LS-DYNA軟件(jiàn)概述

LS-DYNA 是通用顯式非線性有限元分(fēn)析程序，能夠模拟各種複雜問(wèn)題，适合求解各種二維、三維非線性結構的碰撞、金屬成型等非線性動力沖擊問(wèn)題，同時可(kě)以求解傳熱(rè)、流體(tǐ)及流固耦合問(wèn)題。在工(gōng)程應用領域被認爲是一款很好的分(fēn)析軟件(jiàn)包。與實驗的很多次對比也證實了其計(jì)算的可(kě)靠性。
LS-DYNA是功能齊全的幾何非線性（大(dà)位移、大(dà)轉動和大(dà)應變）、材料非線性（140多種材料動态模型）和接觸非線性（50多種）軟件(jiàn)。它以Lagrange算法爲主，兼有ALE和Euler算法；以顯式求解爲主，兼有隐式求解功能；以結構分(fēn)析爲主，兼有熱(rè)分(fēn)析、流體(tǐ)-結構耦合功能；以非線性動力分(fēn)析爲主，兼有靜(jìng)力分(fēn)析功能（如(rú)動力分(fēn)析前的預應力計(jì)算和薄闆沖壓成型後的回彈計(jì)算）;是通用的結構分(fēn)析非線性有限元程序。
功能介紹+
狀态方程：
在LS-DYNA的材料模型中有較多的材料可(kě)通過狀态方程來(lái)描述。常規條件(jiàn)下的結構材料，一般不使用狀态方程，但(dàn)對于高速（100m/s）、高壓（6-10Gpa）碰撞下的結構材料、流體(tǐ)、物質燃燒等有化學反應的過程都(dōu)采用狀态方程來(lái)描述，狀态方程僅僅描述材料的體(tǐ)積變形行爲：
p=f(v, r, E, T)
p：壓力 v：相(xiàng)對體(tǐ)積 r：密度 E：内能 T：溫度
LS-DYNA有14種狀态方程，可(kě)以處理(lǐ)各種非常複雜的物理(lǐ)現象和材料特性，常用的狀态方程如(rú)下：
*eos_linear_polynomial(線性多項式)
*eos_gruneisen（結構材料）
*eos_ignition_and_growth_of_reaction_in_he（推進劑燃燒）
*eos_tabulated（列表方式)

材料模型：
VPG/LS-DYNA程序目前有140多種金屬和非金屬材料模型可(kě)供選擇，如(rú)彈性、彈塑性、超彈性、泡沫、玻璃、地質、土(tǔ)壤、混凝土(tǔ)、流體(tǐ)、複合材料、及起爆燃燒、剛性及用戶自(zì)定義材料，并可(kě)考慮材料失效、損傷、粘性、蠕變、與溫度相(xiàng)關、與應變率相(xiàng)關等性質。
不同材料有不同的基本特性、适用的單元也不同，同時材料可(kě)以考慮如(rú)應變率效應、失效、狀态方程和熱(rè)分(fēn)析能力等特性。

接觸分(fēn)析功能：
VPG/LS-DYNA程序的全自(zì)動接觸分(fēn)析功能易于使用，功能強大(dà)。現有40多種接觸類型可(kě)以求解下列接觸問(wèn)題：變形體(tǐ)對變形體(tǐ)的接觸、變形體(tǐ)對剛體(tǐ)的接觸、剛體(tǐ)對剛體(tǐ)的接觸、闆殼結構的單面接觸(屈曲分(fēn)析)、與剛性牆接觸、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(tǐ)與固體(tǐ)的界面等，并可(kě)考慮接觸表面的靜(jìng)動力摩擦(庫倫摩擦、粘性摩擦和用戶自(zì)定義摩擦模型)、熱(rè)傳導和固連失效等。這種技術(shù)成功地用于整車碰撞研究、乘員(yuán)與柔性氣囊分(fēn)析、薄闆與沖頭和模具接觸的金屬成形等。此外程序采用材料失效和侵蝕接觸(eroding contact)可(kě)以進行高速彈丸對靶闆的穿甲模拟計(jì)算。

SPH算法：
SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）光(guāng)順質點流體(tǐ)動力算法是一種無網格Lagrange算法，較早用于模拟天體(tǐ)物理(lǐ)問(wèn)題，後來(lái)發現解決其它物理(lǐ)問(wèn)題也是非常有用的工(gōng)具，如(rú)連續體(tǐ)結構的解體(tǐ)、碎裂、固體(tǐ)的層裂、脆性斷裂等。SPH算法可(kě)以解決許多常用算法解決不了的問(wèn)題，是一種非常簡單方便的解決動力學問(wèn)題的研究方法。由于它是無網格的，可(kě)以用于研究很大(dà)的不規則結構。
SPH法的計(jì)算原理(lǐ)是，用一組具有流速的運動質點來(lái)表示物質，每一個SPH質點代表一個已知物理(lǐ)性質的插值點，用規則的内插函數計(jì)算全部質點可(kě)以得(de)到整個問(wèn)題的解。
SPH求解器是LS-DYNA的求解器之一，大(dà)部分(fēn)VPG/LS-DYNA功能(初始速度、接觸、剛性面)均可(kě)以通過關鍵字調用SPH粒子。
SPH算法适用于高速碰撞、靶闆貫穿等過程的計(jì)算模拟。
ALE和Euler列式:

LS-DYNA程序具有Lagrange列式和Euler列式，Lagrange列式的單元網格附着在材料上，随着材料的流動而産生(shēng)單元網格的變形。但(dàn)是在結構變形過于巨大(dà)時，有可(kě)能使有限元網格造成嚴重畸變，引起數值計(jì)算的困難，甚至程序終止運算。
LE列式和Euler列式可(kě)以克服單元嚴重畸變引起的數值計(jì)算困難，并實現流體(tǐ)-固體(tǐ)耦合的動态分(fēn)析。ALE列式先執行一個或幾個Lagrange時步計(jì)算，此時單元網格随材料流動而産生(shēng)變形，然後執行ALE時步計(jì)算：（1）保持變形後的物體(tǐ)邊界條件(jiàn)，對内部單元進行重分(fēn)網格，網格的拓撲關系保持不變，稱爲Smooth Step；（2）将變形網格中的單元變量（密度、應力張量等）和節點速度矢量輸運到重分(fēn)後的新網格中，稱爲Advection Step。用戶可(kě)以選擇ALE時步的開始和終止時間，以及其頻率。Euler列式則是材料在一個固定的網格中流動，在LS-DYNA中隻要将有關實體(tǐ)單元标志Euler算法，并選擇輸運(advection)算法。LS-DYNA還(hái)可(kě)将Euler網格與全Lagrange有限元網格方便地耦合，以處理(lǐ)流體(tǐ)與結構在各種複雜載荷條件(jiàn)下的相(xiàng)互作(zuò)用問(wèn)題。

自(zì)适應網格剖分(fēn)：

自(zì)适應網格剖分(fēn)技術(shù)通常用于薄闆沖壓變形模拟、薄壁結構受壓屈曲、三維鍛壓問(wèn)題等大(dà)變形情況，使彎曲變形嚴重的區域皺紋更加清晰準确。
用戶可(kě)指定采用自(zì)适應網格剖分(fēn)的殼單元組（part），當某單元與相(xiàng)鄰單元之間傾斜角度超過某一控制值（用戶給定）時，該單元将自(zì)動剖分(fēn)。用戶還(hái)可(kě)以限定較大(dà)細分(fēn)級别，1、2、3、4級細分(fēn)分(fēn)别将一個單元重分(fēn)成1、4、16、64個單元。
對于三維鍛壓問(wèn)題，LS-DYNA主要有兩種方法：自(zì)适應網格剖分(fēn)和任意拉格朗日(rì)-歐拉網格（ALE）網格進行Rezoning，三維自(zì)适應網格剖分(fēn)采用的是四面體(tǐ)單元。自(zì)動剖分(fēn)網格技術(shù)除了細化單元外，LS-DYNA還(hái)可(kě)以進行自(zì)動剖分(fēn)網格粗化，有時由于成形過程采用了網格自(zì)動細化技術(shù)，單元數成倍增加，在進行回彈等隐式計(jì)算前，需進行有限的粗化。

初始條件(jiàn)、載荷和約束：

初始速度、初應力、初應變、初始動量（模拟脈沖載荷）；
節點載荷、壓力載荷、體(tǐ)力載荷、熱(rè)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；
二個剛性體(tǐ)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(tǐ)單元之間的固連；
帶失效的節點固連

多功能控制選項：

多種控制選項和用戶子程序使得(de)用戶在定義和分(fēn)析問(wèn)題時有選擇的空間。
輸入文件(jiàn)可(kě)分(fēn)成多個子文件(jiàn)；
用戶自(zì)定義子程序；
二維問(wèn)題可(kě)以人(rén)工(gōng)控制交互式或自(zì)動重分(fēn)網格（REZONE）；
重啓動；
數據庫輸出控制；
交互式實時圖形顯示；
開關控制-可(kě)監視計(jì)算過程的狀态；
對32位計(jì)算機(jī)可(kě)進行雙精度分(fēn)析。