ANSYS LS-DYNAANSYS高度非线性显式动力学分析软件

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ANSYS LS-DYNA—高度非线性显式动力学分析软件

ANSYS LS-DYNA是一个显式通用非线

性动力分析有限元程序，可以求解各种二

维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和

金属成形等非线性问题。软件功能齐全，

可求解涉及到几何非线性（大位移、大转

动和大应变）、材料非线性（200多种材

料动态模型）和接触非线性（50多种）的

瞬态动力学问题。

ANSYS LS-DYNA for Workbench是基于

ANSYS Workbench仿真平台下新的使用

环境，包括前处理模块、求解模块、后处

理模块。该软件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：

● 非线性动力分析

● 非线性热分析

● 材料失效分析

● 裂纹扩展分析

● 结构接触分析

● 准静态分析

● 欧拉场分析

● ALE 分析

● FSI 分析

ANSYS LS-DYNA 3

ANSYS LS-DYNA特点

目前，瞬态问题（如碰撞、涡轮叶片包容等）和大变形问题（冲

压与成形等）给数值仿真分析人员带来很大的挑战。ANSYS

LS-DYNA 模块使工程分析人员能够理解和分析产品在制造、

运输和使用过程中可能发生的严重负载情况下的复杂物理过

程。ANSYS LS-DYNA 在众多的行业中有着大量的应用，如：

汽车、金属成形、冲压和锻造等。该模块典型的优势特点如下：

高效丰富的求解器

显式算法仿真分析需要大量的计算时间，ANSYS LS-DYNA

的显式算法拥有最优的性能。除了单核良好的性能外，该模

块随着核数的增加，其并行效率具有几乎线性化的性能。

ANSYS LS-DYNA 具 有 Lagrange、ALE、Euler、SPH、

EFG 等求解器。

ALE 和 Euler 列式

ANSYS LS-DYNA 程序主要采用 Lagrange 有限元列式，其

单元网格附着在材料上，随着材料的流动而产生单元网格的

变形。但是在结构变形过于巨大时，有可能使有限元网格造

成严重畸变，引起数值计算的困难，甚至程序终止运算。

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。Euler 网格与

Lagrangian 有限元网格可方便地耦合，以处理流体与结构在

各种复杂载荷条件下的相互作用的问题。

无网格算法

ANSYS LS-DYNA有 2种无网格算法：SPH算法和EFG算法。

SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）光顺粒子算法，

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它也是非常有用的工具，如精确

分析计算连续体结构的解体、碎裂、固体的层裂、脆性断裂等。

EFG 方法（Element Free Galerkin），也称为 meshfree，处

理以下低速大变形问题具有优势：

● 材料极度扭曲，比如：碰撞、超速碰撞

● 移动边界，自由表面，比如：流固耦合

● 自适应处理过程，比如：锻压、挤压 ● 移动不连续，比如：裂纹扩展

从求解算法上，ANSYS LS-DYNA 是以显式算法为主，隐式

为辅的通用非线性动力分析有限元程序。可以进行显式 -隐式，

以及隐式 - 显式结合的计算方式。

统一的使用环境（Workbench）

在经典的 ANSYS 使用环境中，可以采用传统的 ANSYS 参数

化设计语言（APDL）来进行复杂的显式动力学问题的求解。

随着技术的发展，强大而全面的 ANSYS Workbench 环境具有

双向的 CAD 接口功能、几何清理工具、自动网格划分功能。

网格划分工具的扩展及大地提高了 ANSYS LS-DYNA 分析中

涉及的初始条件和边界条件的定义效率。

通过 ANSYS Workbench 环境中提交 LS-DYNA 计算关键字文

件（.k）直接计算，计算结果通过 Workbench 进行后处理。

友好的用户界面

ANSYS LS-DYNA 采用 ANSYS Workbench 全新的仿真管理

环境。该环境集工具箱、项目导航、工具栏、菜单栏于一体。

在该环境中，可以方便地进行前后处理和求解：包括模型的建

立、材料数据的选取与定义、网格的划分、约束和载荷的施加、

接触的定义、求解计算、动画的制作、曲线和图的生成等。

ANSYS Workbench使用环境

ANSYS LS-DYNA使用环境

ANSYS LS-DYNA4

方便的材料定义

材料模型用来模拟结构材料的动态载荷下的响应。

ANSYS LS-DYNA 有丰富的材料模型计算能力，涵盖几

乎所有类型的显式动态模拟所需的材料响应类型。这些模

型包括正交各向异性材料、热弹塑性材料、弹塑性断裂材

料、应变率相关材料、正交异性压碎材料、复合损伤材料、

温度和率相关材料等。

ANSYS Workbench 提供提供 LS-DYNA 常用的材料模型

的定义，包括 弹性、弹塑性、应变硬化、应变率硬化等

多种类型，以及相应的状态方程（EOS）定义。

易用的后处理

ANSYS LS-DYNA 在 Workbench 环境直接进行计算结果

的后处理，包括制作动画、显示曲线等。

材料定义界面

材料参数定义ANSYS LS-DYNA后处理

强大的网格划分

ANSYS LS-DYNA 提供高可靠性、自动化的网格工具，

具有强大的体、壳、粱单元的网格划分功能，可以进行二

维模型的四边形、三角形单元的网格划分，三维模型的四

面体、五面体、六面体单元的网格划分；还可以进行许多

高级网格控制，如体、面或边尺寸控制以及局部密（粗）

化等等。可以完全满足各种不同结构、不同分析工况对网

格的要求。面网格与体网格

四面体与六面体网格

ANSYS LS-DYNA 5

接触算法

在显式动力学仿真中，结构之间的相互作用采用接触算法。

接触算法必须考虑许多复杂的相互作用的可能性。

针对模拟仿真问题的类型，特殊的接触算法可以被用来实现

稳定的、精确的及有效的结果。

自动接触方式是最容易使用的接触方法、并且可以处理绝大

多数的问题，对于某些问题采用特殊用途接触可以是有效和

强大的。

ANSYS LS-DYNA 提供一系列广泛的接触算法，如自动接触、

单面接触、点焊接触、面对面带侵蚀接触、边边接触、拉延

筋接触等等。

实用价值

● 方便的模型导入功能、与 CAD 系统的双向参数互导，可以

将不同 CAD 系统的模型无缝地导入

● 极其方便的网格划分功能、灵活的网格划分方式，方便对复

杂模型的网格自动划分。从而提高模型计算的精度，以及划

分网格的效率

● 丰富的结构作用处理方式，接触、焊接、连接、侵蚀接触等

作用方式，真实地处理实际结构的相互作用环境

● 稳定和强大的结构求解技术，直观、真实地模拟实际的各类

材料结构的工程问题

● 交互式的计算方式，方便实时对计算进行监测，可以及时调

整计算工况

● 强大的后处理功能，方便地输出各种变量的图、曲线，以及

各种变量的动画

● 缩短新产品的研制和开发周期，降低新产品研制和开发费用

其他辅助模块

ANSYS DesignModeler

该模块是基于数值仿真的建模工具，提供独特的、面向 CAE

的几何建模和编辑功能。可用于创建草图、详细的几何造型，

以及概念模型等。

ANSYS LS-DYNA HPC

该模块提供 ANSYS LS-DYNA 高效的并行计算能力，提供

SMP 和 MPP 的并行计算方式。采用该模块对于大模型的计

算可以加速问题的求解，提高计算的效率。

接触类型

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典型应用

● 航空航天安全性分析

- 飞机、发动机的鸟撞、叶片包容性、异物损伤

- 飞行器结构的防撞特性，在冲击与动态载荷下的安全性

● 金属成形分析和模具设计

- 薄板冲压工艺和过程完整仿真

- 体积成形工艺和过程仿真（包括锻造、轧制、挤压、拉拔、

爆炸成形等）

- 特种成形、机械加工、铸造、注塑等工艺和过程仿真

● 电子产品抗冲击设计、跌落分析（跌落试验）和包装设计

鸟撞模拟过程模拟飞机迫降过程模拟

冲压、浇铸、锻造等各种成形过程模拟体积成形（自适应EFG）

电器、电子产品跌落分析 笔记本、手机跌落分析

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● 土木工程抗震特性、路桥防护设计设计等

● 国防安全设计

● 船舶、列车等交通工具的耐碰撞安全分析

桥梁安全分析

聚能装药战斗部设计

射流成形及侵彻仿真

碰撞安全分析

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