LS-DYNA是LSTC公司的旗艦產(chǎn)品，專注于計(jì)算速度和精度，數(shù)十年來(lái)一直是汽車行業(yè)耐撞性和乘客安全仿真的黃金標(biāo)準(zhǔn)，其擅長(zhǎng)仿真材料在承受短時(shí)高強(qiáng)度載荷時(shí)的響應(yīng)，如碰撞、跌落以及金屬成型過(guò)程中發(fā)生的情況。

Ansys LS-DYNA應(yīng)用領(lǐng)域

LS-DYNA程序系列，最初是1976年在美國(guó)Lawrence Livermore National Lab.由J.O. Hallquist博士主持開發(fā)完成的，后經(jīng)1979、1981、1982、1986、1987、1988年版的功能擴(kuò)充和改進(jìn)，成為國(guó)際著名的非線性動(dòng)力分析軟件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、彈道設(shè)計(jì)、材料研制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

1988年J.O. Hallquist博士創(chuàng)建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，主要包括顯式LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、隱式LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、熱分析LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D，前后處理LS-MAZE、LS-ORION、LS-INGRID、LS-TAURUS等商用程序，進(jìn)一步規(guī)范和完善DYNA的研究成果，陸續(xù)推出930版（1993年）、936版（1994年）、940版（1997年），并增加了汽車安全性分析（汽車碰撞、氣囊、安全帶、假人）、薄板沖壓成型過(guò)程模擬，以及流體與固體耦合（ALE和Euler算法）等新功能，使得LS-DYNA程序系統(tǒng)在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，并建立了完備的質(zhì)量保證體系。

1997年LSTC公司將LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一個(gè)軟件包，稱為L(zhǎng)S-DYNA。2001年5月推出960版，它在950版基礎(chǔ)上增加了不可壓縮流體求解程序模塊，并增加了一些新的材料模型和新的接觸計(jì)算功能，從2001年到2003年初LSTC公司不斷完善960版的新功能，并于2003年3月正式發(fā)布970版。

2008-2011年期間，隱式功能可以使用大規(guī)模并行計(jì)算，至此，LS-DYNA嵌入可擴(kuò)展的隱式求解器。LS-DYNA隱式和顯式算法可以使用相同的單元和材料進(jìn)行建模，因此可以使用一個(gè)模型進(jìn)行靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。分析中，隱式和顯式可以無(wú)縫切換，提升了仿真的應(yīng)用水平。該求解器具備隱式線性和非線性算法，可以解決靜力問(wèn)題和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

除了隱式解決方案的進(jìn)展之外，現(xiàn)在還有許多其他新的功能。2012-2013年期間發(fā)布LS-DYNA R7.0，新增了三個(gè)求解器：EM，CESE和ICFD，以及用于支持后兩個(gè)求解器的體網(wǎng)格生成器，完成了多物理耦合的完整解決方案。

近年來(lái)，LSTC研發(fā)團(tuán)隊(duì)也從幾十人發(fā)展到了100多人，推出了從R8~R12版本，幾乎每年推出一個(gè)新版本。在隱式計(jì)算、S-ALE流固耦合計(jì)算、DEM離散元、NVH分析、SPH粒子法、SPG無(wú)網(wǎng)格法、ICFD不可壓縮流體及流固耦合計(jì)算、CESE高速可壓縮流體計(jì)算、電磁場(chǎng)（EM）計(jì)算、Peri-Dynamic算法等領(lǐng)域，尤其有快速的進(jìn)步與發(fā)展。以下列舉的是部分LS-DYNA支持的不同分析類型和方法：

• 任意拉格朗日歐拉方法

• 不可壓縮流體動(dòng)力學(xué)

• 守恒元/求解可壓縮流體

• 離散單元法

• 電磁學(xué)

• SPG無(wú)網(wǎng)格伽遼金方法

• S-ALE流固耦合

• 隱式仿真

• NVH分析

• SPH粒子法

• 熱傳導(dǎo)

• 近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)

S-ALE求解器與ALE完全相同，但S-ALE在實(shí)現(xiàn)上是獨(dú)立于ALE而全新開發(fā)的，網(wǎng)格的簡(jiǎn)單與單一性也使得程序變得簡(jiǎn)潔與易維護(hù)，簡(jiǎn)潔的程序又反過(guò)來(lái)提高了運(yùn)行的效率。

LS-DYNA頻域分析（FDA）模塊用于工程仿真和分析中進(jìn)行頻域模擬。它為客戶關(guān)注的行業(yè)，提供振動(dòng)、噪音和結(jié)構(gòu)耐久性的解決方案，例如車輛的NVH（噪音，振動(dòng)和平順度）以及金屬結(jié)構(gòu)和部件的耐久性，這種分析對(duì)于車輛和其他結(jié)構(gòu)的舒適性，安全性和完整性至關(guān)重要。

SPH法，作為一種無(wú)網(wǎng)格拉格朗日的粒子方法，有著它自身的優(yōu)點(diǎn)。作為無(wú)網(wǎng)格方法，它可以自然處理極端變形，移動(dòng)邊界，自由表面和可變形邊界。作為拉格朗日方法，物質(zhì)點(diǎn)的物理變量隨時(shí)間的變化可無(wú)需特殊處理而被輕易提取；自由表面和移動(dòng)邊界，以及物質(zhì)界面的邊界條件也自然滿足。作為粒子方法，它可以自然地運(yùn)用接觸算法來(lái)處理流體和固體間的相互作用。

SPG無(wú)網(wǎng)格方法是基于直接點(diǎn)積分（Direct Nodal Integration) 的迦遼金算法。直接點(diǎn)積分的不穩(wěn)定性問(wèn)題在SPG方法中用光滑位移理論 (Displacement Smoothing Theory) 進(jìn)行了處理，這使得該方法穩(wěn)定性好、精度高。相比于傳統(tǒng)高斯積分的無(wú)網(wǎng)格法，其效率又因?yàn)橹苯狱c(diǎn)積分得到了一定的提升。

不可壓縮流的計(jì)算模塊（ICFD Solver)，一開始就被設(shè)計(jì)為一個(gè)可以提供準(zhǔn)確性，以及具有可擴(kuò)展性的流體力學(xué)及多物理求解器，同時(shí)，可以簡(jiǎn)單地與LS-DYNA其他物理模塊整合起來(lái)。ICFD持續(xù)的發(fā)展重心放在了與新模塊整合、耦合算法的改良、計(jì)算效率的增進(jìn)、以及考慮到非計(jì)算流體力學(xué)或固體力學(xué)背景的使用者，其耦合計(jì)算時(shí)，步驟也非常簡(jiǎn)單。

可壓縮流的計(jì)算模塊（CESE Solver)，該模塊采用的是計(jì)算流體力學(xué)中一種新的數(shù)值計(jì)算方法，即守恒元/解元（CE/SE)方法，也稱時(shí)-空守恒格式。該方法與傳統(tǒng)計(jì)算方法相比有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。該方法采用了一種簡(jiǎn)單而有效的激波捕捉技術(shù)，不像許多傳統(tǒng)方法那樣需要求解黎曼問(wèn)題。它把流體守恒變量及其空間偏導(dǎo)數(shù)都作為變量來(lái)同時(shí)進(jìn)行求解，從而使其比同類格式的計(jì)算精度更高。

電磁場(chǎng)計(jì)算模塊（EM Solver)，該模塊求解的是渦電流（誘導(dǎo)-擴(kuò)散）逼近下的麥克斯韋方程組，它主要適用于當(dāng)電磁波在空氣或真空中的傳播可以看作是在瞬間完成的，進(jìn)而波的傳播過(guò)程無(wú)需求解的情形。該EM模塊已與固體結(jié)構(gòu)分析程序及固體傳熱程序進(jìn)行了耦合。在電磁場(chǎng)的求解過(guò)程中，它對(duì)導(dǎo)體采用的是有限元方法（FEM)，而對(duì)周圍的空氣及絕緣體采用的則使用邊界元方法（BEM)。

鍵型近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)（Bond-Based Peridynamics），是最近十幾年興起的，模擬脆性材料裂紋擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)破壞行為的新型非局部理論。針對(duì)傳統(tǒng)鍵型近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的局限性，例如特殊的位移邊界條件施加方法和均勻網(wǎng)格要求，LS-DYNA利用非連續(xù)伽遼金理論構(gòu)建了針對(duì)鍵型近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的虛功控制方程，在有限元法的框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)了該理論。該方法在汽車擋風(fēng)玻璃、水泥構(gòu)件、脆性塑料構(gòu)件的破壞模擬中得到廣泛應(yīng)用。

Ansys與LSTC公司已是多年的合作伙伴。1996年首次發(fā)布Ansys LS-DYNA，2013年LS-DYNA與Ansys Workbench集成，工程師使用熟悉的Workbench用戶界面就能輕松開展LS-DYNA仿真。Ansys Workbench與LS-DYNA的結(jié)合幫助顯式動(dòng)力學(xué)仿真得到擴(kuò)展，超越了某個(gè)專業(yè)領(lǐng)域龍頭的范疇。同時(shí)，開展多物理場(chǎng)仿真所需的計(jì)算資源成本更低，使得LS-DYNA的可擴(kuò)展性能夠應(yīng)用到自由度越來(lái)越高的模型上。

在2019年收購(gòu)LSTC后，Ansys能更加深入地集成LS-DYNA的顯式動(dòng)力學(xué)求解器，該代碼來(lái)源于使用顯式時(shí)間積分的高度非線性、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)有限元分析(FEA)方法，可以幫助不同熟練度的工程師更輕松地求解瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，例如汽車碰撞、鳥撞飛機(jī)和爆炸等。Ansys與LS-DYNA求解器相結(jié)合的仿真解決方案有助于工程師詳細(xì)了解此類事件中發(fā)生的非線性現(xiàn)象。

Ansys LS-DYNA提供了可以在Ansys Mechanical環(huán)境中使用的前、后處理工具，包括自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能和定義材料、接觸、載荷和邊界條件的功能。工程師無(wú)需離開直觀的Ansys Workbench環(huán)境，就能對(duì)準(zhǔn)備進(jìn)行顯式分析的CAD幾何結(jié)構(gòu)開展參數(shù)化研究。Ansys LS-DYNA、Workbench用戶可以使用Ansys SpaceClaim進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)建模以及雙向的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)連接。

Ansys LS-DYNA中可提供一系列精確的實(shí)體、殼和梁的低階和高階元公式。這些單元可以通過(guò)Ansys Mechanical界面應(yīng)用到每個(gè)部件上，這樣工程師就能將高保真度單元僅放置到需要節(jié)省時(shí)間的區(qū)域。不同部件之間、部件內(nèi)和單個(gè)元素內(nèi)的接觸可以自動(dòng)檢測(cè)。

使用Ansys Mechanical和LS-DYNA的工程師和仿真分析師發(fā)現(xiàn)，與Workbench集成能夠縮短他們的求解時(shí)間。這種速度提升部分源自于LS-DYNA的并行計(jì)算，該計(jì)算可以從臺(tái)式計(jì)算機(jī)擴(kuò)展到使用Linux、Windows和UNIX的數(shù)千個(gè)處理器集群。此外，Ansys LS-DYNA用戶還能受益于Ansys Mechanical中的內(nèi)在工作流程效率和易用性。

如今，幾乎所有類型的工程師，都能夠使用Ansys LS-DYNA仿真來(lái)研究涉及嚴(yán)重材料變形或失效的產(chǎn)品行為。該軟件便于研究部件之間的相互作用，讓用戶能夠輕松評(píng)估部件和裝配體的綜合行為，或組成更大系統(tǒng)的產(chǎn)品行為。自行車頭盔撞擊路面、含有破碎葉片碎片的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、國(guó)防設(shè)備對(duì)爆炸的反應(yīng)、水電大壩在地震中搖晃或服務(wù)器撞擊地板，都是利用LS-DYNA研究相互作用的例子。嚴(yán)重材料變形行為可能發(fā)生在安全氣囊部署和液壓成形過(guò)程中的金屬?gòu)澢仍S多物理問(wèn)題有關(guān)。使用Ansys LS-DYNA可以分析的瞬態(tài)和接觸問(wèn)題有成千上萬(wàn)。

經(jīng)渲染后的LS-DYNA碰撞仿真（渲染圖片由EdHelwig提供）

碰撞測(cè)試后的車輛。仿真可用于最大限度地減少所需的物理測(cè)試數(shù)量（圖片由美國(guó)國(guó)家高速公路交通管理局提供）

除了研究部件的相互作用，Ansys LS-DYNA還可提供鮮為人知但非常強(qiáng)大的功能，解決難以通過(guò)物理測(cè)試進(jìn)行評(píng)估的強(qiáng)耦合多物理場(chǎng)問(wèn)題。該軟件的顯式和隱式方法可以用相同模型仿真靜態(tài)和動(dòng)態(tài)問(wèn)題。之所以可以開展這些仿真，是因?yàn)長(zhǎng)S-DYNA求解器能夠用一個(gè)求解器處理多階段、多尺度、多物理場(chǎng)問(wèn)題，比如電動(dòng)車電池的內(nèi)部短路行為、高爾夫球棒擊球的噪聲、振動(dòng)和粗糙度、汽車輪胎駛過(guò)水池的飛濺和打滑行為，甚至主動(dòng)脈人工心臟瓣膜在血液泵送通過(guò)時(shí)的復(fù)雜啟閉行為。

起搏器→生物電→心室瓣膜→血液流動(dòng)

LS-DYNA與Ansys Workbench的深入集成，將有助于優(yōu)化多物理場(chǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)工作流程，以便充分利用電氣化、自動(dòng)駕駛汽車和5G等顛覆性技術(shù)，因?yàn)檫@些技術(shù)將繼續(xù)從汽車、航空航天和通訊行業(yè)向外擴(kuò)展，幾乎進(jìn)入到各個(gè)行業(yè)。更大規(guī)模、更復(fù)雜的問(wèn)題需要速度更快、更易獲取的解決方案，而這正是Ansys收購(gòu)LSTC后為客戶所能提供的解決方案。Ansys收購(gòu)LSTC后，雙方的客戶都期望實(shí)現(xiàn)更深入的技術(shù)集成。隨著Ansys進(jìn)一步將LS-DYNA集成到Workbench中，客戶可以確保他們將處于公司決策流程的核心位置。