隨著全球工業(yè)的飛速發(fā)展，在高度競爭的市場中，產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)要求越來越精細(xì)，產(chǎn)品的成本和開發(fā)周期要求也越來越高，而仿真作為能夠幫助企業(yè)顯著降低成本，縮短開發(fā)周期的技術(shù)手段，在產(chǎn)品開發(fā)流程中的重要性日益提高。Ansys作為業(yè)界領(lǐng)先的工程設(shè)計(jì)和仿真軟件公司，能夠針對不同的產(chǎn)品提供全生命周期的多學(xué)科解決方案。產(chǎn)品家族非常龐大，包括3D設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、流體、電子、半導(dǎo)體、軟件、光學(xué)等仿真解決方案。在維度方面，Ansys不僅針對單一的產(chǎn)品或?qū)W科，還能夠提供系統(tǒng)級別的解決方案。

LS-DYNA程序系列，最初是1976年在美國Lawrence Livermore National Lab.由J.O. Hallquist博士主持開發(fā)完成的，后經(jīng)1979、1981、1982、1986、1987、1988年版的功能擴(kuò)充和改進(jìn)，成為國際著名的非線性動力分析軟件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、彈道設(shè)計(jì)、材料研制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。John O. Hallquist博士是有限元計(jì)算業(yè)界最受人尊敬的專家之一，1974年于Michigan Technological University獲得博士學(xué)位，1987年Hallquist博士創(chuàng)立了LSTC公司，并推出了DYNA的商業(yè)化版本LS-DYNA。基于他對以DYNA和之后LS-DYNA為代表的顯式有限元方法的杰出貢獻(xiàn)，他在2007年當(dāng)選為美國國家工程院院士。

秉承“One Code One Model, Multi-physics Multi-solutions”的理念，LSTC公司成功地將隱式計(jì)算，及許多其它功能不斷引入LS-DYNA軟件，目前LS-DYNA已在汽車碰撞，制造，模具成形，3C產(chǎn)品，國防航空，生物工程，土木等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。LS-DYNA軟件不斷創(chuàng)新發(fā)展的驅(qū)動力來自于世界頂尖大學(xué)的合作以及廣大客戶群的新需求。

2019年，Ansys宣布全資收購LSTC公司，LS-DYNA成為Ansys產(chǎn)品線之一。

LS-DYNA是功能齊全的幾何非線性（大位移、大轉(zhuǎn)動和大應(yīng)變）、材料非線性和接觸非線性程序。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、電磁、流體-結(jié)構(gòu)等多物理場耦合功能。結(jié)構(gòu)的顯式求解要求有較小的計(jì)算時(shí)間步長來確保穩(wěn)定性，更多適用于速度較快、時(shí)間尺度較短、非線性較強(qiáng)的應(yīng)用，例如沖擊、爆炸、碰撞類等問題。LS-DYNA隱式計(jì)算則適用于進(jìn)行速度較慢、時(shí)間尺度較長的問題，如靜強(qiáng)度分析。除時(shí)域分析之外，LS-DYNA同時(shí)提供頻域求解分析功能，可分析振動、長時(shí)間的疲勞分析等。

此外，LS-DYNA針對流體提供豐富的功能，包括熱力學(xué)求解器，不可壓縮流體ICFD求解器、可壓縮流體CESE求解器（基于守恒元/解元）、任意拉格朗日/歐拉算法的ALE求解器、 Particle粒子法包括SPH光滑粒子法、模擬離散與離散顆粒的DEM算法、基于分子動理論的CPM方法（多應(yīng)用于氣囊模擬）、模擬爆炸的Blast方法、EM電磁求解器、近場動力學(xué)方法（無網(wǎng)格法）、SPG方法（無網(wǎng)格法）等。由于這些方法都是基于LS-DYNA一套軟件之下，可以無縫將各類求解器耦合，無需額外的數(shù)據(jù)交互等操作，實(shí)現(xiàn)一套代碼解決多物理場問題。

基于強(qiáng)大而全面的分析能力，LS-DYNA在不同領(lǐng)域都有著成熟的應(yīng)用。最具代表的應(yīng)用場景有：

● 汽車行業(yè)：碰撞安全分析、氣囊、乘員安全分析等；

●?航空領(lǐng)域：鳥撞、墜撞等；

●?制造加工行業(yè)：成形、鍛造、鑄造分析等；

●?消費(fèi)品行業(yè)：舒適度、滲漏、以及組裝分析等；

●?土木工程行業(yè)：地震安全、混凝土結(jié)構(gòu)、土壤結(jié)構(gòu)分析等；

●?電子行業(yè)：跌落、包裝設(shè)計(jì)、熱分析等；

●?防護(hù)行業(yè)：爆炸響應(yīng)、侵徹分析等；

●?生物科學(xué)行業(yè)：撞擊傷、心臟生物力學(xué)、牙科系統(tǒng)分析等

LS-DYNA不僅僅是汽車碰撞安全的黃金標(biāo)準(zhǔn)解決方案，其顯式算法同樣適用于其他工況下的碰撞、沖擊、跌落、爆炸等瞬態(tài)、大變形、高度非線性的問題分析。

此外，LS-DYNA中的隱式算法支持大部分顯式算法的材料、約束、載荷以及接觸，即當(dāng)用戶切換隱式算法分析時(shí)，無需過多設(shè)置（修改材料本構(gòu)，或修改接觸的算法等）。LS-DYNA隱式分析包含多種分析類型，如線性分析、模態(tài)分析、非線性分析，以及顯式-隱式結(jié)合分析。LS-DYNA可無縫銜接不同求解器計(jì)算，例如首先使用LS-DYNA隱式計(jì)算方法進(jìn)行螺栓的預(yù)緊力分析，隨后轉(zhuǎn)換為顯式算法計(jì)算整體零部件的跌落。

LS-DYNA隱式算法典型應(yīng)用包括但不限于，假人姿態(tài)模擬，橡膠密封模擬，頂蓋抗凹的強(qiáng)度以及剛度分析，車門的垂懸分析，以及車身頂壓分析等。

LS-DYNA頻域分析功能，可支持頻率響應(yīng)、諧響應(yīng)、隨機(jī)振動、譜分析、噪聲以及疲勞分析等。

LS-DYNA流體分析包括針對不可壓流體（馬赫數(shù)較低）的ICFD求解器，其特點(diǎn)是采用隱式算法，支持自動的體網(wǎng)格以及邊界層網(wǎng)格（主要是四面體網(wǎng)格）的生成。內(nèi)置常用的RANS/LES湍流模型，也可進(jìn)行多孔介質(zhì)模擬，如降落傘展開過程，同時(shí)模擬周圍流場（隱式計(jì)算）以及傘面展開（顯式計(jì)算）的流固耦合分析過程。

ICFD求解器也適用于汽車外流場風(fēng)阻系數(shù)分析，對于新能源車，風(fēng)阻系數(shù)的關(guān)鍵性是不言而喻，目前新能源汽車的最大痛點(diǎn)在于續(xù)航里程問題，而風(fēng)阻系數(shù)越低，高速情況下電池的耗電量也越低，從而能夠增加續(xù)航里程。

ICFD同樣適用于自由液面晃動分析（如油箱晃動），且能夠與結(jié)構(gòu)-電磁-熱求解器耦合。

ALE/S-ALE方法是LS-DYNA最受歡迎的功能求解器之一。純拉格朗日算法下材料發(fā)生大變形時(shí)，網(wǎng)格可能會變得畸形，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至出現(xiàn)計(jì)算終止的情況。而在歐拉算法下，網(wǎng)格是固定的，物質(zhì)在網(wǎng)格之間流動，可避免網(wǎng)格出現(xiàn)畸形的情況，其缺點(diǎn)是需要一個(gè)很大的域來模擬整個(gè)物體運(yùn)動空間，導(dǎo)致計(jì)算量較大。而ALE算法（任意拉格朗日歐拉算法）結(jié)合了兩種算法的優(yōu)勢，物質(zhì)在不會變形的網(wǎng)格中任意流動，且網(wǎng)格隨著物質(zhì)的運(yùn)動而僅僅計(jì)算所需要的域面積，極大地提高了計(jì)算效率。

因此ALE算法適合材料大變形的仿真分析，包括模擬流體的大變形，如右下案例所展示的水上迫降分析。

近幾年LS-DYNA將ALE方法進(jìn)行了擴(kuò)充，推出了S-ALE方法（結(jié)構(gòu)化ALE），其特點(diǎn)是S-ALE網(wǎng)格是自動生成的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而非拉格朗日網(wǎng)格或歐拉網(wǎng)格，這種結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的算法（輸入文件）更簡潔，從而帶來更短的計(jì)算時(shí)間，更好的魯棒性，更少的內(nèi)存占用，以及更好的并行加速計(jì)算性能。

針對速度較快的流體模擬，LS-DYNA提供可壓縮流體CESE守恒元/解元算法，該算法適合求解超音速射流分析，以及速度較快的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的流固耦合分析等應(yīng)用場景。CESE求解器同樣可以與LS-DYNA其他求解器耦合，如化學(xué)、熱、結(jié)構(gòu)、隨機(jī)粒子等。

LS-DYNA粒子分析方法，CPM方法模擬氣囊中的氣體運(yùn)動，其關(guān)鍵字為*AIRBAG_PARTICLE，是基于分子動理論的方法（并非模擬每一個(gè)粒子的運(yùn)動，而是基于統(tǒng)計(jì)的方法）。

基于CPM方法推出的 PARTICLE_BLAST方法（PBM方法），在高速運(yùn)動的氣體分析下計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，可模擬速度更快，如爆炸中炸藥和空氣的粒子運(yùn)動等問題。

此外，LS-DYNA中的DEM離散元方法，則適用于模擬離散顆粒組合體的變形和破壞過程。應(yīng)用場景包括巖土、脆性材料加工、粉體壓實(shí)、散體顆粒運(yùn)輸?shù)裙r。

LS-DYNA中的SPH光滑粒子流體動力學(xué)方法，是拉格朗日的無網(wǎng)格法，用粒子表示連續(xù)的物質(zhì)，然后通過搜索粒子周邊的范圍來表達(dá)粒子間的關(guān)系。但由于粒子之間不存在網(wǎng)格關(guān)系，可以避免極度大變形時(shí)網(wǎng)格扭曲造成的精度破壞等問題，也能較為方便的處理不同介質(zhì)的交界面。適用于求解高速碰撞等動態(tài)大變形問題以及流固耦合問題。如攪拌摩擦焊的模擬，車輛涉水模擬等。自R12.0開始LS-DYNA加入隱式不可壓縮SPH方法（ISPH），從而使用較大的時(shí)間步長，縮短計(jì)算時(shí)間。

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車輛涉水能力是指車輛在水中行駛時(shí)功能部件的完整性。深水行駛條件會給汽車帶來許多潛在的問題。它對車輛的外部部件施加額外的力，這是在正常駕駛過程中不存在的。它可能會阻礙發(fā)動機(jī)所需的持續(xù)空氣供應(yīng)，甚至可能會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)進(jìn)水。它使傳感器的可見度變的模糊，并使擋風(fēng)玻璃上充滿水漬或者泥漬，從而影響駕駛員的可見度。ISPH已被證明是一種可靠的仿真方法，能夠預(yù)測水濺形態(tài)、水夾帶、車輛濕度以及部件受力。

LS-DYNA電磁求解器，結(jié)合FEM方法（固體導(dǎo)體）和BEM方法（空氣或絕緣體）求解Maxwell方程組，其同樣可與LS-DYNA其他的求解器相耦合，常用于模擬電磁成型過程，ICFD-熱-電磁耦合模擬電加熱過程，EP（生物電學(xué)）-結(jié)構(gòu)-ICFD耦合模擬心臟相關(guān)問題，左側(cè)為健康心臟的電化學(xué)模型，右側(cè)為患有心臟問題的心臟模型。

作為LS-DYNA中先進(jìn)的方法之一，Peri-dynamics近場動力學(xué)方法是一種無網(wǎng)格法，通過計(jì)算其網(wǎng)格之間的連接鍵是否被破壞來分析，適用于脆性材料的3D模擬，目前僅支持solid固體單元。左下案例展示了近場動力學(xué)方法模擬玻璃開裂的過程。

SPG伽遼金光滑粒子方法則更適用于韌性材料的3D模擬。如圖中案例展示的鉆孔分析，若使用傳統(tǒng)的有限元方法，樣件在鉆孔過程中可能會出現(xiàn)失效（單元刪除）的情況，導(dǎo)致整體應(yīng)力迅速下降，而出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果吻合度不高的情況。而SPG方法不會刪除網(wǎng)格，韌性材料會保留在物體之中對鉆頭起到支撐作用，圖表可以看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好。

LS-DYNA相關(guān)配套軟件，前后處理軟件LS-PrePost，參數(shù)優(yōu)化軟件LS-OPT，拓?fù)浜托螤顑?yōu)化軟件LS-TaSC。LS-PrePost支持所有LS-DYNA關(guān)鍵字設(shè)置以及結(jié)果文件處理，是一款優(yōu)秀的幾何處理工具，擁有幾何清理、修復(fù)和網(wǎng)格劃分功能，支持多種CAD文件格式。LS-OPT支持多學(xué)科、多目標(biāo)的參數(shù)優(yōu)化，可進(jìn)行尺寸、材料等參數(shù)優(yōu)化，可靠性分析，魯棒性分析，敏感度分析，以及常用的材料參數(shù)識別。LS-OPT基于流程化的界面，與LS-DYNA之間的數(shù)據(jù)交互自然流暢，無需特別的設(shè)置即可提取LS-DYNA仿真結(jié)果，或識別前處理中的參數(shù)。LS-TaSC則是專門用來進(jìn)行形貌及拓?fù)鋬?yōu)化的優(yōu)化工具，支持非線性動態(tài)問題，同時(shí)支持殼單元和實(shí)體單元的優(yōu)化。

除各種分析工具之外，LS-DYNA同時(shí)提供豐富的有限元模型，如壁障模型，假人模型，輪胎模型等，這些模型均已經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對標(biāo)，滿足法規(guī)要求。

LS-DYNA擁有優(yōu)秀的并行加速能力，可以將模型自動分配給不同的CPU進(jìn)行分布式并行計(jì)算。其出色的自動平衡負(fù)載算法，以右圖中AMD服務(wù)器測試案例，使用64核加速比接近1（理想值），使用256核時(shí)仍可保持近72%的加速比，計(jì)算效率大幅提高，在業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

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