ANSYS 部落格
July 27, 2022
什麼是顯式動力學？
每個人都曾發生過您拿起電話接聽，電話沒拿好，然後突然掉落 — 啪！— 掉在堅硬的地板上。對工程師來說，瞭解產品如何承受像是自由掉落等後的狀況，是實現其安全與效能目標的重要關鍵。爲了在這種高度非線性的高速情況下測試設計，他們必須靠一種稱爲顯式動力學分析的模擬方法。
顯式動力學是一種時間積分方法，在速度為關鍵的情況下用來執行動態模擬。顯式動力學將快速變化的條件或不連續事件納入考量，例如自由落體、高速衝擊和施加負載等情況。由於這些「非線性動力學」都會整合在模擬中，因此顯式動力學是模擬高度瞬態物理現象的較好選項。
顯式動力學功能
顯式動力學工具可幫助工程師探索各種挑戰：
- 短時、複雜或身體變化交互作用 (接觸)
- 準靜態負載 (低應變率)
- 高速和超高速衝擊
- 導致大型材料變形的高度負載
- 材料失效
- 材料碎片化
- 穿透機制
- 空間碎片衝擊 (超高速)
- 運動設備設計
- 具非線性塑性反應的製造過程
- 落下測試模擬
- 爆炸負載
- 爆炸成形
- 爆破結構相互作用
圖 1.Ansys 顯式動力學工具可根據問題詳細資訊和使用者專業知識，幫助使用者滿足各種複雜程度的解決方案需求。
Ansys 的顯式動力學為何？
如果您的產品需要在撞擊或短時間、高壓力負載下保持完整，您可使用 Ansys 顯式動力學解決方案來提升設計。特定的問題需要進階的分析工具，來準確預測設計考慮因素對產品或過程行為的影響。當物理測試執行成本太高或無法實現時，更需深入瞭解如此複雜的現實。
Ansys 顯式動力學套件讓您能夠針對受高度非線性瞬態動態力作用的產品，瞭解短時事件的物理特性。我們專業、準確且使用容易的顯式動力學工具，專為提高使用者生產力而設計。
使用 Ansys解決方案，工程師可深入瞭解結構在承受高度負載時將如何反應。以第一原理為基礎的運算法能夠準確預測複雜反應，例如大型材料變形和失效、實體間的相互作用，以及具有快速變形結構的流體。高度複雜的問題，特別是具有高應變速率和其他難以通過通用的隱式解法方法收斂的現象，可以使用先進的、最新的數學算法來解決。
對於大多數常見問題，預設值是安全且合理的，這意味著您在設置和運行問題上花費的時間更少，而在優化產品的效能、耐久性和成本以及排除設計缺陷上花費更多時間。
在許多情況下，只有透過與物理實驗進行比較才能驗證顯式解決方案的準確度。就部分問題 (如爆炸) 而言，執行物理測試可能成本過於高昂，甚至不可能執行。儘管如此，全球 Ansys 使用者仍信賴我們的顯式模擬結果的準確度。
隱式分析與顯式分析
雖然隱式和顯式方法都可用來解決時間依存型模擬，但決定使用哪種方法需視要解決的問題而定。
對涉及輕度非線性的動態有限元素分析 (FEA) 問題進行求解時，或是使用大型時間步進時，可使用隱式動力學。其中包括：
- 靜態平衡。
- 緩慢、線性與輕度非線性過程。
- 大幅度時間增量。
在計算涉及材料變形或失效等快速變化的高度複雜與非線性問題時，則應使用顯式動力學，例如：
- 落下測試。
- 衝擊與穿透。
- 斷裂。
- 震波。
- 大型變形。
哪種顯式動力學工具最適合您？
Ansys LS-DYNA 是世界上最常用的顯式模擬程式，能夠模擬落下測試、衝擊與穿透、撞擊與碰撞、乘員安全等應用。
Ansys Mechanical 中的 Ansys 顯式動力學
Ansys Mechanical 是頂尖的有限元求解器，具有結構、熱學、聲學、瞬態和非線性功能，可解決您最複雜的結構工程問題。
Ansys Autodyn 有多種模型可代表複雜的物理現象，例如液體、固體和氣體的交互作用、材料的相轉變、震波傳播，甚至是爆炸。
若要進行高度瞬態求解，高度非線性模擬、顯式動力學是時間積分方法的首選。若想瞭解領先業界的顯式模擬軟體，請查看 Ansys LS-DYNA 多物理求解器。