LS-DYNA：强大功能与广泛应用的解析

导读：4.7万亿人民币市值，总员工超过10万人，人均市值超过4千万。这是目前阿里巴巴的市值数据，足以称之为超级公司。

而大家不知道的是，在工业软件领域，不乏比阿里巴巴更加具有核心竞争力的超级企业，比如利弗莫尔软件技术公司（LSTC），该公司是显性动力学和其他先进有限元分析技术的主要提供商。2019年ANSYS宣布以7.75亿美金（54亿人民币）的价格，收购这家仅有100多名员工的工业软件公司，如果按照人均来说，人均市值高达5千万人民币。

而之所以这家公司能获得如此骄人的成绩，其关键就不得不说说著名的软件包LS-DYNA。

一、什么是LS-DYNA

LS-DYNA程序是一款著名动力分析有限元程序，是显式动力学程序的鼻祖。软件功能齐全，涵盖几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（300多种材料动态模型）和接触非线性等问题。LS-DYNA 具有很广泛的分析功能，可模拟许多二、三维结构的物理特性，具备一下计算功能：

• 非线性动力分析；
• 热分析；
• 失效分析；
• 裂纹扩展分析；
• 接触分析；
• 准静态分析；
• 欧拉场分析；
• 任意拉格朗日-欧拉（ALE）分析；
• 流体-结构相互作用分析；
• 不可压缩流体CFD分析，电磁场计算；
• 实时声场和分析多物理场耦合分析等。
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LS-DYNA以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能。总之，是一款通用非线性有限元程序。

2019年9月，ANSYS宣布进入收购LSTC公司的最终协议阶段，收购完成后，将有助于ANSYS用户解决新型工程挑战，例如研发更安全的汽车、飞机和火车，同时减少乃至不需要成本高昂的物理测试。

收购之后，LS-DYNA作为ANSYS Workbench平台的一个独立模块，如图1所示。

   图1 ANSYS2020R2版本分析系统
 

二、LS-DYNA的计算流程

本文主要介绍基于ANSYS Workbench环境的LS-DYNA计算流程，主要流程如图2所示，对应简单的碰撞冲击问题，用户可以直接在ANSYS Workbench平台的LS-DYNA直接设置，但是对于复杂的问题，例如爆炸，流固耦合计算，则需要借助LS-PREPOST模块进行K文件的修改才能完成求解。

   图2 LS-DYNA计算流程
 

三、LS-DYNA的应用方向

LS-DYNA是兼有显式与隐式算法，主要的优势在于处理材料失效与大变形问题，主要的应用方向如下：

1、材料失效问题

LS-DYNA软件提供了多种金属和非金属材料模型可供选择，如弹性、弹塑性、超弹性、泡沫、玻璃、地质、土壤、混凝土、流体、复合材料、炸药及起爆燃烧、刚性及用户自定义材料，并可考虑材料失效、损伤、粘性、蠕变、与温度相关、与应变率相关等性质，用户可以通过添加失效关键字或引入具备失效的材料模型，来模拟各类材料的失效问题，如图3所示。

   图3 材料的拉伸失效计算
 

如图4给出了材料失效的关键字设置面板，通过该关键字可以考虑应力，应变等各种参数的失效问题。

   图4 添加材料失效的关键字设置面板
 

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