15 使用 Abaqus 软件进行有限元分析时，如何减少计算时间？

提高求解精度和缩短计算时间是有限元分析的两个重要目标，而这二者往往是互相矛盾的，缩短计算时间往往要以牺牲计算精度作为代价。如何根据不同的问题类型和求解要求，建立最合理的模型，用尽量短的计算时间得到足够精确的结果，是有限元分析过程中的一个重要问题。

影响分析时间的主要因素包括下列几个方面：

1） 分析类型

二维平面应力、平面应变和轴对称问题要比三维问题的模型规模小得多，如果所分析的问题符合二维模型的特征，就没有必要建立三维模型。《实例详解》中的很多实例都使用了二维模型，读者可以仔细思考一下在什么情况下可以选择二维模型。

另外，非线性问题比线性问题迭代收敛难度大，如果在模型中定义了接触、几何非线性、弹塑性材料等非线性参数，计算时间也会大大增加。

2） 网格密度

网格越细化，单元和节点数目就越多，计算时间也就越长。

3） 单元类型

对于同样的网格，二次单元（例如 C3D20R）比线性单元（例如 C3D8R）增加了很多内部节点，因此计算时间会大大增加；完全积分单元（例如 C3D8）和非协调单元（例如 C3D8I）的积分点比减缩积分单元（例如 C3D8R）多，计算时间也相对更长一些。

4） 接触的定义

接触面上的节点越多，计算时间就越长。有限滑移接触算法（finite sliding）比小滑移接触算法（**all sliding）计算量大，计算时间也更长。

5） 分析步时间、增量步和迭代步

在静力分析中，分析步时间没有实际的物理含义，计算时间取决于迭代步和增量步的数量。问题越复杂，收敛难度越大，增量步长就越小，需要的迭代次数也就越多，计算时间就越长。

在动力分析中，分析步时间对应实际的物理时间，分析步时间越长，则求解时间越长。一般情况下，在 Abaqus/Explicit 分析中都只定义很短的分析步时间（例如0.02 s），否则可能计算时间过长。

另外，影响 Abaqus/Explicit 分析时间的关键因素是稳定极限值，它取决于最小单元尺寸、材料性质、材料密度、单元类型等因素，详见本书第15.4.2节“Abaqus/Explicit 分析的增量步长”。

6） 计算机的性能

增大内存可以大大缩短 Abaqus/Standard 分析的计算时间，而对 Abaqus/Explicit 分析影响不大。提高 CPU 的主频、使用多 CPU 或并行计算对于加快 Abaqus/Standard 和 Abaqus/Explicit 的分析速度都很有效。