在上一篇內(nèi)容中我們有介紹，線性分析是工程中評(píng)估受力情況下結(jié)構(gòu)性能的最常用方法。線性分析基于一定的假設(shè)（材料應(yīng)力應(yīng)變之間存在線性關(guān)系、小變形），當(dāng)結(jié)構(gòu)在載荷的作用下發(fā)生變形時(shí)，由于形狀、材料、支撐關(guān)系等因素的影響，其剛度會(huì)發(fā)生變化。如果變形很大，則其形狀會(huì)發(fā)生變化；如果材料達(dá)到失效極限，則材料屬性將會(huì)變化。另一方面，如果剛度變化足夠小，則可以假定在變形過(guò)程中形狀或材料屬性沒(méi)有任何變化，這種假設(shè)是線性分析的基本原理，所以可以說(shuō)“剛度”這個(gè)詞定義了線性分析與非線性分析間的根本區(qū)別。

線性只是我們對(duì)復(fù)雜物理現(xiàn)象的簡(jiǎn)化，非線性才是客觀世界的常態(tài)。工程中遇到的一些復(fù)雜問(wèn)題如橡膠等超彈性材料壓縮，結(jié)構(gòu)高速碰撞、跌落，金屬加工成型等（上述問(wèn)題包括幾何非線性，材料非線性或接觸非線性），需要借助非線性分析去解決。眾所周知，Abaqus 以強(qiáng)大的非線性問(wèn)題處理能力而著稱，其求解非線性問(wèn)題不僅具有良好的收斂性，并且其計(jì)算精度也得到工程領(lǐng)域的認(rèn)可。今天我們介紹兩個(gè)平臺(tái)中基于Abaqus求解器的結(jié)構(gòu)力學(xué)角色：

Structural Performance Engineer 結(jié)構(gòu)性能工程師（以下簡(jiǎn)稱SFO）

Structural Mechanics Engineer 結(jié)構(gòu)力學(xué)工程師（以下簡(jiǎn)稱SSU）

01.Structural Performance Engineer

（SFO）結(jié)構(gòu)性能工程師

Structural Performance Engineer （SFO）結(jié)構(gòu)性能工程師是3DEXPERIENCE平臺(tái)上的力學(xué)分析角色，使用Abaqus Standard求解器（隱式求解器），相較于上期介紹的SLL，增加了非線性靜態(tài)、隱式動(dòng)態(tài)分析步和通用接觸功能。SFO支持以下類型的模擬：

線性靜態(tài)

模態(tài)分析

屈曲分析

熱-力耦合分析

諧波響應(yīng)

模態(tài)動(dòng)態(tài)分析

高級(jí)網(wǎng)格/高級(jí)單元

多分析步

非線性靜態(tài)

隱式動(dòng)態(tài)分析步

通用接觸

下面對(duì)SFO中的重點(diǎn)功能及使用場(chǎng)景做簡(jiǎn)述（其他功能如線性靜態(tài)、模態(tài)分析等與SRD\SLL一致，請(qǐng)參考上一篇MODSIM介紹內(nèi)容）：

隱式動(dòng)態(tài)分析步

使用Abaqus Standard隱式求解器，隱式求解的特點(diǎn)是利用迭代的方法求解下個(gè)增量步的未知量，即對(duì)于一個(gè)問(wèn)題，隱式是將其看作一個(gè)整體，進(jìn)行矩陣的計(jì)算，迭代方法一般為Newton-Rapson法。隱式求解沒(méi)有條件穩(wěn)定，任何大小的時(shí)間增量皆可讓結(jié)果在一定范圍內(nèi)，但由于采用的是迭代的方法，因此有計(jì)算收斂性問(wèn)題。隱式求解器適用于靜態(tài)、輕度/平滑非線性問(wèn)題和低速動(dòng)力學(xué)問(wèn)題（這些問(wèn)題通常都對(duì)應(yīng)力精度有很高的要求），如橡膠墊片單元密封問(wèn)題，輪胎穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)問(wèn)題，復(fù)合材料機(jī)翼裂紋擴(kuò)展等問(wèn)題。

02.Structural Mechanics Engineer

（SSU）結(jié)構(gòu)力學(xué)工程師

Structural Mechanics Engineer （SSU）結(jié)構(gòu)力學(xué)工程師是3DEXPERIENCE平臺(tái)上的高級(jí)結(jié)構(gòu)仿真角色，基于云端3DEXPERIENCE平臺(tái)使用，使用Abaqus隱式及顯式求解器。SSU可以幫助工程師對(duì)結(jié)構(gòu)的線性和非線性靜態(tài)、低速和高速動(dòng)態(tài)和熱仿真進(jìn)行研究，另外SSU的材料校準(zhǔn)功能有助于確保準(zhǔn)確的材料行為建模。SSU支持以下類型的模擬：

線性靜態(tài)

模態(tài)分析

屈曲分析

熱-力耦合分析

諧波響應(yīng)

模態(tài)動(dòng)態(tài)分析

高級(jí)網(wǎng)格/高級(jí)單元

多分析步

非線性靜態(tài)

隱式動(dòng)態(tài)分析步

通用接觸

顯式動(dòng)態(tài)分析步

準(zhǔn)靜態(tài)分析

隨機(jī)振動(dòng)

材料擬合

幾何清理

下面對(duì)SSU中的增加功能及使用場(chǎng)景做簡(jiǎn)述：

隨機(jī)振動(dòng)分析

隨機(jī)振動(dòng)分析是研究結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)在隨機(jī)激勵(lì)下響應(yīng)的方法，它在工程領(lǐng)域中具有重要意義，特別是在航空航天、汽車、機(jī)械和土木工程等需要考慮不確定性和環(huán)境激勵(lì)的領(lǐng)域。隨機(jī)振動(dòng)是指結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)受到的激勵(lì)是隨機(jī)的，即激勵(lì)的大小、方向和時(shí)間分布具有不確定性。這種激勵(lì)通常由自然現(xiàn)象（如風(fēng)、地震、海浪）或人為因素（如車輛行駛、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)）引起。通過(guò)隨機(jī)振動(dòng)分析，可以幫助評(píng)估結(jié)構(gòu)在隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境下的安全性，確保其在極端條件下的穩(wěn)定性和完整性。

在SSU中進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析的流程與Abaqus類似，首先創(chuàng)建模態(tài)動(dòng)態(tài)分析步，通過(guò)模態(tài)分析可獲得構(gòu)件的固有頻率和振型，再創(chuàng)建隨機(jī)振動(dòng)分析步，定義并施加加速度功率譜密度。

準(zhǔn)靜態(tài)分析

準(zhǔn)靜態(tài)分析是一種用于模擬材料響應(yīng)隨時(shí)間變化的問(wèn)題的分析方法，適用于慣性效應(yīng)可以忽略的情況。準(zhǔn)靜態(tài)分析可以是線性的也可以是非線性的。在準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中，系統(tǒng)在任意時(shí)刻都接近于平衡狀態(tài)，因此可以將整個(gè)過(guò)程看作是由一系列極接近平衡的狀態(tài)所構(gòu)成。在Abaqus中，Abaqus/Standard里的準(zhǔn)靜態(tài)分析適用于分析蠕變、膨脹、粘彈性和雙層粘塑性等材料響應(yīng)問(wèn)題，除了常規(guī)的靜態(tài)分析輸出變量外，還特別為蠕變問(wèn)題提供了相關(guān)變量；而在Abaqus/Explicit中，能夠更有效地模擬高度非線性的準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題，會(huì)用于處理復(fù)雜的接觸問(wèn)題和大變形問(wèn)題，如金屬成型分析。

當(dāng)然，由于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程本質(zhì)上是長(zhǎng)期的，直接模擬其自然時(shí)間尺度上的事件在計(jì)算上不切實(shí)際，因此需要采取一些方式來(lái)加速模擬，例如可以通過(guò)人為提高加載速率或采用質(zhì)量縮放來(lái)實(shí)現(xiàn)。SSU中沿用了Abaqus的方法，準(zhǔn)靜態(tài)分析可以基于隱式/顯式求解器使用。

顯式動(dòng)態(tài)分析步

使用Abaqus Explicit顯式求解器，可以廣泛用于模擬動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。顯式求解僅考慮前一時(shí)刻的狀態(tài)量，不需要迭代；有條件穩(wěn)定，增量必須小于某一臨界值才能讓結(jié)果達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；不存在計(jì)算收斂問(wèn)題（大變形可收斂）?；谝陨咸攸c(diǎn)，顯式求解特別適用于分析瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，例如手機(jī)和其他電子產(chǎn)品的跌落實(shí)驗(yàn)、彈道沖擊、汽車及子系統(tǒng)的沖擊、碰撞等。顯式求解還能用于金屬成型和多步驟成型模擬。

顯式求解器的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其高效的計(jì)算能力，尤其在處理具有復(fù)雜接觸和高度非線性的問(wèn)題時(shí)表現(xiàn)優(yōu)異。例如，在汽車碰撞分析中模擬車輛結(jié)構(gòu)的安全性和氣囊展開過(guò)程。顯式求解提供了自適應(yīng)網(wǎng)格功能，使其能夠模擬材料發(fā)生嚴(yán)重變形的問(wèn)題，如金屬成型。

除了本身的仿真功能以外，SSU還具備一些前處理功能如幾何特征清理，另外通過(guò)SSU也可以進(jìn)行材料參數(shù)擬合，根據(jù)物理測(cè)試數(shù)據(jù)創(chuàng)建真實(shí)的材料屬性，減少材料模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的誤差，提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確。

以上就是本期內(nèi)容，下一期我們會(huì)介紹包含疲勞分析的結(jié)構(gòu)力學(xué)角色，敬請(qǐng)期待！