LS-DYNA教程1简介

0 简介

有限元分析（FEA）广泛应用于解决工程问题，已成为工程师必不可少的设计工具。LS-DYNA 是 Livermore Software Technology Corporation (LSTC) 开发的最好的显式有限元分析软件之一，被工程师用来预测高度非线性的工程问题。2019年，全球知名的工程仿真软件巨头 ANSYS 公司收购了 LSTC，从而使得 LS-DYNA 成为 ANSYS 产品家族的一员。本书共 17 章，包括车间工程问题，可作为自学指南，帮助土木、机械、航空航天和生物医学工程专业的学生和工程师解决基于有限元的实际问题。本书通过提供使用 LS-Prepost 创建有限元模型的步骤来指导读者。本书采用 “动手、实践、研讨 ”的经验，重点是提供使用LS-DYNA进行有限元分析的实际实施知识，而不是强调数学理论。书中的资料是作者为培训研究生和工程师而编写的。从开始LS-DYNA建模到构建零件和装配体、创建网格、生成分析关键词和审查结果，读者都将得到指导。根据读者的需要，可以按顺序阅读本书的各个章节。书中的几个实例、研究生课程和工业应用课程可以结合相应的章节进行思考。第一章介绍了 LS-DYNA FE 分析软件。从第2章到第4章，本书通过几个实例介绍了LS-Prepost创建模型和解决分析问题的一般工作环境。B部分介绍了各个领域的模型，通过LS-DYNA强分析领域的实例课程，用户可以获得各个领域的分析经验。C 部分介绍了七个研讨会模型，包括采用无网格方法的工业-FE 模型、ALE 方法、爆炸分析、高速冲击分析等。此外，本书还在附录中总结了有限元分析的实用技巧和诀窍。本书的基本方法是，创建的有限元模型越多，读者就能更好地学习有限元分析和程序。本书旨在帮助读者为使用LS-DYNA解决有限元问题奠定坚实的基础。最后，感谢审稿人提出的宝贵意见和建议。当然，我们对书中任何错误承担全部责任。我们也欢迎读者提出任何建议，帮助我们在下一版中改进本书。我们欢迎今后所有愿意在基于有限元分析的工程项目上共同工作的人。

1 什么是LS-DYNA

本章包括针对LS-DYNA新手的基本介绍和通过简单例题练习学习应用概念的内容。

LS-DYNA 是基于有限元分析技术的通用非线性分析程序。最近，它被广泛应用于各种需要进行多物理场有限元分析的工程领域。虽然用户不多，但在汽车行业的碰撞/冲击分析中得到了广泛应用。众所周知，LS-DYNA 是一款功能强大的动态行为分析程序，任何使用 ABAQUS、ANSYS 和 NASTRAN 解决的一般力学分析问题也可以在 LS-DYNA 的帮助下进行分析。因此，通用 LS-DYNA FE 软件包不仅广泛应用于汽车公司，还广泛应用于世界各地的航空、建筑、国防、制造和医疗领域。

• LS-DYNA 公司的 CI，LSTC（利弗莫尔软件技术公司）

LS-DYNA 提供多种功能，但其功能非常强大，特别是在基于显式分析算法求解复杂非线性分析方面，在汽车碰撞、爆炸和加工领域提供了出色的分析结果。一般来说，研究生院的有限元分析课程不容易接触到 LS-DYNA，因为他们会被安排学习 ABAQUS 或 ANSYS 等程序。不过，在汽车、航空和造船等领域，也有少数院系只能使用 LS-DYNA 进行实际设计/分析。工程研究生院有许多实验室使用 LS-DYNA 进行各种研究项目。但是，使用者并不多，因此自学并不容易。

• 汽车碰撞分析案例（道奇 Neon 与丰田-RAV4）

回顾LS-DYNA的历史，它几乎与有限元非常活跃的时期一脉相承。1976 年，在加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）工作的 John O. Hallquist 博士开始开发第一个名为 DYNA3D 的三维有限元分析程序。解释代码是为美国政府管理的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的爆炸物研究而开发的。开发该程序的目的是分析各种炸弹的爆炸情况，用于武器开发。当时，计算机的初始能力不足，也没有三维分析程序的商业版本。早期的 DYNA3D 程序被用于各种分析，特别是在使用显式时间积分（外推法）进行物理测试之前，对任何武器的开发进行分析。

20 世纪 80 年代，随着计算机能力的快速发展，DYNA3D 有了长足的进步。随着 DYNA3D 程序面向大众投入商业使用，许多用户要求增加许多功能。为了对各种物理问题进行耦合分析，DYNA3D 增加了各种元素、接触和材料模型，并改进了许多分析算法。与结构相关的相互作用分析（如爆炸结构或土壤结构）已成为可能，高速冲击分析也得到了显著改进。1988 年，该程序发展成为一家名为 LSTC 的商业公司。此后，该程序更名为 LS-DYNA，并增加了许多功能，用户数量逐渐扩展到世界各地。最近，为了方便用户，程序的应用范围逐渐扩大，并增加了优秀的分析功能，供包括其他分析程序在内的一般用户使用。LSTC 目前位于加利福尼亚州，每年举行用户会议，在各个研究领域得到广泛应用，并发表了多篇研究论文。

• 驾驶员/行人碰撞分析

参考资料

• 软件测试精品书籍文档下载持续更新 https://github.com/china-testing/python-testing-examples 请点赞，谢谢！
• 本文涉及的python测试开发库 谢谢点赞！ https://github.com/china-testing/python_cn_resouce
• python精品书籍下载 https://github.com/china-testing/python_cn_resouce/blob/main/python_good_books.md
• Linux精品书籍下载 https://www.cnblogs.com/testing-/p/17438558.html

1.1 LS-DYNA的应用

LS-DYNA 适用于涉及大变形的动态行为力学分析，由于程序、复杂非线性材料和复杂接触算法的特点，其求解相对容易。不仅可以选择显式分析，还可以选择隐式分析，并可根据条件进行选择。它还包括用于解决多物理场分析的平滑粒子流体力学（SPH Smooth Particle Hydrodynamics）、任意拉格朗日-欧勒（ALE Arbitrary Lagrangian-Eulerian）和边界元素法（BEM Boundary Element Method）等功能。然而，与其他大型分析程序相比，基于关键字的建模在用户便利性方面略逊一筹。此外，在首次解决任何分析问题时，理解和使用关键字版本的学习曲线也较低。为了克服这一缺点，LS-DYNA 用户可以在线免费下载名为 LS-Prepost（GUI）的前处理/后处理程序。LS-DYNA 的优势之一是它可以用单一代码解决非常高的非线性多物理场问题，并可应用于各个领域。它以 “单一代码策略 ”为目标，提供与各种物理交织的高度非线性多物理场（多物理场 + 多阶段）相关的解决方案。其他程序通常通过绑定和耦合不同来源的代码来分析多重物理。DYNA 可使用单一代码求解，在建模过程中相当高效。例如，温度-位移或流体-结构相互作用分析就是包含多物理场分析的典型例子。此外，汽车行业中的碰撞、安全气囊、安全带和传感器分析也可以使用 LS-DYNA 进行求解。LS-DYNA 的一个代表性案例是使用火星探路者的安全气囊进行着陆模拟，这是美国国家航空航天局在 90 年代末的火星探测项目之一。最近，航天飞机的Orion乘员舱也成功用于气囊着陆分析。

• 安全气囊协助 NASA JPL 火星探路者着陆

它还广泛应用于大多数金属加工和成型工艺分析领域，如金属成型、冲压、轧制、挤压和机加工等。此外，它还用于生物力学领域，如生物结构分析、植入物分析、地震分析，如建筑物地震分析和建筑物安全分析。美国国家运输与安全委员会（NTSB）和联邦航空管理局（FAA）也将 LS-DYNA 用作各种认证测试和试飞程序的标准分析程序。下图显示了LS-DYNA分析中使用的代表性分析区域示例。

• 第二代猎户座乘员舱气囊着陆系统的建模与仿真》，AIAA，2009 年。