电子说
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。
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2和3所示。
图2 岩石破碎仿真分析
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
2、接触碰撞问题LS-DYNA程序的全自动接触分析功能易于使用,功能强大。现有多种接触类型可以求解下列接触问题:变形体对变形体的接触、变形体对刚体的接触、刚体对刚体的接触、板壳结构的单面接触(屈曲分析)、与刚性墙接触、表面与表面的固连、节点与表面的固连、壳边与壳面的固连、流体与固体的界面等,并可考虑接触表面的静动力摩擦(库伦摩擦、粘性摩擦和用户自定义摩擦模型)、热传导和固连失效等。接触碰撞的典型应用就是在汽车行业,LS-DYNA支持各类假人,气囊,轮胎等模型,被ANSYS收购后,在产品组合中添加汽车碰撞仿真,将方便用户在一个软件产品组合中选择相应方案全面优化其产品,充分利用ANSYS仿真技术模拟碰撞和其它非线性动力学。
图5 汽车的碰撞计算
图6电路板的跌落冲击失效计算
3、爆炸冲击问题LS-DYNA软件当初主要应用于求解一维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应,是北约组织武器结构设计的分析工具,现在广泛应用于国防军工企业,大家知道炸药爆炸时间非常短暂,并在瞬间产生强大的冲击波,从而对周围的物体进行冲击导致破坏。LS-DYNA提供高能炸药材料模型和齐种炸药的状态方程,能够准确的模拟整个冲击波的传播过程和结构的瞬态响应过程。如图7和8分别给出了不同工况下的爆炸模拟计算结果。
图7 水下爆炸不同时刻的压力云图
图8 爆炸作用下的岩石裂纹扩展计算
编辑:lyn
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