一、什么是LS-DYNA

LS-DYNA程序是一款著名動力分析有限元程序，是顯式動力學程序的鼻祖。軟件功能齊全，涵蓋幾何非線性（大位移、大轉動和大應變）、材料非線性（300多種材料動態模型）和接觸非線性等問題。LS-DYNA 具有很廣泛的分析功能，可模擬許多二、三維結構的物理特性，具備一下計算功能：

非線性動力分析；

熱分析；

失效分析；

裂紋擴展分析；

接觸分析；

準靜態分析；

歐拉場分析；

任意拉格朗日-歐拉（ALE）分析；

流體-結構相互作用分析；

不可壓縮流體CFD分析，電磁場計算；

實時聲場和分析多物理場耦合分析等。

LS-DYNA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。總之，是一款通用非線性有限元程序。2019年9月，ANSYS宣布進入收購LSTC公司的最終協議階段，收購完成后，將有助于ANSYS用戶解決新型工程挑戰，例如研發更安全的汽車、飛機和火車，同時減少乃至不需要成本高昂的物理測試。收購之后，LS-DYNA作為ANSYS Workbench平臺的一個獨立模塊，如圖1所示。

圖1 ANSYS2020R2版本分析系統

二、LS-DYNA的計算流程

本文主要介紹基于ANSYS Workbench環境的LS-DYNA計算流程，主要流程如圖2所示，對應簡單的碰撞沖擊問題，用戶可以直接在ANSYS Workbench平臺的LS-DYNA直接設置，但是對于復雜的問題，例如爆炸，流固耦合計算，則需要借助LS-PREPOST模塊進行K文件的修改才能完成求解。

圖2 LS-DYNA計算流程

三、LS-DYNA的應用方向

LS-DYNA是兼有顯式與隱式算法，主要的優勢在于處理材料失效與大變形問題，主要的應用方向如下：1、材料失效問題LS-DYNA軟件提供了多種金屬和非金屬材料模型可供選擇，如彈性、彈塑性、超彈性、泡沫、玻璃、地質、土壤、混凝土、流體、復合材料、炸藥及起爆燃燒、剛性及用戶自定義材料，并可考慮材料失效、損傷、粘性、蠕變、與溫度相關、與應變率相關等性質，用戶可以通過添加失效關鍵字或引入具備失效的材料模型，來模擬各類材料的失效問題，如圖2和3所示。

圖2 巖石破碎仿真分析

圖3 材料的拉伸失效計算如圖4給出了材料失效的關鍵字設置面板，通過該關鍵字可以考慮應力，應變等各種參數的失效問題。

圖4 添加材料失效的關鍵字設置面板

2、接觸碰撞問題LS-DYNA程序的全自動接觸分析功能易于使用，功能強大。現有多種接觸類型可以求解下列接觸問題：變形體對變形體的接觸、變形體對剛體的接觸、剛體對剛體的接觸、板殼結構的單面接觸（屈曲分析）、與剛性墻接觸、表面與表面的固連、節點與表面的固連、殼邊與殼面的固連、流體與固體的界面等，并可考慮接觸表面的靜動力摩擦（庫倫摩擦、粘性摩擦和用戶自定義摩擦模型）、熱傳導和固連失效等。接觸碰撞的典型應用就是在汽車行業，LS-DYNA支持各類假人，氣囊，輪胎等模型，被ANSYS收購后，在產品組合中添加汽車碰撞仿真，將方便用戶在一個軟件產品組合中選擇相應方案全面優化其產品，充分利用ANSYS仿真技術模擬碰撞和其它非線性動力學。

圖5 汽車的碰撞計算

圖6電路板的跌落沖擊失效計算

3、爆炸沖擊問題LS-DYNA軟件當初主要應用于求解一維非彈性結構在高速碰撞、爆炸沖擊下的大變形動力響應，是北約組織武器結構設計的分析工具，現在廣泛應用于國防軍工企業，大家知道炸藥爆炸時間非常短暫，并在瞬間產生強大的沖擊波，從而對周圍的物體進行沖擊導致破壞。LS-DYNA提供高能炸藥材料模型和齊種炸藥的狀態方程，能夠準確的模擬整個沖擊波的傳播過程和結構的瞬態響應過程。如圖7和8分別給出了不同工況下的爆炸模擬計算結果。

圖7 水下爆炸不同時刻的壓力云圖

圖8 爆炸作用下的巖石裂紋擴展計算
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