顯式算法和隱式算法,有時也稱為顯式解法和隱式解法,是計算力學中常見的兩個概念,但是它們并沒有普遍認可的定義。
一、兩種算法的比較
1、顯式算法
基于動力學方程,因此無需迭代;而靜態(tài)隱式算法基于虛功原理,一般需要迭代計算。顯式算法,最大優(yōu)點是有較好的穩(wěn)定性。
動態(tài)顯式算法采用動力學方程的一些差分格式(如廣泛使用的中心差分法、線性加速度法、Newmark法和wilson法等),不用直接求解切線剛度,不需要進行平衡迭代,計算速度快,時間步長只要取的足夠小,一般不存在收斂性問題。因此需要的內(nèi)存也比隱式算法要少。并且數(shù)值計算過程可以很容易地進行并行計算,程序編制也相對簡單。但顯式算法要求質(zhì)量矩陣為對角矩陣,而且只有在單元級計算盡可能少時速度優(yōu)勢才能發(fā)揮, 因而往往采用減縮積分方法,容易激發(fā)沙漏模式,影響應力和應變的計算精度。
靜態(tài)顯式法基于率形式的平衡方程組與Euler向前差分法,不需要迭代求解。由于平衡方程式僅在率形式上得到滿足,所以得出的結(jié)果會慢慢偏離正確值。為了減少相關(guān)誤差,必須每步使用很小的增量。
2、隱式算法
隱式算法中,在每一增量步內(nèi)都需要對靜態(tài)平衡方程進行迭代求解,并且每次迭代都需要求解大型的線性方程組,這以過程需要占用相當數(shù)量的計算資源、磁盤空間和內(nèi)存。該算法中的增量步可以比較大,至少可以比顯式算法大得多,但是實際運算中上要受到迭代次數(shù)及非線性程度的限制,需要取一個合理值。
二、求解時間
使用顯式方法,計算成本消耗與單元數(shù)量成正比,并且大致與最小單元的尺寸成反比,應用隱式方法,經(jīng)驗表明對于許多問題的計算成本大致與自由度數(shù)目的平方成正比,因此如果網(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方法更加節(jié)省計算成本。
三、兩種方法的應用范圍:
a)在求解動力學問題時,將方程在空間上采用有限元法(或其他方法)進行離散后,變?yōu)槌N⒎址匠探MF=M(u)+C(u)+K(u)。求解這種方程的其中兩種方法為,中心差分法和Newmark法。采用中心差分法解決動力學問題被稱為顯式算法,采用Newmark法解決動力學問題被稱為隱式算法。
b)在求解動力學問題時,離散元法(也有其他方法)主要有兩種思想:動態(tài)松弛法(向后時步迭代),靜態(tài)松弛法(每一步要平衡)。動態(tài)松弛法是顯式算法,靜態(tài)松弛法是隱式算法。其中沖壓成型就是動態(tài)松弛法的主要例子。
c)在求解靜力學問題時,有時候?qū)⑵淇醋鲃恿W問題來處理而采用動態(tài)松弛法,這是顯式算法。Flac就是主要例子。
| 顯式算法 | 隱式算法 |
每步求解方法 | 矩陣乘法 | 線性方程組 |
時步穩(wěn)定性 | 有條件 | 無條件 |
適用問題 | 動力中心差分法 動力動態(tài)松弛法 靜力動態(tài)松弛法 | 動力Newmark法 動力靜態(tài)松弛法 |
四、總結(jié):
1) 求解線性靜力學問題,雖然求解線性方程組,但是沒有時步的關(guān)系,所以不應將其看作隱式算法。
2) 求解非線性靜力學問題,雖然求解過程需要迭代,或者是增量法,但是沒有明顯的時步問題,所以不應將其看作隱式算法。
3) 靜態(tài)松弛法,可以認為是將動力學問題看作靜力學問題來解決,每一步達到靜力平衡,需要數(shù)值阻尼。
4) 動態(tài)松弛法,可以認為是將靜力學問題或者動力學問題,分為時步動力學問題,采用向后時步迭代的思想計算。對于解決靜力學問題時,需要人工阻尼
[CST] 如何在CST仿真中消除反射型一比特超表面的主波束
2024-11-22
2024-11-22
2024-11-22
[行業(yè)資訊] SIMULIA 執(zhí)行角:建模和仿真趨勢
2024-11-21
2024-11-21
[行業(yè)資訊] 數(shù)字建模與仿真技術(shù)加速推進心血管醫(yī)療器械研發(fā)研討會
2024-11-20
[CST] CST電動汽車EMC仿真:攝像頭cable干擾GPS射頻c
2024-11-20
[行業(yè)資訊] 達索系統(tǒng) SIMULIA Abaqus/Standard接
2024-11-19
2024-11-19
[行業(yè)資訊] 通用汽車公司把春季與辛普森公司聯(lián)合起來
2024-11-18
2023-08-24
[ABAQUS] ABAQUS如何建模?ABAQUS有限元分析教程
2023-07-07
2023-08-29
[ABAQUS] 有限元分析軟件abaqus單位在哪設置?【操作教程】
2023-09-05
[ABAQUS] Abaqus單位對應關(guān)系及參數(shù)介紹-Abaqus軟件
2023-11-20
[ABAQUS] abaqus里面s11、s12和u1、u2是什么意思?s和
2023-08-30
[ABAQUS] 如何準確的評估真實行駛工況條件下的空氣動力學性能
2020-11-19
[ABAQUS] ABAQUS軟件教程|場變量輸出歷史變量輸出
2023-07-18
[ABAQUS] ABAQUS軟件中Interaction功能模塊中的綁定接
2023-07-19
2023-07-26
[行業(yè)資訊] 數(shù)字建模與仿真技術(shù)加速推進心血管醫(yī)療器械研發(fā)研討會
2024-11-20
[行業(yè)資訊] 通用汽車公司把春季與辛普森公司聯(lián)合起來
2024-11-18
[行業(yè)資訊] 達索系統(tǒng) SIMULIA Abaqus/Standard接
2024-11-19
[行業(yè)資訊] SIMULIA 執(zhí)行角:建模和仿真趨勢
2024-11-21
2024-11-18
[有限元知識] 利用CFD和機器學習快速發(fā)展空氣動力學
2024-11-15
[有限元知識] 網(wǎng)球運動中馬格納斯效應的模擬仿真
2024-11-14
[行業(yè)資訊] DELMIA Robotics 在ABI Research
2024-11-14
[行業(yè)資訊] 達索系統(tǒng)MODSIM解決方案高級技術(shù)日
2024-11-13
[行業(yè)資訊] 通過革新質(zhì)量管理策略,有效規(guī)避FDA警告
2024-11-13