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1、LS-DYNA 简介LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的 各种复杂问题 ，特别适合求解各种二维、 三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线 性动力冲 击问题，同时可以求解传热、 流体及流固耦合问题。 在工程应用领域被广泛认可 为最佳的 分析软件包。与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。由 J.O.Hallquist 主持开发完成的 DYNA 程序系列被公认为是显式有限元程序 的鼻祖和理论 先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。1988 年 J.O.Hallqu ist 创建 LSTC 公司，推出 LS-DYNA 程序系列，并于
2、1997 年将 LS-DYNA2D 、 LS-DYNA3D 、LS-TOP AZ2D 、LS-TOPAZ3D 等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA 。PC 版的前后 处理采用 ETA 公司的 FEMB ，新开发的后处理为LS-POST 。LS-DYNA 的最新版本是 2001 年 5 月推 出的 960 版。LS-DYNA 功能特点LS-DYNA 程序 960 版是功能齐全的几何非线性 （大位移、大转动和大应变）、 材料非线性 （140 多种材料动态模型） 和接触非线性 （50 多种）程序。它以 Lagrange 算法 为主，兼有 A LE 和 Euler 算法；以显式求解为主，兼有隐式求
3、解功能；以结构分析为主，兼 有热分析、流 体-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前 的预应力计 算和薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用相结合的通用结构分析非线性有 限元程序 。-LS-DYNA 功能特点1.分析能力：非线性动力学分析 多刚体动力学分析 准静态分析（钣金成型等） 热分析 结构-热耦合分析流体分析： 欧拉方式 任意拉格郎日 -欧拉（ ALE） 流体 -结构相互作用 不可压缩流体 CFD 分析 有限元 -多刚体动力学耦合分析（MADYMO ，CAL3D ） 水下冲击 失效分析 裂纹扩展分析 实时声场分析 设计优化 隐式回弹 多物理场耦合分析 自适应网
4、格重划 并行处理（ SMP 和 MPP）2.材料模式库 (140 多种) 金属 塑料 玻璃 泡沫 编制品 橡胶（人造橡胶） 蜂窝材料 复合材料 混凝土和土壤 炸药 推进剂 粘性流体 用户自定义材料3.单元库 体单元 薄/厚壳单元 梁单元 焊接单元 离散单元 束和索单元 安全带单元 节点质量单元 SPH 单元4.接触方式 (50 多种) 柔体对柔体接触 柔体对刚体接触 刚体对刚体接触 边-边接触 侵蚀接触 充气模型 约束面 刚墙面 拉延筋5.汽车行业的专门功能 安全带 滑环 预紧器 牵引器 传感器 加速计 气囊 混合 III 型假人模型6.初始条件、载荷和约束功能初始速度、初应力、初应变、初始动
5、量（模拟脉冲载荷）； 高能炸药起爆； 节点载荷、压力载荷、体力载荷、热载荷、重力载荷； 循环约束、对称约束（带失效）、无反射边界； 给定节点运动（速度、加速度或位移）、节点约束； 铆接、焊接（点焊、对焊、角焊）； 二个刚性体之间的连接球形连接、旋转连接、柱形连接、平面连接、万向连 接、平移连接； 位移/转动之间的线性约束、壳单元边与固体单元之间的固连； 带失效的节点固连。7.自适应网格剖分功能 自动剖分网格技术通常用于薄板冲压变形模拟、薄壁结构受压屈曲、 三维锻压问 题等大变 形情况，使弯曲变形严重的区域皱纹更加清晰准确。 对于三维锻压问题， LS-DYNA 主要有两种方法：自适应网格剖分和任
6、意拉格朗 日-欧拉网格 （ALE）网格进行 Rezoning ），三维自适应网格剖分采用的是四面体单元。8. ALE 和 Euler 列式 ALE 列式和 Euler 列式可以克服单元严重畸变引起的数值计算困难，并实现流体 -固体耦合的 动态分析。在 LS-DYNA 程序中 ALE 和 Euler 列式有以下功能： 多物质的 Euler 单元，可达 20 种材料； 若干种 Smoothing 算法选项； 一阶和二阶精度的输运算法； 空白材料； Euler 边界条件：滑动或附着条件； 声学压力算法； 与 Lagrange 列式的薄壳单元、实体单元和梁单元的自动耦合。9.SPH 算法SPH（Smo
7、othed Particle Hydrodynamics）光顺质点流体动力算法是一种无网 格 Lagrange 算法，最早用于模拟天体物理问题， 后来发现解决其它物理问题也是非常有用的 工具，如 连续体结构的解体、碎裂、固体的层裂、脆性断裂等。SPH 算法可以解决许多 常用算法解决 不了的问题， 是一种非常简单方便的解决动力学问题的研究方法。由于它是无网 格的，它 可以用于研究很大的不规则结构。SPH 算法适用于超高速碰撞、靶板贯穿等过程的计算模拟，下图是泰勒杆冲击 试验模拟。10.边界元法 LS-DYNA 程序采用边界元法BEM （Boundary Element Method）求解流体 绕
8、刚体或变形体 的稳态或瞬态流动，该算法限于非粘性和不可压缩的附着流动。11.隐式求解 用于非线性结构静动力分析，包括结构固有频率和振型计算。LS-DYNA 中可以 交替使用隐式 求解和显式求解， 进行薄板冲压成型的回弹计算、结构动力分析之前施加预应力 等。12.热分析 LS-DYNA 程序有二维和三维热分析模块，可以独立运算，也可以与结构分析耦 合，可进行稳 态热分析，也可进行瞬态热分析，用于非线性热传导、静电场分析和渗流计算。热传导单元： 8 节点六面体单元（ 3D），4 节点四边形单元（ 2D）；材料类型： 各向同性、正交异性热传导材料， 可以与温度相关， 以及各向同性热 传导材料 的相变
9、；边界条件：给定热流flux 边界，对流 convection 边界，辐射 radiation 边界，以 及给定温度 边界，它们可随时间变化； 给定初始温度， 可计算二个物体接触界面的热传导和 热辐射， 给定材料内部热生成（给定热源）；热分析采用隐式求解方法，过程控制有： 稳态分析还是瞬态分析； 线性问题还是非线性问题； 时间积分法： Crank-Nicholson法（a=0.5）和向后差分法（a=1 ）； 求解器：直接法或迭代法； 自动时步长控制。13.不可压缩流场分析 LS-DYNA 不可压缩流求解器是960 版新增加的功能，用于模拟分析瞬态、不可 压、粘性流体 动力学现象。 求解器中采用
10、了超级计算机的算法结构，在确保有限元算法优点的 同时计算 性能得到大幅度提高，从而在广泛的流体力学领域具有很强的适用性。14.多功能控制选项多种控制选项和用户子程序使得用户在定义和分析问题时有很大的灵活性。输入文件可分成多个子文件；用户自定义子程序；二维问题可以人工控制交互式或自动重分网格（REZONE ）；重启动；数据库输出控制；交互式实时图形显示；开关控制 -可监视计算过程的状态；对 32 位计算机可进行双精度分析。15.前后处理功能 LS-DYNA 利用 ANSYS 、LS-INGRID 、ETA/FEMB 及 LS-POST 强大的前后处 理模块，具有多种自动 网格划分选择，并可与大多
11、数的CAD/CAE 软件集成并有接口。后处理：结果的彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、等值面、粒子流迹 显示、立 体切片、透明及半透明显示；变形显示及各种动画显示；图形的PS、TIFF 及 HPGL 格式输出 与转换等。16.支持的硬件平台 LS-DYNA 960 版的 SMP 版本和 MPP 版本是同时发行的。 MPP 版本使一项任 务可同时在多台分布 计算机上进行计算，从而最大限度地利用已有计算设备，大幅度减少计算时间。 计算效率 随计算机数目增多而显著提高。LS-DYNA 960 版的 SMP 版本和 MPP 版本可以在 PC 机（NT、LINUX 环境）、 UNIX 工作站、超级计 算机上运行。LS-DYNA 应用领域汽车工业碰撞分析气囊设计乘客被动安全部件加工航空航天鸟撞；叶片包容；飞机结构冲击动力分析；碰撞，坠毁；冲击爆炸及动态载荷；火箭级间分离模拟分析；宇宙垃圾碰撞；特种复合材料设计制造业冲压锻造铸造切割,等建筑业地震安全混凝土结构爆破拆除公路桥梁设计国防内弹道和终点弹道；装甲和反装甲系统；穿甲弹与破甲弹设计；战斗部结构设计；冲击波传播；侵彻与开坑；空气，水与土壤中爆炸；核废料容器设计，等电子领域跌落分析包装设计热分析电子封装石油工业液体晃动；完井射孔；管道设计；爆炸切割；事故模拟；海上平台设计其它应用玻璃成型生物医学
