一文快速了解 LSDYNA 非线性分析的基础功能

准备入手 LSDYNA 解决遇到的问题，或许这篇概述，可以让您很快的对 LSDYNA 有一个大体的了解。

LS-DYNA 程序是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140 多种材料动态模型）和接触非线性（50 多种）程序。它以 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（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。LS-DYNA 功能特点有以下几个方面。

1. 分析能力

LSDYNA 目前支持以下分析：

• 非线性动力学分析
• 多刚体动力学分析
• 多刚体动力学分析
• 准静态分析（钣金成型等）
• 热分析
• 结构 - 热耦合分析
• 流体分析：

• 欧拉方式
• 任意拉格郎日 - 欧拉（ALE）
• 流体 - 结构相互作用

• 不可压缩流体 CFD 分析

• 有限元 - 多刚体动力学耦合分析（MADYMO，CAL3D）
• 水下冲击
• 失效分析
• 裂纹扩展分析
• 设计优化
• 实时声场分析
• 隐式回弹
• 多物理场耦合分析
• 自适应网格重划
• 并行处理（SMP 和 MPP）

2. 材料模型库

LSDYNA 支持的材料库非常丰富，高达 140 多种，包括：

• 水下冲击
• 金属
• 塑料
• 玻璃
• 泡沫
• 编制品
• 橡胶（人造橡胶）
• 蜂窝材料
• 复合材料
• 混凝土和土壤
• 炸药
• 推进剂
• 粘性流体
• 用户自定义材料

3. 单元库

• 体单元
• 薄 / 厚壳单元
• 梁单元
• 离散单元
• 焊接单元
• 束和索单元
• 安全带单元
• 节点质量单元
• SPH 单元

4. 接触方式

LS DYNA 另一个突出的特点是支持多种接触方式，含有 50 多种，其中包括：

• 柔体对柔体接触
• 刚体对刚体接触
• 边 - 边接触

• 侵蚀接触
• 充气模型
• 约束面
• 刚墙面
• 拉延筋

5. 特有功能

• 安全带
• 滑环
• 牵引器
• 传感器
• 加速计
• 气囊
• 混合 III 型假人模型

6. 初始条件、载荷和约束功能

• 初始速度、初应力、初应变、初始动量（模拟脉冲载荷）
• 高能炸药起爆
• 节点载荷、压力载荷、体力载荷、热载荷、重力载荷
• 循环约束、对称约束（带失效）、无反射边界
• 给定节点运动（速度、加速度或位移）、节点约束
• 铆接、焊接（点焊、对焊、角焊）
• 二个刚性体之间的连接 - 球形连接、旋转连接、柱形连接、平面连接、万向连接、平移连接
• 位移 / 转动之间的线性约束、壳单元边与固体单元之间的固连
• 带失效的节点固连

7. 自适应网格划分功能

自动剖分网格技术通常用于薄板冲压变形模拟、薄壁结构受压屈曲、三维锻压问题等大变形情况，使弯曲变形严重的区域皱纹更加清晰准确。

对于三维锻压问题，LS-DYNA 主要有两种方法：自适应网格剖分和任意拉格朗日 - 欧拉网格（ALE）网格进行 Rezoning），三维自适应网格剖分采用的是四面体单元。

8. ALE 和 Euler 列式

ALE 列式和 Euler 列式可以克服单元严重畸变引起的数值计算困难，并实现流体 - 固体耦合的动态分析。在 LS-DYNA 程序中 ALE 和 Euler 列式有以下功能：

• 多物质的 Euler 单元，可达 20 种材料
• 若干种 Smoothing 算法选项
• 一阶和二阶精度的输运算法
• 空白材料
• Euler 边界条件：滑动或附着条件
• 声学压力算法
• 与 Lagrange 列式的薄壳单元、实体单元和梁单元的自动耦合

9. SPH 算法

SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）光顺质点流体动力算法是一种无网格 Lagrange 算法，最早用于模拟天体物理问题，后来发现解决其它物理问题也是非常有用的工具，如连续体结构的解体、碎裂、固体的层裂、脆性断裂等。SPH 算法可以解决许多常用算法解决不了的问题，是一种非常简单方便的解决动力学问题的研究方法。由于它是无网格的，它可以用于研究很大的不规则结构。