1.概述

LS-DYNA 是著名的通用顯式非線性有限元分析程序，能夠模擬真實世界的各種復雜問題，特別適合求解各種二維、三維非線性結構的碰撞、金屬成型等非線性動力沖擊問題，同時可以求解傳熱、流體及流固耦合問題。在工程應用領域被廣泛認可為優秀的分析軟件包。與實驗的無數次對比證實了其計算的可靠性。

LS-DYNA是功能齊全的幾何非線性（大位移、大轉動和大應變）、材料非線性（140多種材料動態模型）和接觸非線性（50多種）軟件。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型后的回彈計算）;是通用的結構分析非線性有限元程序。

LS-DYNA應用程序包括

· 爆炸/穿透

· 鳥撞

· 耐撞性/安全氣囊模擬

· 斷裂

· 飛濺/滑水/晃動

· 不可壓縮和可壓縮流體

· 沖壓/成形/拉伸/鍛造

· 生物醫學和醫療設備模擬

· 所有形式的跌落試驗

· 撞擊

· 產品誤用/嚴重裝載

· 產品失效/破碎

· 機構中的大塑性

· 體育器材設計

· 加工/切割/繪圖等制造工藝

· 車輛碰撞與乘員安全

2 功能特點

LS-DYNA具備大量模擬極端變形問題的功能。工程師可以處理涉及材料失效的模擬，并觀察失效如何通過零件或系統進行。大量零件或曲面相互作用的模型也很容易處理，復雜行為之間的相互作用和載荷傳遞也能精確建模。使用具有更多CPU核的計算機可以大大縮短解決時間。

LS-DYNA單元、接觸算法、材料模型和其他控件可用于模擬復雜模型，控制問題的所有細節。

· 隱式和顯式求解器

· 頻域分析

· 不可壓縮流體的ICFD

· 電磁求解器

· 多物理求解器

· 粒子方法

· 接觸–線性和非線性

· 自適應網格

· 無網格的SPH

· 無網格的ALE

· 高級計算機輔助工程

· 輔助工具

· 輔助工具/LTS模型

3.LS-DYNA 的應用案例

? LS-DYNA在航空航天領域的應用

LS-DYNA在模擬高速沖擊、射流和爆炸等問題方面提供了高效、精確的解決方案。通常，飛機機身有大量的連接，如鉚接、焊接、粘結等結構，這些結構的處理是總體分析中極為重要但又難以處理的問題，LS-DYNA為機身在振動、沖擊等作用下的動力分析提供了有效的手段。一方面，軟件本身提供了鉚接、焊接（焊縫、點焊）、粘結等各種功能；另一方面顯式求解方法在振動等瞬態分析中容易處理連接、接觸等因素。LS-DYNA提供的ALE和SPH算法非常適合進行高速沖擊的研究。大型的本構方程庫、相關的非線性材料、復合材料以及相應的失效模式等多個選項構成了許多航空航天領域有限元模擬必需的元素。這些特性可以用于飛機事故模擬、優化飛機和渦輪葉片的設計、鳥撞分析、火箭分離過程模擬等。

· 鳥撞分析 飛機迫降 火箭分離

· 降落傘的模擬：

? LS-DYNA在汽車行業的應用

對于許多汽車公司來說，了解汽車復雜系統在變形期間的變形機理是必要的。通常，碰撞數字模擬與物理測試相比，該軟件能夠研究更多的碰撞過程，能夠根據法規和用戶測試方法進行仿真模擬以提高汽車性能，通過計算機模擬減少物理試驗次數，大大節約汽車設計成本。對于碰撞模擬中的高度非線性，LS-DYNA提供多種方法保證其計算的穩定性，例如：Adaptive Meshing， Re-mesh，ALE，SPH等。另外，LS-DYNA包含了許多汽車行業的專門功能，例如：點焊、氣囊、安全帶模型、卷收器、預緊器、傳感器、加速度計以及假人和壁障的材料模型等。汽車領域除了大位移、大旋轉、大應變、接觸碰撞等問題進行精確的模擬，LS-DYNA還能模擬汽車設計過程中的動、靜載荷分析，例如：車頂擠壓、翻滾、過載以及確定疲勞分析的載荷分布等。

· 在整車分析中的應用

使用LS-DYNA可以完成法規要求正面碰碰、側面碰撞模擬。

· 在行人保護和鞭打試驗中的應用

另外，使用LS-DYNA可以進行行人保護、鞭打試驗等安全法規的模擬。

· 在結構分析中的應用

進行行李箱沖壓座椅、側門強度、覆蓋件Slam分析。

· 在結構靜強度分析中的應用

側門下掉強度分析、頂蓋抗凹分析。

? LS-DYNA在約束系統行業的應用

汽車行業的發展日新月異，安全性能已經逐漸成為廣大車主購車時考慮的主要因素。汽車約束系統作為與駕駛員和乘客直接接觸的部件，對汽車的安全性能有重大的影響。由于汽車約束系統作用時間較短，通常在幾十毫秒內完成動作（安全帶的預緊、氣囊的起爆）、需要通過多次試驗完成約束系統的設計和優化。LS-DYNA專門為汽車約束系統開發了單元庫、算法、為汽車約束系統提供了完整的解決方案。使用LS-DYNA進行約束系統地開發可以大幅減少試驗次數以降低成本。

· 安全帶的開發

能準確地模擬安全帶系統地動作；

可以準確評估安全帶系統對假人傷害的影響；

LS-Dyna安全帶系統多個控制參數可以由用戶進行選擇，提高了軟件開放度。

· ALE 方法

可以準確地模擬氣囊展開過程

使用流固耦合的算法

計算速度太慢

· ?CPM法

使用微小粒子模擬充入氣袋的空氣；

可以準確模擬氣袋展開的過程；

計算速度較ALE快很多；

? LS-DYNA在電子行業中的應用

隨著技術進步，對消費類電子產品或軍用電子產品的質量和可靠性要求進一步提高，電子產品在運輸、裝卸和使用過程中，都可能承受沖擊、碰撞。因此產品的抗跌落、沖擊性能是設計中必須關注的重要問題。通常行業標準或軍用標準規定了例行的產品試驗，測定產品的抗跌落、沖擊要求，但現代仿真技術已經可以在產品設計階段的虛擬環境中進行抗跌落、抗沖擊性能的評估，并進行可能的結構改進。此外，虛擬仿真將比物理試驗更具有理性和創造性。跌落過程的物理測試得到的物理量是相當有限的，無法獲得空間、時間上的連續結果。這些分散的結果不可能完整體現跌落時結構響應過程和結構振動、變形、破壞的機理，通常難以直接用于指導產品設計。因此，物理試驗通常在整個產品研制過程的最后階段，往往僅用于評判產品是否能夠通過行業規定的測試標準。

LS-DYNA提供了完善的材料庫，可以準確地模擬電子產品和電子產品包裝的材料特性；

· 塑料制件*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY

· u紙箱材料：*MAT_ELASTIC

· u剛體材料：*MAT_RIGID

?LS-DYNA提供了多種連接方式，可以準確地模擬各種連接關系；

· 點焊

· 縫焊

· 膠粘

· 螺栓和螺釘連接

· 各種鉸接(運動副) 鉚接

· 卡槽連接

LS-DYNA可以方便地模擬各種試驗條件

· 包裝設計

電子產品的包裝如果設計不當，在測試、運輸和裝卸過程中結構可能發生損傷。在工業發達國家，傳統的跌落實驗越來越多地由計算機仿真技術完成，極大提高了企業研發能力和產品競爭力，降低了成本。

LS-DYNA可以提供常見包裝的材料本構。

· 沖擊分析

? LS-DYNA在機車行業的應用

“安全”是鐵路運輸永恒的主題,根據世界各國鐵路嚴重傷亡事故調查資料介紹由于碰撞時車體產生塑性變形大破壞是導致乘員傷亡的一個主要原因。為此，提高列車主動安全保護以盡可能避免碰撞事故發生的同時,進一步改進車輛自身結構,使其在碰撞事故發生時造成的損失降到最小,對提高列車運營安全性具有重要意義。要實現車輛結構被動安全保護,對車體結構提出了“耐撞性”這一新的要求。由于機車碰撞試驗成本太高，試驗條件太復雜，如機車重量太重很難進行試驗，如機車脫軌在試驗室很難模擬，等因素影響，使用LS-DYNA進行CAE分析機車車體耐撞性可以有效地提高機車地安全性能。

· 使用LS-DYNA進行機車碰撞分析

· 機車吸能機構吸能分析

機車吸能機構吸能碰撞能量的多少對機車耐撞性有很大的影響；

采用刨銷式吸能分析

· 機車碰撞分析

頭車碰撞剛性墻；

兩頭車對碰撞；

4.新增功能（Ansys LS-DYNA 2021 R2）

ANSYS LS-DYNA for Workbench是基于ANSYS Workbench仿真平臺下新的使用環境，包括前處理模塊、求解模塊、后處理模塊。該軟件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。

Ansys LS-DYNA 2021 R2版本對LS-DYNA求解器進行了多種增強，如等幾何分析（IGA）、高級材料、SPG和復雜多重物理。新LS-DYNA技術與Ansys Mechanical work的集成也在本版本中繼續進行，各種新技術如光滑粒子流體動力學（SPH）、任意拉格朗日-歐拉（ALE）和LS-DYNA的隱式-顯式解決方案已經集成。

2021 R2還通過向高性能計算ARM和Ansys Cloud添加對Ansys LS-DYNA的支持，使用戶能夠克服硬件容量限制。

? Ansys LS-DYNA中令人激動的新特性

LS-DYNA求解器繼續在許多領域添加令人興奮的新功能，如Iso幾何分析（IGA）、高級材料、光滑粒子伽遼金（SPG）和可用于電池濫用建模、電生理學和更多領域的復雜多物理。

? Ansys LS-DYNA與Ansys Mechanical的持續集成

包括光滑粒子流體力學（SPH）、任意拉格朗日-歐拉（ALE）和LS-DYNA隱式-顯式解決方案在內的技術現在也可以從機械上訪問，這些技術支持諸如預應力加載和跌落試驗模擬重啟等工作流。

? 高性能計算–ARM和Ansys云支持

Ansys LS-DYNA通過對LS-DYNA的高性能計算ARM和Ansys云支持，繼續授權用戶運行大型作業并克服硬件容量限制。