LS-DYNA概況

Mr.CAEnet

2006年4月13日 12:06

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LS-DYNA 是世界上著名的通用顯式動力分析程序。它以Lagrange算法為主，兼有ALE和Euler算法；以顯式求解為主，兼有隱式求解功能；以結構分析為主，兼有熱分析、流體-結構耦合功能；以非線性動力分析為主，兼有靜力分析功能（如動力分析前的預應力計算和薄板沖壓成形后的回彈計算）；特別適合求解各種結構的高速碰撞、爆炸和金屬成型等高度非線性瞬態動力學問題。在工程界得到廣泛應用并被認為是最佳的顯式分析軟件包，與實驗結果的無數次對比證實了其計算的可靠性和準確性。

LS-DYNA的前身是由John O. Hallquist博士在美國勞倫斯.利渥摩爾國家實驗室主持開發的DYNA3D、DYNA2D程序系列，當時開發的主要目的是為武器設計提供分析工具。 1988年底，John O. Hallquist博士創建了LSTC公司，大大加快了軟件開發的步伐，并將LS-DYNA的應用由國防軍工推廣到民用產品。1997年LSTC公司將 LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一個軟件包，稱為LS-DYNA，版本940。以后的數年中分別推出了950、960、970版，增加了汽車安全性分析、板成形過程模擬、ALE和Euler算法、不可壓縮流體、新的材料模型、新的接觸功能、隱式算法、雙精度計算、新單元形式等功能。2003年LSTC與MSC.software公司簽署合作協議，將LS-DYAN程序集成入 MSC.DYTRAN和MSC.NASTRAN程序，大大增強了LS-DYNA的分析能力。

目前，LS-DYNA程序系列被公認為是顯式有限元程序的鼻祖和理論先導，是目前所有顯式求解程序（包括顯式板成形程序）的基礎代碼。

主要應用領域：

汽車工業

碰撞分析、乘員約束系統及氣囊設計、乘客被動安全、部件加工、輪胎在積水路面排水性和動平衡分析

國防與軍工

內彈道及終點彈道效應、侵徹與開坑、裝甲和反裝甲系統、穿甲彈與破甲彈設計、戰斗部結構設計及起爆參數/殺傷元素優化、沖擊波傳播、空氣/水/土壤與容器中爆炸、爆炸成形、爆炸分離、爆炸容器的設計優化分析、激光束/定向能等多種動態載荷加載模擬分析、爆炸對建筑物等設施結構的破壞分析、核廢料容器設計等

電子工業

跌落沖擊分析、包裝設計、熱分析、電子封裝、電子產品抗沖擊性設計

航空航天

鳥撞、葉片包容性設計、異物損傷分析、飛機結構沖擊動力分析、碰撞、墜毀、沖擊爆炸及動態載荷、火箭級間分離模擬分析、宇宙垃圾碰撞、特種復合材料設計、制造工藝仿真及優化

成型工藝仿真

沖壓、鍛造、鑄造、切割、點焊、鉚接、螺紋連接結構的分析等

建筑業

地震安全、混凝土結構、爆破拆除、公路橋梁設計

石油工業

液體晃動、完井射孔、管道設計、爆炸切割、事故模擬、海上平臺設計

其它應用

玻璃成型、塑料、模具成型、生物醫學、體育器材（高爾夫桿、高爾夫球、棒球桿、頭盔）、箱體結構及多孔材料分析

LS-DYNA特色

顯式求解為主兼有隱式算法，適合于求解高速、高度非線性問題
具有160多種材料模型，是材料模型最為豐富有限元軟件
具有50多種接觸類型，是接觸類型最為齊全的有限元軟件
極好的并行計算能力，包括分布式并行算法（MPP）和共享內存式并行（SMP）良好的自適應網格剖分技術，包括自適應網格細分和粗化
行業化的專用功能：如針對汽車、板成形行業

LS-DYNA功能描述

分析能力

非線性動力學分析、多剛體動力學分析、準靜態分析（鈑金成型等）、熱分析、結構-熱耦合分析、流體分析（包括歐拉方式，任意拉格郎日-歐拉（ALE），流體-結構相互作用）、不可壓縮流體CFD分析等、有限元-多剛體動力學耦合分析（MADYMO，CAL3D）、水下沖擊、失效分析、裂紋擴展分析、實時聲場分析、設計優化、隱式回彈、多物理場耦合分析、自適應網格重劃、并行處理（SMP和MPP）

材料模式庫(160多種)

金屬、塑料、玻璃、泡沫、編制品、橡膠（人造橡膠）、蜂窩材料、復合材料、混凝土和土壤、炸藥、推進劑、粘性流體、用戶自定義材料　

單元庫

體單元、薄/厚殼單元、梁單元、焊接單元、離散單元、束和索單元、安全帶單元、節點質量單元、SPH單元等

接觸方式(50多種)

柔體對柔體接觸、柔體對剛體接觸、剛體對剛體接觸、邊-邊接觸、侵蝕接觸、充氣模型、約束面、剛墻面、拉延筋

狀態方程

在LS-DYNA的材料模型中有較多的非常規材料可通過狀態方程來描述，如高速碰撞下的結構材料、流體、物質燃燒等有化學反應的過程都必須采用狀態方程來描述。LS-DYNA有14種狀態方程，可以描述各種非常復雜的物理現象中材料的體積變形行為。

汽車行業的專門功能

安全帶單元、滑環、預緊器、牽引器、傳感器、加速計、氣囊、混合III型假人模型

初始條件、載荷和約束功能

初始速度、初應力、初應變、初始動量（模擬脈沖載荷）；高能炸藥起爆；節點載荷、壓力載荷、體力載荷、熱載荷、重力載荷；循環約束、對稱約束（帶失效）、無反射邊界；給定節點運動（速度、加速度或位移）、節點約束；鉚接、焊接（點焊、對焊、角焊）；二個剛性體之間的連接－球形連接、旋轉連接、柱形連接、平面連接、萬向連接、平移連接；位移/轉動之間的線性約束、殼單元邊與固體單元之間的固連；帶失效的節點固連

自適應網格剖分功能

自動剖分網格技術通常用于薄板沖壓成形模擬、薄壁結構受壓屈曲、三維鍛壓問題等大變形情況，使彎曲變形嚴重的區域皺褶更加清晰準確。對于三維鍛壓的網格畸變問題，LS-DYNA主要有兩種方法，一種為自適應網格剖分，另一種為任意拉格朗日-歐拉網格（ALE）配合網格的Rezoning。三維自適應網格剖分采用的是四面體單元。