LS-DYNA 近几年的新技术介绍

LS-DYNA 近年来发展极为迅猛，新增了 ICFD、CESE、化学反应、离散元、电磁、SPG、XFEM、S-ALE、Peridynamics 等算法，多种求解器之间可以相互耦合，LS-DYNA 已逐渐发展成为一款功能全面的通用型多物理场求解器。

上多物理场软件 LS-DYNA 功能展示

1. 不可压缩流 ICFD 求解器

LS-DYNA ICFD 不可压缩流隐式求解器用于模拟分析瞬态和稳态、不可压、黏性流体动力学现象。目前已实现 RANS k-epsilon 和 Smagorinsky LES 模型。可对流体域自动划分四面体非结构化网格，适合于解决稳态、涡流、边界层效应以及其他长时流体问题。ICFD 求解器还可以采用 ALE 网格运动方法或网格自适应技术解决流体与结构之间的强耦合问题。ICFD 求解器的典型应用包括汽车流场分析、飞机空投、旗帜风中摆动、血管中血液流动、肺中气体流动、心脏瓣膜开合、医疗器械设计分析、结构低速入水砰击等，这些问题中马赫数小于 0.3。如下图为 ICFD 典型算例。

2. 时 - 空守恒元解元 CESE 求解器

CESE 是高精度、单流体、可压缩流、显式求解器。采用 Eulerian 网格，能够精确捕捉非等熵问题细节，可用于超音速气动分析、高马赫数冲击波和声波传播计算、流固耦合分析，这些问题中马赫数大都大于 0.3。冲击波在拐角处的绕射计算结果和实验结果对比如图所示。

3. 微粒（CPM）方法

2004 年，LSTC 公司开始考虑将微粒（Corpuscular Method，CPM）方法用于气囊建模分析，这种方法基于分子动力学理论，把由大量分子组成的系统简化为由少量粒子组成的模型，每颗粒子代表许多分子，这些刚性粒子遵循牛顿力学定律。CPM 方法还可与 DEM 方法耦合，用于模拟炸药爆生气体对结构的作用，例如地雷在土中爆炸对装甲车辆的毁伤。

4. 离散元（DEM）方法

离散元（Discrete Element Method，DEM）方法起源于分子动力学，可用于模拟粒子之间的相互作用，如颗粒材料的混合、分离、注装、仓储和运输过程，以及连续体结构在准静态或动态条件下的变形及破坏过程。
下图为颗粒物质传送分析：

5. 电磁（EM）模块

电磁（EM）模块通过求解麦克斯韦方程模拟涡电流、感应加热、电阻加热问题，可以进行结构和热分析模块耦合，典型的应用有电磁金属成型和电磁金属焊接等。线圈电磁感应加热分析如图所示：

6. 近场动力学（PD）算法

LS-DYNA 是唯一引入近场动力学（Peridynamics，PD）方法的商业软件，这种方法基于非连续 Galerkin 有限元模拟脆性材料的三维断裂。爆炸作用下玻璃碎裂模拟如图所示。

7. 光滑粒子迦辽金（SPG）算法

SPG（Smooth Particle Galerkin）算法是 LS-DYNA 软件所独有的，适用于弹塑性（如金属）及半脆性（如混凝土）材料的失效与破坏分析，它已被成功应用于金属与混凝土及金属与金属的高速碰撞，金属的磨削、铆接、切削、流钻螺丝连接、自冲铆接、自攻螺丝连接及钻孔等过程的模拟计算。这些过程的共同特点就是由于材料失效和破坏的发生使得传统有限元仿真变得很困难。SPG 算法区别于其他失效与破坏算法的最显著特点是它可以不删除失效的单元，并且计算结果对网格划分和失效准则的敏感度不高。不同金属之间铆接 SPG 模拟如图所示。