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關(guān)于LS-DYNA軟件包詳細(xì)講解

8XCt_sim_ol ? 來源:仿真秀 ? 作者:張老師 ? 2021-04-14 11:31 ? 次閱讀

一、什么是LS-DYNA

LS-DYNA程序是一款著名動(dòng)力分析有限元程序,是顯式動(dòng)力學(xué)程序的鼻祖。軟件功能齊全,涵蓋幾何非線性(大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)和大應(yīng)變)、材料非線性(300多種材料動(dòng)態(tài)模型)和接觸非線性等問題。LS-DYNA 具有很廣泛的分析功能,可模擬許多二、三維結(jié)構(gòu)的物理特性,具備一下計(jì)算功能:

非線性動(dòng)力分析;

熱分析;

失效分析;

裂紋擴(kuò)展分析;

接觸分析;

準(zhǔn)靜態(tài)分析;

歐拉場(chǎng)分析;

任意拉格朗日-歐拉(ALE)分析;

流體-結(jié)構(gòu)相互作用分析;

不可壓縮流體CFD分析,電磁場(chǎng)計(jì)算;

實(shí)時(shí)聲場(chǎng)和分析多物理場(chǎng)耦合分析等。

LS-DYNA以Lagrange算法為主,兼有ALE和Euler算法;以顯式求解為主,兼有隱式求解功能;以結(jié)構(gòu)分析為主,兼有熱分析、流體-結(jié)構(gòu)耦合功能;以非線性動(dòng)力分析為主,兼有靜力分析功能。總之,是一款通用非線性有限元程序。2019年9月,ANSYS宣布進(jìn)入收購(gòu)LSTC公司的最終協(xié)議階段,收購(gòu)?fù)瓿珊螅瑢⒂兄贏NSYS用戶解決新型工程挑戰(zhàn),例如研發(fā)更安全的汽車、飛機(jī)和火車,同時(shí)減少乃至不需要成本高昂的物理測(cè)試。收購(gòu)之后,LS-DYNA作為ANSYS Workbench平臺(tái)的一個(gè)獨(dú)立模塊,如圖1所示。

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圖1 ANSYS2020R2版本分析系統(tǒng)

二、LS-DYNA的計(jì)算流程

本文主要介紹基于ANSYS Workbench環(huán)境的LS-DYNA計(jì)算流程,主要流程如圖2所示,對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)單的碰撞沖擊問題,用戶可以直接在ANSYS Workbench平臺(tái)的LS-DYNA直接設(shè)置,但是對(duì)于復(fù)雜的問題,例如爆炸,流固耦合計(jì)算,則需要借助LS-PREPOST模塊進(jìn)行K文件的修改才能完成求解。

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圖2 LS-DYNA計(jì)算流程

三、LS-DYNA的應(yīng)用方向

LS-DYNA是兼有顯式與隱式算法,主要的優(yōu)勢(shì)在于處理材料失效與大變形問題,主要的應(yīng)用方向如下:1、材料失效問題LS-DYNA軟件提供了多種金屬和非金屬材料模型可供選擇,如彈性、彈塑性、超彈性、泡沫、玻璃、地質(zhì)、土壤、混凝土、流體、復(fù)合材料、炸藥及起爆燃燒、剛性及用戶自定義材料,并可考慮材料失效、損傷、粘性、蠕變、與溫度相關(guān)、與應(yīng)變率相關(guān)等性質(zhì),用戶可以通過添加失效關(guān)鍵字或引入具備失效的材料模型,來模擬各類材料的失效問題,如圖2和3所示。

圖2 巖石破碎仿真分析

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圖3 材料的拉伸失效計(jì)算如圖4給出了材料失效的關(guān)鍵字設(shè)置面板,通過該關(guān)鍵字可以考慮應(yīng)力,應(yīng)變等各種參數(shù)的失效問題。

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圖4 添加材料失效的關(guān)鍵字設(shè)置面板

2、接觸碰撞問題LS-DYNA程序的全自動(dòng)接觸分析功能易于使用,功能強(qiáng)大。現(xiàn)有多種接觸類型可以求解下列接觸問題:變形體對(duì)變形體的接觸、變形體對(duì)剛體的接觸、剛體對(duì)剛體的接觸、板殼結(jié)構(gòu)的單面接觸(屈曲分析)、與剛性墻接觸、表面與表面的固連、節(jié)點(diǎn)與表面的固連、殼邊與殼面的固連、流體與固體的界面等,并可考慮接觸表面的靜動(dòng)力摩擦(庫(kù)倫摩擦、粘性摩擦和用戶自定義摩擦模型)、熱傳導(dǎo)和固連失效等。接觸碰撞的典型應(yīng)用就是在汽車行業(yè),LS-DYNA支持各類假人,氣囊,輪胎等模型,被ANSYS收購(gòu)后,在產(chǎn)品組合中添加汽車碰撞仿真,將方便用戶在一個(gè)軟件產(chǎn)品組合中選擇相應(yīng)方案全面優(yōu)化其產(chǎn)品,充分利用ANSYS仿真技術(shù)模擬碰撞和其它非線性動(dòng)力學(xué)。

圖5 汽車的碰撞計(jì)算

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圖6電路板的跌落沖擊失效計(jì)算

3、爆炸沖擊問題LS-DYNA軟件當(dāng)初主要應(yīng)用于求解一維非彈性結(jié)構(gòu)在高速碰撞、爆炸沖擊下的大變形動(dòng)力響應(yīng),是北約組織武器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析工具,現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍工企業(yè),大家知道炸藥爆炸時(shí)間非常短暫,并在瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波,從而對(duì)周圍的物體進(jìn)行沖擊導(dǎo)致破壞。LS-DYNA提供高能炸藥材料模型和齊種炸藥的狀態(tài)方程,能夠準(zhǔn)確的模擬整個(gè)沖擊波的傳播過程和結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)響應(yīng)過程。如圖7和8分別給出了不同工況下的爆炸模擬計(jì)算結(jié)果。

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圖7 水下爆炸不同時(shí)刻的壓力云圖

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圖8 爆炸作用下的巖石裂紋擴(kuò)展計(jì)算
編輯:lyn

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原文標(biāo)題:顯式有限元鼻祖!一文看懂LS-DYNA軟件包的強(qiáng)大

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