你是否也曾遇到这样的情景：设置好模型，开始运行任务，打开监控窗口，却发现它长时间空白，运行时间远超预期？模拟分析耗时过长时，我们往往会思考：“如何在不过度牺牲结果精度的前提下，让模拟跑得更快？”本文将分享一些与提升模拟速度相关的实用经验和建议。
1. 避免使用过多的单元
影响模拟速度的主要因素之一是自由度数量。自由度数量翻倍通常会导致模拟时间增加超过两倍。因此，在保证精度的情况下，尽可能减少单元数量可以显著提升速度。
对于对称问题，可以仅模拟一半模型，这至少能将模拟时间减半。Abaqus 的可视化功能允许你在模拟一半模型的同时查看完整结构。如果可以采用轴对称模型，模拟时间将进一步缩短，同时仍可呈现整体结构的可视化效果。
某些情况下，几何和初始加载步骤是轴对称的，但后续加载步骤则不然。例如，轮胎先进行充气（轴对称），再模拟与地面接触的使用载荷。此时，可使用轴对称单元模拟初始加载步骤，然后基于轴对称模型生成三维模型，并将载荷状态复制到三维模型中。这种方法能有效节约计算时间。
2. 确保暂存数据完全容纳于系统内存中
当分析的暂存数据无法完全保存在内存中时，自由度数量过多的问题会尤为突出。进行数据检查时，Abaqus 会估算所需内存大小，并在 .dat 文件的 MEMORY TO MINIMIZE I/O 部分给出建议。如果所需内存超过可用物理内存，系统将使用虚拟内存（即硬盘空间），而硬盘读写会显著降低性能，延长模拟时间。
3. 避免单个元素拖慢 Abaqus/Explicit 的模拟速度
显式算法具有条件稳定性，因此必须使用足够小的时间步长来确保稳定。时间步长越小，模拟相同总时长所需的增量步就越多，耗时也随之增加。
稳定时间步长取决于元素的密度、尺寸和刚度：密度越小、尺寸越小、刚度越大，稳定时间步长就越小。
在 Abaqus/Explicit 中，每个元素都会计算其最大稳定时间步长，并取所有元素中的最小值作为全局时间步长。这意味着，即使只有一个元素的时间步长远小于其他元素（例如 1e-7 对比 1e-5），整个模拟也会因该元素而延长 100 倍。因此，识别并修改这些限制性元素至关重要。
在网格模块中使用 verify mesh 工具，可以高亮显示稳定时间步长低于指定值的元素，从而帮助确定最需调整的区域。相关信息也会写入 .msg 文件，并可在任务诊断中查看。通过增大这些元素的尺寸，尤其是当少数元素的时间步长明显小于其他元素时，能有效减少模拟时间。
4. 在 Abaqus/Explicit 中对准静态分析使用缩放
在显式分析中，减少模拟的总时间或增大稳定时间步长均可缩短计算时间。对于准静态分析，有时可通过加快加载速度来缩短模拟总时间，但需注意：加载过快会引入动态效应，从而改变解的性质。如果材料具有率相关特性，则还需对应进行缩放。此时，增大稳定时间步长可能是更简便的选择。
通过增加质量可以增大稳定时间步长，例如手动指定更大的密度。Abaqus 也提供自动质量缩放功能（在显式步骤编辑器的“质量缩放”选项卡中设置），通过增加密度来提升稳定时间步长，加速模拟。但需注意，添加质量会改变惯性力，因此应确保动能保持较小，避免惯性效应影响结果。
5. 利用并行计算
并行处理是缩短运行时间最有效的方法之一。理想情况下，模拟时间应与使用的核心数成反比，但实际上由于任务分配与协调的开销，完全理想的并行难以实现。不过，在某些情况下仍可接近理想加速效果。
在“编辑任务”对话框的“并行化”选项卡中可启用并行计算。若使用命令行，可添加 cpus=N 参数（N 为核心数）。但并非所有模拟都适合并行，以下因素可能限制并行效果：
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自由度数量：自由度较少时，并行开销相对更大。建议每个核心至少分配 5000 个自由度。
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涉及大范围模型的接触或约束：如果模型的大部分被一个无法分割的约束覆盖，并行扩展性将受限。
使用多核心需要更多授权令牌。单核心运行需 5 个令牌，每增加一个核心（最多 8 核）需额外一个令牌。理想情况下，从 5 个令牌增至 6 个令牌可使模拟时间减半。
对于 Abaqus，不建议启用超线程，因为它不会提升速度却消耗更多令牌。合理的最大处理器数为物理核心数，而非虚拟核心数。超线程可在 BIOS 中关闭。
如果有充足的令牌和计算资源，可尝试在不同核心数上运行分析的初始部分，以测试并行扩展性并确定最佳核心数。
6. 注意约束的影响
即使不影响并行化，约束也可能在 Abaqus/Explicit 中对模拟时间产生负面影响。对于 TIE、COUPLING、MPC 和 CONNECTORS 等约束，Abaqus/Explicit 会采用隐式方法处理，这可能显著降低运行速度，尤其是在涉及大量节点时。例如，有案例显示，通过移除一个 MPC 约束并将其改为与刚性表面接触，模拟速度提升了 15 倍以上。
7. 定期重启系统
经验表明，在运行大型分析之间重启 Windows 工作站可能有助于减少运行时间。曾有案例中，同一问题在同样使用 16 核的情况下，运行时间从约 40 小时降至约 20 小时。另一案例中，重启后同一分析的运行时间从约 6 分钟缩短至约 4 分钟。虽然重启未必是唯一原因，但确实可能带来一定的加速效果。
通过以上七个方面的调整与优化，用户可以在不显著牺牲模拟精度的前提下，有效提升 Abaqus 的运行效率，缩短项目周期。
