降低ABAQUS/Explicit显式计算成本的方法

计算成本：

显式（Explicit）分析中，基于单元的稳定极限（时间增量）可由下式计算：

在二维分析中，在每个方向上将网格加密为2倍，显式分析的运行时间增加4-8倍，初始时间增量大小减小一半。类似地，在三维分析中，在每个方向上网格加密为2倍将使运行时间增加16倍。在准静态分析（quasi-static analysis）中，通过加速模拟过程或缩放质量的方式来降低计算成本是很有效的。但是都应该监测动能，确保动能与内部能量的比值不会太大—通常需小于10%。

实例说明：

以二维平面应变管道贯入为例，说明Explicit中降低计算成本的通用方法：

1. 使用多线程和调整动态负载降低计算成本

在提交Job选项框里可启用多线程计算，所选线程数不能超过电脑CPU的实际线程数，一般不带超线程的CPU，建议不要将所有线程用于计算，否则电脑会卡顿，无法进行其他操作，保留1-2个线程比较稳妥。动态负载域的个数要大于等于线程数，一般采用默认值。

注意：在Monitor中显示的CPU Time并非实际计算所花费的时间，计算成本应该以Log文件中完成时间（Completed）与提交时间（Submitted）的差值为准，但CPU Time与计算成本呈正相关，故以CPU Time来衡量计算成本。

2. 加速模拟过程降低计算成本

      为了减少所需的增量步数，n，可以加快模拟（相对于事件的实际时间），即人为地缩短事件的时间周期，但是这可能引发两个错误：

1）   如果模拟速度过快，增加的惯性力将严重影响之后的分析结果。避免该情况的唯一方法是适当的提速，不能过大。

2）   除了惯性力，其他因素，例如材料特性也可能与速率有关。在这种情况下，所模拟事件的实际时间不能更改。

这种方法很常见，例如在模拟贯入问题时，现场实际的时间可能是几个小时，贯入速度为几毫米每秒，而模拟时通常将分析时间设置为几秒或几分钟，来降低计算成本。

注：此处使用了相同的多线程和质量缩放。

加速模拟过程降低计算成本效果显著，但是速度必须合适。

3. 质量缩放降低计算成本

人为地增加材料密度ρ，假定放大因子为f²，则增量步数由n降低到n/f，T降低到T/f，这个概念称为“质量缩放”。它降低了事件时间与波动在单元间传播的时间之比，同时使事件时间保持不变。这允许在分析中包含与速率相关的特性。但必须谨慎地使用，以确保惯性力不会对分析结果产生显著影响。质量缩放对惯性力的影响与加速模拟时间的方式相同。质量缩放可以通过改变密度来完成，但是ABAQUS中提供了更多的方法来缩放整个模型或模型中的特定单元集。      

以下通过增大密度实现质量缩放：

注：使用了双线程计算。

计算时间近似变为原来的1/sqrt(f)倍。放大倍数不能太大，否则计算结果将出现较大的偏差。

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