基于剛度的求解技術(shù),具有無條件穩(wěn)定性	應(yīng)用顯式積分求解技術(shù),具有條件穩(wěn)定性
磁盤空間和內(nèi)存	由于在增量步中大最的迭代,可能占用大量的磁盤空間和內(nèi)存	磁盤空間和內(nèi)存的占用量相對于ABAQUS/Stnndard要小很多

此外,兩者的區(qū)別還包括:

1)ABAQUS/Standard

沒有穩(wěn)定時間增量的限制:完成指定分析,一般需要較少的時間增量;

因為每個增量步都需要求解線性方程組,所以每個增量步的費用非常昂貴;

適合于模擬與模型的振動頻率相比研究響應(yīng)周期較長的問題;

由于時間增量的限制,使用顯式動力學求解效率很低;

用于具有適度非線性的問題,其中非線性是平滑的(比如,塑性);

如果是平滑的非線性響應(yīng), Abaqus/Standard需要較少次數(shù)的迭代找到收斂解。

2)ABAQUS/Explicit

有穩(wěn)定時間增量的限制: 完成指定分析,一般需要較多的時間增量;

因為不需要求解線性方程組,所以每個增量步的費用較低;

所有的計算費用與單元計算相關(guān);

適合于模擬高速動力學問題;

需要較少的時間增量,隱式動力學效率較低;

對于包含不連續(xù)的非線性問題,一般更加可靠;

接觸行為是不連續(xù)的,并且包含碰撞,對于隱式時間積分,接觸和碰撞將產(chǎn)生求解問題;

其它不連續(xù)行為包括屈曲和材料失效。

3、隱式(Standard)或者顯式(Explicit)方法的選擇

隱式或者顯式方法之間的選擇,很大程度上依賴于問題的性質(zhì)。

對于許多分析,應(yīng)該選擇ABAQUS/Standard還是ABAQUS/Explicit是比較明顯的。例如,對于求解光滑的非線性問題,ABAQUS/Standard更有效;另一方面,對于波的傳播分析,應(yīng)該明確地選擇ABAQUS/Explicit,然而,有一些靜態(tài)或準靜態(tài)問題,應(yīng)用任何程序都能很好地進行模擬。特別地,有些問題一般是使用ABAQUS/Standard進行求解的,但是由于接觸或者材料的復(fù)雜性,可能難以收斂,從而導致大量的迭代。由于每次迭代都需要求解由大量線性方程組成的方程組,所以這些使用ABAQUS/Standard的分析,其代價是相當大的。

ABAQUS/Standard必須進行通過迭代確定非線性問題的解答,而ABAQUS/Explicit通過由前一增量步的數(shù)據(jù)顯式地前推動力學狀態(tài),確定解答無須進行迭代。應(yīng)用顯式方法,即便對于一個給定的可能需要大量時間增量步的分析,如果同樣的分析應(yīng)用ABAQUS/Standard需要大量的迭代,那么應(yīng)用ABAQUS/Explicit進行分析可能是更為有效的。

對于同樣的模擬,ABAQUS/Explicit的另一個優(yōu)點是它需要的磁盤空間和內(nèi)存遠遠小于ABAQUS/Standard。對于需要比較兩個程序計算成本的問題,能節(jié)省大量的磁盤空間和內(nèi)存使得ABAQUS/Explicit更具有吸引力。

從在隱式和顯式分析中網(wǎng)格加密的成本角度來看,使用顯式方法,機時消耗與單元數(shù)量成正比,并且大致與最小單元的尺寸成反比。由于增加了單元的數(shù)量和減小了最小單元的尺寸,因此網(wǎng)格細劃增加了計算成本。對于顯式方法,可以很直接地預(yù)測隨著網(wǎng)格細劃帶來的成本增加,而當采用隱式方法時,預(yù)測成本是非常困難的。困難來自于在單元連接和求解成本之間的關(guān)系,而在顯式方法中不存在這種關(guān)系。應(yīng)用隱式方法,經(jīng)驗表明對于許多間題的計算成本大致與自由度數(shù)目的平方成正比。所以,只要網(wǎng)格是相對均勻的,隨著模型尺寸的增長,顯式方法表明比隱式法節(jié)省了大量的計算成本,也就是說在尺寸較小時,隱式方法的計算成本更小,而隨著尺寸增大到一定值后,顯式方法的計算成本反而更小。

4、一般的適用范圍(待補充)

隱式方法(standard)

適合于模擬與振型的振動頻率相比研究響應(yīng)周期較長的問題;

用于具有適度非線性問題,其中非線性是平滑的;

顯式方法(explicit)

模擬高速動力學問題,需要較少的時間增量;

適合求解沖擊,穿透等高度非線性動力響應(yīng)問題;

對于包含不連續(xù)的非線性問題,一般效率高;

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