Abaqus血管支架仿真|分析步设置(下)：动态分析

6月前浏览20666

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了四种动力学分析方法：隐式动力学、准静态、自然频率提取和显式动力学。其中，隐式动力学适用于支架分析，特别是准静态应用。准静态分析有利于稳定的惯性效应，特别适用收敛困难的静态程序。自然频率提取是相对性价比高的分析，能够揭示重要的支架的动态特性。显式动力学使用显式时间积分方案，计算系统的响应，适用于高速撞击事件。

4. 隐式动力学Implicit Dynamics

隐式动力学，采用隐式时间积分法，计算系统的瞬动态或准静态响应，非条件稳定-对时间增量大小没有要求。

利用不同的时间积分方案和能量消耗水平，适用于三种应用类型：

瞬态保真度——需要最小能量耗散的动态响应；
适度耗散——动态响应涉及非线性、接触和适度的能量耗散；
准静态——准静态响应，其中相当大的能量耗散是为了测定实质静态解，提供稳定性和改进的收敛行为。

故而，隐式动力学适用于支架分析。特别是准静态应用。

Quasi-static准静态，用于需要静态求解的工况，有利于稳定的惯性效应，特别适用收敛困难的静态程序；类似通用静态求解，默认的幅值类型是“ramp”而不是“step”；采用反向欧拉时间积分器，高数值耗散；自动时间递增方案与静态程序相同，调整密度(或加载率)，以确保动能与内能之比更小。

▲ 准-静态应用

5. 自然频率提取Natural Frequency Extraction

当使用动态求解对支架进行准静态分析时，应该进行自然频率提取。

频率提取是相对性价比高的分析，能够揭示重要的支架的动态特性。通常对未变形的支架上进行；但要注意残余应力和大变形影响结构的固有频率；基于支架结构的变形，能够得到更精确的固有频率解，例如，对于展开支架的弯曲疲劳分析，基于扩张状态提取的固有频率，要比基于切割支架提取的固有频率更精确。

详细的频率提取设置，在视频课程中加以演示。

▲ 频率提取

6. 显式动力学Explicit Dynamics

显式动力学使用显式时间积分方案，计算系统的响应, 使用的求解方法是Abaqus/Explicit。

显式方法是有条件稳定——只在时间增量小于临界值时给出有界解——稳定时间增量。最初开发它是为了模拟高速撞击事件，从计算方面来讲，在自然时间，建立准静态过程模型是不现实的，实际上需要数百万次的时间增量；增量总数可以通过：分析步时长越短越好（物理时长）、受材料波速和最低固有模态的约束、稳定时间增量尽可能大（网格方面考虑）。

稳定时间增量：膨胀波穿过模型中所有单元所需要的最小时间。对于每个单元，可以表示为

式中，L^e 为单元的特征长度，cd为膨胀波速。

对于泊松比为零的线弹性材料:

式中，E为杨氏模量，r是材料密度。

通常使用较大单元、较软材料和较大材料密度来增大稳定时间增量的尺寸，因为最小稳定时间增量的单元，控制整个模型的增量尺寸，均匀大小的网格有利于增加Δt。

质量缩放：一种通过缩放材料密度，增加稳定时间增量的技术，如果人为地将材料密度增加f^2倍，则波速降低了f倍，稳定时间增量以f倍增加。质量缩放的方式有固定和变化两种方式。质量缩放系数的制定也有直接指定和指定目标两大类。质量缩放的具体设置在视频中再加以详解和操作。

在显式求解过程中，会有一些诊断警告信息，比如变形波速警告、翘曲表面警告、壳单元厚度警告、初始超闭警告等，需要加以注意。

准静态分析：基于显式动力学的准静态分析，为了方便起见，将惯性力与其它力分离，建立动力平衡方程

P - I =Mü

当惯性效应足够小时，上述方程简化为静力平衡形式。

建立的分析，其结果需要仔细监测，以确保惯性效应足够小，以产生准静态解。

同时需要选择合适的加载速度。

准静态分析的主要响应，将是对应于施加荷载的最低的结构阵型，一般建议将变形速度，限制在材料波速的1%以内，比如，金属的典型波速是5000米/秒。

应采用频率提取分析，计算结构的最低振型。加载持续时间，应长于最低对应结构振型的周期，以避免激发任何固有模态，例如，如果载荷处于弯曲状态，寻找最低的弯曲模态。在准静态分析的大部分过程中，变形材料的动能不应超过其内能的一小部分，通常一小部分即1 -5%。准静态加载的改善方法，比如使用平滑的SMOOTH STEP曲线、用速度代替位移加载、渐变工具速度为零等。