Abaqus Standard 与 Explicit 详解：如何选择合适的版本

你应该使用哪一个？ Abaqus 标准版 或者 Abaqus Explicit如果你在使用 Abaqus 时遇到过这个问题，你绝对不是一个人。.

Abaqus 为您提供了两个功能强大的有限元分析求解器——标准（隐式） 和 明确的. 但是，在处理复杂的模拟时，知道该使用哪一种方法并不总是显而易见的。.

换个角度想：
这 Abaqus 标准版 求解器的工作方式就像一个谨慎的规划器。它会在进行下一步之前检查所有因素是否平衡——载荷、反作用力、变形。这使其非常适合静态问题或速度较慢的非线性模拟。.

相比之下， Abaqus Explicit 该求解器专为速度而设计。它跳过了每一步繁琐的平衡计算，快速推进模拟进程。因此，它在模拟冲击、碰撞或突发接触等动态事件时表现出色。.

这篇博客深入剖析了核心内容。 Abaqus 标准版与显式版 参与辩论。你将了解到：

• 每个解题者解决问题的方法

• 每种方法最适合的场景类型

• 哪个解题器能帮你节省时间（以及何时节省时间）？

最后，您将清楚地了解应该选择哪个 Abaqus 求解器，以及为什么这很重要。.

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What Are Implicit and Explicit Methods?

在我们进行比较之前 Abaqus 标准版与显式版, 了解这一点很有用。 隐式 和 显式 实际上是指模拟方面的意思。.

这些术语指的是求解器如何处理时间和运动——具体来说，就是它如何逐步完成模拟。.

隐式方法（Abaqus 标准版中使用）

在 隐式方法, 求解器在每个时间步都会检查平衡状态。它求解一个方程组，以确保力和位移处于平衡状态。这通常涉及迭代方法，例如 牛顿-拉夫逊, 尤其是在非线性问题中。.

它更稳定，允许更大的时间步长——但每一步需要更多的计算量。.

想详细了解牛顿-拉夫逊算法的工作原理吗？ 请查看以下简要说明.

显式方法（用于 Abaqus Explicit）

一个 显式方法 它并非每一步都求解平衡方程，而是直接根据所受力计算加速度，并逐步更新运动状态。.

它速度快、效率高，尤其适用于时间步长非常短的情况——在高速或复杂的接触问题中特别有用。.

What is Abaqus Standard (Implicit) Solver?

Abaqus 标准版, 也称为 隐式求解器, 是为模拟系统需要在每个步骤中找到平衡点的情况而设计的。.

该求解器使用 隐式时间积分法, 这意味着它求解一组平衡力、位移和约束的方程。它通常使用 牛顿-拉夫逊迭代法 收敛到解——尤其对于非线性问题。.

在 Abaqus 中，平衡解是指内部力（应力）与外部力（施加的载荷）平衡的状态，表明系统稳定且不再发生进一步运动。对于平衡状态：

1. 力平衡：外部作用力的总和必须等于内部作用力。.
2. 力矩平衡：绕任何一点或任何轴的所有力矩之和必须为零。.

Abaqus 通过求解位移和应力来检查平衡状态，这对于关注最终变形形状和应力分布的静态分析至关重要。.

何时应该使用 Abaqus Standard？

使用 Abaqus 标准版 当你的模拟涉及以下情况时：

• 静态问题 （例如结构载荷、热稳态）

• 准静态非线性问题 （例如，在缓慢加载下的接触或塑性变形）

• Abaqus动态隐式 模拟（例如振动、疲劳或稳定性）

• 耦合场问题 （例如热力学分析）

它尤其适用于 准确的长期行为 在结构中，平衡比速度更重要。.

Abaqus 标准版的优势

• 无条件稳定您可以使用更大的时间增量，而不用担心数值不稳定。.

• 非常适合基于平衡的问题非常适合缓慢或静态负载，其中最终平衡至关重要。.

• 非常适合非线性行为能够精确处理大变形、塑性、接触和蠕变。.

• 支持高级分析类型： 喜欢 屈曲, 频率提取, ， 和 热力耦合.

Abaqus 标准版的局限性

• 计算密集型迭代求解均衡问题需要时间，特别是对于非线性问题。.

• 可能难以承受剧烈接触过多的接触互动会减缓收敛速度。.

• 高速动态性能较差对于类似碰撞的模拟，该求解器通常速度太慢或不稳定。.

如果你的问题更多地是关于 随着时间的推移，准确性和平衡性将得到保证, 而不是突然的冲击，, Abaqus 标准版 （或者 Abaqus 隐式）是更好的选择。.

把它想象成一个优先考虑问题的解决方案提供者。 控制与稳定性, 即使这意味着需要花费更长的时间才能到达目的地。.

Abaqus Standard 提供了一系列隐式分析程序，每个程序都针对不同类型的问题而设计。以下概述了 Abaqus 隐式分析的关键步骤，按分析类型和程序进行分类：

Static, General Step

Abaqus Standard 中的静态通用程序广泛用于结构静态分析，尤其适用于逐渐施加载荷或边界条件直至达到平衡的情况。它有助于分析线性及非线性系统中的结构变形、应力分布和静态载荷。.

在设置静态通用程序时，“编辑步骤”对话框会显示三个选项卡——“基本”、“增量”和“其他”（图 1）——允许您自定义诸如时间段、最大增量、增量大小、载荷变化和几何非线性等设置。我们将探讨这些选项以定制程序！

图 1：静态通用流程

您可以使用“基本”选项卡页面轻松设置“Nlgeom”和“稳定”等重要设置。让我们一步一步来！

1. 选择您的 Nlgeom 选项：

   – 如果选择“关闭”，则此步骤将运行几何线性分析。.

   – 如果您希望 ABAQUS Standard 考虑几何非线性，请选择“开启”。请记住，一旦您启用 Nlgeom，它将在后续所有步骤中保持激活状态！

2. 如果您预计会出现任何局部不稳定性（局部不稳定性是指结构或部件在局部区域发生突然、不受控制的变形的情况），例如表面起皱或局部屈曲，请启用“使用”选项。“稳定化” （图 2）。此功能通过在整个模型中应用阻尼，帮助 ABAQUS/Standard 稳定那些棘手的区域。.
3. 如果已启用“使用稳定化”，请单击组合框中的箭头，选择定义阻尼系数的方法（图 2）：

   您可以选择耗散能量分数，这样 ABAQUS/Standard 可以根据您提供的比例计算阻尼系数。只需在相邻字段中输入该值即可。.

图 2：应用稳定化

4. 如果您正在进行绝热应力分析（绝热应力分析研究材料或结构在系统与其周围环境之间无热交换条件下的应力和温度变化），请务必启用“包含绝热加热效应”（图 3）。这仅适用于具有 Mises 屈服面的各向同性金属塑性材料。.

图 3：应用绝热加热

接下来，在“增量”选项卡中，您可以轻松配置增量大小和最大增量次数。以下指南将帮助您完成此过程：

1. 自动的 类型：

   如果您希望有一定的灵活性，请选择 自动的. 这使得 ABAQUS Standard 能够确定最佳的增量大小以提高效率（图 4）。.

图 4：选择自动类型

   – 在“最大增量数”在“字段”中，您可以设置此步骤允许的增量上限。但请记住，如果超过此限制，ABAQUS Standard 将在找到完整解之前停止分析。.

   – 初始值：在此输入您的起始时间增量。.

   – 最小值：输入您希望允许的最小时间增量。.

   – 最大值：在此处设置时间增量的上限。.

2 – 固定的 类型：

   – 想要完全控制？选择固定！此选项允许您设置一个恒定的增量大小，该大小将在整个步骤中使用（图 5）。.

图 5：应用 固定增量 类型

我们所说的“恒定时间增量”是指，无论数值大小如何，将一个数字增加固定值（通常为 1）所需的时间都不会改变。恒定时间增量确保程序高效运行，即使数据量不断增加。为此，只需在“增量大小”字段中输入所需的恒定时间增量，即可完成设置！

以下是做出正确选择的关键要素。.

1. 打开“编辑步骤”对话框并导航至 其他 标签。.
2. 选择您的方程求解方法：

通用求解器中的方程求解器方法是指用于求解有限元分析 (FEA) 过程中生成的方程组的方法。这些方程组表示基于问题控制方程（例如，平衡方程、相容方程和本构方程）的系统力或能量平衡。方程求解器方法包括以下内容（图 6）：

   直接法：这是一种直接求解方法，它通过显式分解系统的刚度矩阵来求解方程组。它通过矩阵分解过程直接计算解向量（矩阵分解过程涉及将有限元分析中的线性代数方程分解成更简单的形式以便高效求解。它是直接求解器（全矩阵求解器）的关键部分，并显著影响求解这些方程的速度和效率）。.

   迭代法：迭代求解器通过一系列迭代逐步改进初始解的猜测值来求解方程组。每次迭代都通过最小化残差来计算最终解。.

   – 使用求解器默认值：让 ABAQUS/Standard 决定是使用对称矩阵还是非对称矩阵。.

   – 非对称：当刚度矩阵不对称时，ABAQUS/Standard 中会使用非对称存储和求解方案，这种情况常见于非线性问题、动力学分析或特定边界条件中。这种方法允许更灵活地处理矩阵，利用迭代求解器和内存密集型方法来求解方程，即使矩阵不对称。.

   – 对称：仅使用对称存储和解决方案。.

您可以了解更多关于 Abaqus Implicit 和 Abaqus Explicit 的信息以及它们之间的区别，您可以在以下位置找到有价值的信息： Abaqus 初学者教程包第 4 课。.

图 6：方程求解器方法

3. 处理严重不连续性：

   单击“转换严重不连续性迭代”字段旁边的箭头，然后选择在分析过程中如何处理严重不连续性（图 7）：

   – 关闭：如果出现任何严重的不连续性，则开始新的迭代。.

   开启：让 ABAQUS 估算与这些不连续性相关的残余力，并检查是否满足平衡容差。这在某些情况下可能有助于收敛。.

   – 从上一步传播：使用上一步一般分析步骤中的值。.

图 7：处理严重不连续性

4. 推断先前状态：

 单击“每次增量开始时对先前状态进行外推”字段旁边的箭头，然后选择一种方法。该方法决定了 Abaqus 如何根据上一次增量的结果预测当前增量中解的起始点（初始猜测）。良好的初始猜测可以显著加快非线性问题的收敛速度（图 8）。.

   – 线性：Abaqus 将位移和应力状态从前一个增量线性外推，以预测当前增量的初始条件。这种方法通常效率更高，有助于加快收敛速度，尤其是在系统运行平稳的情况下。.

   – 抛物线：使用基于最后两个增量的二次外推法。.

   – 无：完全跳过推断。.

图 8：推断先前状态

Abaqus Dynamic Implicit

“Abaqus Dynamic Implicit”描述了ABAQUS Standard中一种用于动态问题的时间积分方法。它利用当前值和前一时间步的值来计算下一时间步的值，因此允许使用比显式积分更大的时间步长。然而，它需要在每个时间步求解非线性方程组，这使得它更适用于稳定性和时间步长控制至关重要的结构问题。.

在 ABAQUS 中设置“动态、隐式”过程时，您会在步骤编辑器中看到三个选项卡： 基本的, 增量, ， 和 其他. 这些选项卡允许您调整分析的重要设置，例如时间段、增量大小和求解器首选项。.

基本选项卡设置（图 9）：

“基本”选项卡中的所有设置都与“静态、常规”步骤中的设置相同。但让我们来看看它的应用。.

       1. 应用:

• 瞬态保真度 具体而言，它指的是动态隐式 Abaqus 求解器捕捉系统随时间变化的行为的精确度，尤其是在动态载荷条件下，例如冲击、振动或其他瞬态效应。它反映了求解器在动态事件中模拟位移、速度、加速度和应力等物理量随时间演变的能力。.
• 中等程度的消散 该方法涉及向系统中添加一定量的可控人工阻尼。这有助于消除动态问题中可能出现的高频振荡或数值噪声，尤其是在快速加载或不稳定振动模式下的问题。.
• 准静态 在 Abaqus 中，“隐式动力学”指的是使用动态求解器来处理随时间变化的非线性行为，但忽略惯性效应。因此，该问题实际上被视为一个慢静态问题，同时仍然受益于隐式积分的鲁棒性和模拟复杂非线性的能力。.

2. 对于 绝热应力分析 （仅适用于具有 Mises 屈服面的各向同性金属塑性），切换 包括绝热加热效应.

图 9：动态隐式基本选项卡设置

增量选项卡设置 它们也类似于“静态，常规”步骤中的设置。在此步骤中，您可以选择性地启用/禁用此功能。 抑制半步残差计算 为了加快解决方案的制定。.

图 10：增量选项卡设置

其他标签页 设置（图 11）:

1. 前往 其他 选项卡 编辑步骤 对话框。.
2. 矩阵存储:
   • 使用求解器默认值 允许 ABAQUS 选择最佳存储方案。.
   • 对称 或者 不对称 将 ABAQUS 限制为这些存储方案。.
3. 解决方案技术:
   • 选择 满牛顿 或者 准牛顿 用于求解非线性方程。对于刚度变化较小的大型系统，拟牛顿法速度更快。.
   • 如果使用 准牛顿, 设置重新构建矩阵之前允许的迭代次数（默认值为 8，最大值为 25）。.
4. 处理严重不连续性:
   • 离开 如果出现不连续性，则强制进行新的迭代。.
   • 在 估算与严重不连续性相关的力，并可能调整求解方法。.
   • 从上一步传播 使用上一步的值。.
5. 负载随时间的变化:
   • 瞬间 开始时施加全部负载并保持恒定。.
   • 斜坡线性 将负载从上一步增加到最大值。.
6. 前一状态的推断:
   • 线性 使用简单的线性猜测来表示当前增量。.
   • 抛物线 采用更高级的二次方程猜测方法。.
7. 为了 动态步骤, ABAQUS 默认会在启动时计算加速度。如果您更喜欢简单的方法：
   • 省略初始加速度计算 在第一个动态步骤中将加速度设置为零，或者如果上一步是动态的，则从上一步继续。.
8. 接受最大迭代次数后的解决方案如果你使用 固定时间增量, 即使解尚未达到平衡状态，您也可以接受它。但只有在您完全理解结果的情况下，才建议采用这种方法。.

调整完所有设置后，只需点击即可。 好的 保存更改并关闭对话框。.

阅读本文，了解更多关于牛顿-拉夫逊技术的资讯：“Abaqus非线性 分析与线性分析“

图 11：其他选项卡 设置

按照这些步骤，您可以确保动态分析的设置能够满足您的特定需求，无论您关注的是准确性、计算效率，还是两者兼顾。.

What is the Abaqus Explicit Solver?

Abaqus Explicit 专为 快速、高能量事件——那种物体在几毫秒内发生碰撞、爆炸或变形的事故。.

它使用了一种 显式时间积分法, 这意味着它并非在每个时间步都求解复杂的方程。相反，它直接根据已知的力和加速度值来计算运动。.

这使得它在非常短的时间步长内速度非常快——非常适合快速发生且涉及大量接触或故障的事件。.

何时应该使用 Abaqus Explicit？

使用 Abaqus Explicit 当你的模拟涉及以下情况时：

• 高速动力学 （例如冲击测试、碰撞测试、跌落测试）

• Abaqus动态显式 场景（例如爆炸、穿透、金属成形）

• 剧烈接触和大变形 （例如：安全气囊、挤压、切割）

• 材料失效或侵蚀 （例如断裂、元件缺失）

• 短时事件 （例如毫秒）

当……时，它也很有用。 Abaqus 隐式 该方法无法收敛——例如在具有复杂接触交互的情况下。.

Abaqus Explicit 的优势

• 无需逐步求解方程：每个时间步都是直接而快速的。.

• 非常适合复杂接触能够轻松处理滑动、碰撞或突然分离的部件。.

• 非常适合用于失效和大变形模拟材料断裂、撕裂或流动。.

• 支持大规模扩展如果方法得当，可以在不损失精度的情况下加快模拟速度。.

• 短时间步长内稳定非常适合快节奏的活动。.

Abaqus Explicit 的局限性

• 条件稳定：需要非常小的时间步长才能保持准确性和稳定性。.

• 对于慢速模拟来说效率不高。：对于蠕变或静态加载等长时间、缓慢的过程来说，这是过度设计。.

• 耗时较长即使每一步都很快，成千上万个小步骤也可能需要一段时间。.

如果你的模拟完全是关于 速度、影响和复杂性, 去吧 Abaqus Explicit. 它专为混乱而生——快速移动的事件，伴随着接触、破碎或剧烈运动。.

把它想象成一个求解器 为了速度而进行的交易计算工作量, 逐步快速推进，无需每次都解决整个系统。.

以下是Abaqus中显式求解器的主要设置：

Abaqus 动态显式

Abaqus动态显式步骤是一种分析步骤，用于模拟涉及大变形、高应变率或复杂接触相互作用的高动态瞬态问题。与隐式方法不同，显式方法直接求解运动方程，非常适合处理冲击、碰撞、爆炸或其他快速变化的事件。.

让我们一起来探索 Abaqus 中“编辑步骤”对话框中可用于设置动态显式过程的配置选项！以下指南将帮助您浏览不同的选项卡并充分利用您的设置：

基本选项卡：与一般静态一样，此选项卡旨在解决问题（图 12）。.

图 12：动态显式 Abaqus 的基本设置

增量选项卡：

与其他求解器一样，增量选项卡分为两种类型：固定和自动。.

自动的 在模拟具有复杂接触相互作用的问题（例如冲击或碰撞）时，增量是必不可少的，因为力和速度会发生快速的巨大变化（图 13）。.

• 一个 稳定增量估计器 用于自动确定每个分析步骤的最大稳定时间增量。该时间增量至关重要，因为它控制着求解过程随时间推移的速率。该增量必须足够小，以满足稳定性准则，尤其对于涉及高速事件、大变形或复杂相互作用的问题。.
• Abaqus 提供了多种方法来 提升 在显式动态分析中选择时间增量。目标是在保持解的稳定性的同时，兼顾计算效率和精度。要使用此功能，您必须启用“改进的Dt方法”.
• 您可以为分析定义一个最大时间增量。这有助于控制时间步长的精细程度。较小的时间增量可以提高精度，但会增加计算成本。.

图 13：Abaqus Explicit 中的自动递增

这 固定的 显式求解器中的类型与一般隐式求解器中的固定类型类似，因此您可以在静态、常规部分中看到。.

图 14：动态显式固定类型

批量缩放选项卡：

质量缩放通常用于通过缩放质量矩阵来人为地加快模拟速度。当您模拟一个非常漫长或复杂的动态过程，但又希望提高模拟的计算效率时，这种方法尤其有用（图 15）。.

1. 质量缩放：

1. • 质量缩放可以用来增加模型中某些元素的质量，从而有效地减少获得稳定结果所需的时间步长。.
   • 您可以指定缩放因子、要应用质量缩放的模型区域以及缩放幅度。.

图 15：质量缩放

笔记： 虽然质量缩放可以提高模拟的计算效率，但应该谨慎使用，因为它会改变系统的物理行为，尤其是在以非物理方式应用时（例如，缩放运动很少的区域的质量）。.

其他标签页：

此选项卡包含一个高级选项，可以影响模拟的行为和性能。.

1. 整体粘度（图 16）：

1. • 体积粘度有助于控制显式动力学模拟中可能出现的高频振荡。它施加一个与速度场变化率成正比的阻尼力。.
   • 您可以配置 体积粘度参数 用于平滑解中的高频噪声，尤其是在模拟冲击波或高变形率的情况下。.

图 16：动态显式的其他选项卡

Abaqus Standard vs Explicit: A Side-by-Side Comparison

首先，我必须说明标准求解器和隐式求解器之间没有任何区别。实际上，它们是同一个求解器的两种不同名称。我们主要讨论的是 Abaqus 的隐式求解器和显式求解器。.

这些求解器基于有限元分析中的两种方法，即 隐式 （适用于 Abaqus/Standard） 显式. 两种不同数值方法之间的区别使得理解应该使用哪个求解器成为可能。.

现在你已经明白了什么 Abaqus 标准版 （隐式）和 Abaqus Explicit 解题者们各自独立完成，让我们让他们正面交锋。.

在它们之间进行选择时，一切都取决于您的模拟需求：速度、精度、接触复杂性、稳定性或持续时间。.

对于隐式方法，在每个求解步骤中，都会强制外部施加的载荷与内部产生的反作用力之间保持平衡（牛顿·拉夫森 方法）。.
对于显式方法，没有强制达到平衡状态。但这并不意味着显式方法不准确。可以通过增加求解步骤数（即减小时间步长）来将其与平衡状态的偏差最小化到几乎为零。.

主要区别如下：

隐式是无条件稳定的。.
隐式 模式是 增量 也 迭代. 。 然而，, 显式 模式仅 增量 (Abaqus增量).
就每次增量计算的成本而言，隐式方法成本较高，而显式方法成本较低。显式方法的磁盘空间和内存占用通常远小于隐式方法。随着模型规模的增大，显式方法相比隐式方法展现出显著的成本优势：

所以，, Abaqus 标准版 （或隐式）必须迭代才能确定非线性问题的解，但 Abaqus/Explicit 无需迭代即可确定解决方案 明确地 将运动学状态从前一个增量推进。.

以下是它们在关键领域的简要对比：

现在，让我们深入了解一些细节，以便更好地理解 Abaqus 标准模式与显式模式的区别：

• 每个求解器都具有动态效应；;
• 每个求解器如何处理接触；;
• 每个求解器都有其特殊功能。.

Dynamic Effects: Motion, Forces, and Stability

你的模拟是如何处理的 运动 和 惯性 可以彻底改变结果。方法如下 Abaqus 标准版 和 Abaqus Explicit 方法动态效应：

Abaqus 标准（隐式）

默认情况下，, Abaqus 标准版 求解 静态平衡——所有力都达到平衡，没有任何物体加速。你也可以跑 Abaqus动态隐式 模拟应包含惯性和阻尼。但如果您运行的是纯静态分析：

• 每个部分都必须是 完全约束 （四面与地面相连）。.

• 刚体运动 不允许这样做——这将导致解决方案失败。.

• 你不能指望惯性来帮助达到平衡。.

• 如果你的系统需要“稳定下来”（例如，通过振动或内部能量释放），你需要人为地帮助它——比如施加阻尼。.

简而言之：如果你的系统不能自然达到静态平衡，除非你引导它，否则隐式求解器将无法求解。.

Abaqus Explicit

Abaqus Explicit 总是能解决 动态平衡, 根据牛顿第二定律：
力 = 质量 × 加速度.

这意味着：

• 预计会出现振动和振荡。, 即使是看似静态的问题。.

• 时间是真实的—施加载荷的速度很重要。.

• 你不能忽视动态效应；它们始终存在。.

• 如果您不希望动态效应影响结果（例如，您正在模拟缓慢按压），则需要施加负载。 非常慢.

质量缩放 这里经常会用到这种方法。你可以人为地增加系统的质量，从而采用更大的时间步长，加快模拟速度。但要小心——过度缩放会导致非物理结果。 通过增加不必要的惯性。.

现在，让我们深入了解一些细节，以便更好地理解 Abaqus 标准模式与显式模式的区别：

• 每个求解器都具有动态效应；;
• 每个求解器如何处理接触；;
• 每个求解器都有其特殊功能。.

Dynamic Effects: Motion, Forces, and Stability

你的模拟是如何处理的 运动 和 惯性 可以彻底改变结果。方法如下 Abaqus 标准版 和 Abaqus Explicit 方法动态效应：

Abaqus 标准（隐式）

默认情况下，, Abaqus 标准版 求解 静态平衡——所有力都达到平衡，没有任何物体加速。你也可以跑 Abaqus动态隐式 模拟应包含惯性和阻尼。但如果您运行的是纯静态分析：

• 每个部分都必须是 完全约束 （四面与地面相连）。.

• 刚体运动 不允许这样做——这将导致解决方案失败。.

• 你不能指望惯性来帮助达到平衡。.

• 如果你的系统需要“稳定下来”（例如，通过振动或内部能量释放），你需要人为地帮助它——比如施加阻尼。.

简而言之：如果你的系统不能自然达到静态平衡，除非你引导它，否则隐式求解器将无法求解。.

Abaqus Explicit

Abaqus Explicit 总是能解决 动态平衡, 根据牛顿第二定律：
力 = 质量 × 加速度.

这意味着：

• 预计会出现振动和振荡。, 即使是看似静态的问题。.

• 时间是真实的—施加载荷的速度很重要。.

• 你不能忽视动态效应；它们始终存在。.

• 如果您不希望动态效应影响结果（例如，您正在模拟缓慢按压），则需要施加负载。 非常慢.

质量缩放 这里经常会用到这种方法。你可以人为地增加系统的质量，从而采用更大的时间步长，加快模拟速度。但要小心——过度缩放会导致非物理结果。 通过增加不必要的惯性。.

Contact Handling: Why Explicit Often Wins

如果你曾经与……共事过 模拟中的接触, 你知道，这是最棘手的部分之一。幸运的是，, Abaqus Standard 和 Abaqus Explicit 都是如此。 支持多种接触定义——但它们在底层处理方式却截然不同。.

Abaqus 标准（隐式）

尽管 Abaqus 隐式 解决方案提供了强大的联系方式，但其中存在一个问题：

• 接触变化是高度非线性的。.

• 隐式求解器必须 多次迭代 当接触面发生变化时，达到收敛状态。.

• 这使得 接触问题处理起来缓慢且计算成本高昂。, 尤其当物体反复接触、分离或滑动时。.

对于简单或缓慢发展的接触，, Abaqus 标准版 一开始可能运行良好。但随着复杂性的增加——例如多个部件、运动接触点或较大的变形——它就开始显得力不从心。.

Abaqus Explicit

Abaqus Explicit 天生擅长 复杂接触问题, 原因如下：

• 它不需要迭代收敛。.

• 它使用 小时间增量 默认情况下，这允许它 履带接触变化更加平顺.

• 因此，即使看起来很混乱，涉及冲击、滑动或分离的问题也更容易解决。.

结论如果你的模拟有 具有挑战性或高度动态的联系, 通常情况下，Abaqus Explicit 的性能更好、速度更快、问题更少。.

Solver-Specific Features: What You 仅有的 进入一

虽然 Abaqus 标准版 和 Abaqus Explicit 虽然很多功能都大同小异，但仍有一些强大的功能仅在某个求解器中可用，或者在该求解器中发展得更为完善。了解这些功能可以帮助您避免浪费时间尝试某个求解器根本无法完成的事情。.

Abaqus 标准版（隐式）独有的功能

Abaqus Standard 在高级结构和非结构分析类型方面表现出色：

• 频率分析 – 非常适合振动和模态研究。.

• 屈曲分析 – 检测压缩载荷下的稳定性问题。.

• 热应力耦合 – 热与结构变形之间的充分相互作用。.

• X-FEM（扩展有限元法） – 用于裂纹建模，无需重新划分网格。.

• 高阶元素 – 允许在曲面几何体中实现更精确的应力分布。.

• 声学分析 – 用于声音相关的模拟。.

• 压力渗透 – 可用于模拟接触区螺栓预紧或加压等效应。.

这些功能使 Abaqus Standard 成为涉及以下方面的仿真的首选求解器： 稳态行为, 精密应力分析, ， 或者 线性问题和低速非线性问题.

Abaqus Explicit 的独特功能

当物理环境变得非常极端时，Abaqus Explicit 是您的首选工具：

• CEL（耦合欧拉-拉格朗日） – 非常适合模拟流体和固体相互作用（如金属切割或流体晃动）。.

• SPH（光滑粒子流体动力学） – 用于大变形或流体破碎的无网格方法。.

• 离散单元法 (DEM) – 用于模拟粉末或岩石等颗粒状材料。.

• 元素删除 – 导致材料逐渐失效和侵蚀。.

• 高速成形和冲击 – 通过稳定的时间步长自然处理。.

这些特点使得 Abaqus动态显式 模拟非常适合 崩溃, 爆炸, 碎片化, 以及其他高能事件。.

Explicit or Standard, Which one should I use?

在 Abaqus 标准版 和 Abaqus Explicit 问题并不总是像“静态与动态”那么简单。事实上，两种求解器通常都能处理相同的问题，但效率、准确性或稳定性却有所不同。.

关键在于：这不仅仅关乎你进行的是哪种类型的模拟，而是…… 如何 系统运行正常 挑战 您的模型包含以下内容。.

下表将作为您的参考：

求解器选择指南

最后想说的话

有时，, Abaqus Explicit 即使是准静态问题，尤其是在以下情况下，也适用 Abaqus 标准版 由于高非线性或复杂接触，收敛困难。您可以减慢负载施加速度或使用 质量标度 使用 Explicit 模拟准静态响应，使其成为一种实用的变通方法。.

另一方面，如果你的模拟过程时间长、平稳，并且不涉及剧烈的运动或变形，, Abaqus 标准版 几乎总是更快更准确。.

专业提示： 不妨在模型的小规模版本上尝试这两种求解器。运行测试用例，比较结果，看看哪种求解器能让你更轻松地接近目标。.

Computational Cost: The Maximum Increment Size

您是否曾经研究过 Abaqus 中隐式求解器和显式求解器的最大增量大小的概念？您是否知道 Abaqus 标准求解器和显式求解器在控制增量大小方面有不同的标准？这些都是 Abaqus 用户必须理解的基本概念，我们在本文中对此进行了探讨。.

The Maximum Increment Size in Explicit

Abaqus Explicit 不检查解的收敛性。因此，在 Explicit 中使用较大的时间增量可能会导致不真实的振荡或材料突然失效。下图展示了较大的时间增量如何影响 Explicit 仿真结果。所以，我们必须确保在求解过程中检查稳定性条件。为此，我们需要计算稳定的增量大小。Abaqus Explicit 提供了两种定义稳定增量大小的选项：自动和固定。我们将在下文中详细讨论它们。.

ABAQUS入门课程 | 有限元模拟教程

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图 17：增量大小对显式求解器结果的影响 [1].

Automatic Time Incrementation

Abaqus Explicit 使用近似方法来确保解的稳定性。这是通过将最大增量设置为小于稳定时间增量来实现的。Explicit 中有两种自动计算稳定时间增量的方法：“全局”估计和“逐单元”估计。.

逐元素方法将最大增量大小限制为公式（1）中的常数值。.

(1)

在哪里 ωmax 是模型中的最大频率。显式方法会根据材料属性和单元尺寸计算每个单元的频率。下图提供了在 Abaqus 的“编辑步骤”窗口中选择“逐单元方法”的说明。.

图 18：在 Abaqus “编辑步骤”窗口中选择逐个元素方法。.

逐单元法在求解过程中没有考虑边界条件和接触对最大增量尺寸的影响。这可能导致增量尺寸过大，从而造成分析效率低下。.

为了克服逐单元方法在更新模型频率方面的局限性，Abaqus Explicit 提供了全局估计选项。全局估计基于模型的实时状态更新最大增量。与逐单元方法相比，这允许更大的时间增量，从而提高了计算效率。Explicit 默认采用全局估计方法。.

Fixed Time Incrementation

在某些情况下，分析需要精确表示高阶响应。对于这种情况，用户必须指定比逐元素或全局方法更小的增量大小。这时，固定增量方法就显得尤为重要。下图展示了如何在显式步骤中定义固定增量大小。.

图 19：在 Abaqus “编辑步骤”窗口中选择固定方法。.

The Maximum Increment Size in Abaqus Standard

与显式求解器不同，标准求解器需要在每个增量步检查收敛性。因此，我们不太可能遇到与增量步长相关的稳定性问题。在隐式求解器中，您可以采用比显式求解器大得多的增量步长，且没有限制。此外，标准求解器可以自动减小定义的增量步长以防止收敛问题。但是，您必须注意不要选择过大的增量步长。在这种情况下，Abaqus 会因为增量步长过大而反复中断计算。 趋同问题. 这会增加计算成本。.

根据下图，Abaqus 标准求解器的增量大小对分析结果没有显著影响。因此，与显式求解器相比，标准求解器是更可靠的选择。然而，在一个增量内实现收敛可能需要多次迭代，甚至并非总是能够实现。这凸显了隐式求解器与显式求解器之间的一个显著局限性。.

到目前为止，我们已经尽力详细解释了‘Abaqus 标准版和显式版’，以便您能够根据自身需求选择合适的求解器。在这里，您可以找到…… Abaqus 示例 用于培训和理解这些求解器的概念以及如何正确使用每个求解器。.