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认识LSTC及LS-DYNA软件

2019-06-26佚名

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秉承“一个软件,多种应用(One code,multi-physics)”的理念,LSTC公司成功地将隐式计算,及许多其它功能不断引入LS-DYNA软件。

    美国LSTC公司由John O. Hallquist博士创立。John O. Hallquist博士是有限元计算业界最受人尊敬的专家之一,1974年于Michigan Technological University获得博士学位后,进入Lawrence Livermore国家实验室,承担DYNA的研发工作。1987年,Hallquist博士创立了Livermore Software Technology Corporation(LSTC公司),并推出了DYNA的商业化版本LS-DYNA®。基于他对以DYNA和之后LS-DYNA为代表的显式有限元方法的杰出贡献,他在2007年当选为美国国家工程院院士。

    秉承“一个软件,多种应用(One code,multi-physics)”的理念,LSTC公司成功地将隐式计算,及许多其它功能不断引入LS-DYNA软件,目前LS-DYNA已经在汽车碰撞,制造,模具成形,航空,生物工程等许多领域得到了广泛应用。LS-DYNA软件不断创新发展的驱动力来自于世界顶尖大学的合作以及广大客户群的新需求。

汽车碰撞

汽车碰撞模拟

    LS-DYNA是一款先进的通用有限元程序,能够模拟真实世界中的复杂问题。它被广泛应用于汽车、航空航天、电子、船舶、土木工程、制造和生物工程等行业。在Linux、Windows和Unix操作系统的台式机或集群服务器上,LS-DYNA的分布式和共享内存式求解器,可在很短时间内完成每次作业。LSTC公司秉承“一个程序,一个模型,一个许可”的开发理念,通过LS-DYNA软件为用户提供无缝解决“多物理场”、“多工序”、“多阶段”、“多尺度”等工程问题的解决方案。

多尺度、多物理场、多算法耦合——基于同一模型的多学科分析

多尺度、多物理场、多算法耦合——基于同一模型的多学科分析

    LS-DYNA程序(现在最新版本R11版)是功能齐全的几何非线性(大位移、大转动和大应变)、材料非线性和接触非线性程序。它以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、电磁、流体-结构等多物理场耦合功能。

LS-DYNA案例展示

网状包装结构跌落分析

    作为全球领先的CAE软件,LS-DYNA以其优越的计算精度和广泛的应用领域,被多家CAE软件公司邀请,被各家CAE商业公司集成,定制了多款定向应用CAE软件包,例如ANSYS/LS-DYNA,Oasys,DYNAFORM等。正因为显著的知名度,LS-DYNA被全球商业前后处理软件支持,LSTC为了更好的服务用户,软件版本不断更新,为了适应软件更新,LSTC公司开发了自己独立的前后处理器LS-PrePost。

高效的超大规模并行计算求解能力

高效的超大规模并行计算求解能力

    DYNA3D起源于劳伦斯利弗莫尔国家实验室[Hallquist 1976]。早期应用主要用于承受各种冲击载荷的结构的应力分析。DYNA3D的新版本于1979年发布,其编程为在CRAY-1超级计算机上提供近乎最佳的速度。1981年的版本[Hallquist 1981a]从1979年版本发展而来。增加了九种材料模型,以便对更广泛的问题进行建模,包括爆炸结构和土壤-结构相互作用。

爆炸结构和土壤-结构相互作用

爆炸结构和土壤-结构相互作用

    到1988年底,如果要妥善解决耐撞性问题,显然需要更加集中精力开发该软件。因此,LSTC-利弗莫尔软件技术公司(Livermore Software Technology Corporation)成立,继续开发DYNA3D作为商业版本LS-DYNA3D,后来缩短为LS-DYNA。1989年发布了许多增强功能。

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金属平板在锥模下的电磁成型

    1993-1994年推出了基于MPP和SMP版本LS-DYNA两个并行版本;2008-2011年期间,隐式功能可以使用大规模并行计算,至此,LS-DYNA嵌入可扩展的隐式求解器,完成历时15年的开发目标。除了隐式解决方案的进展之外,现在还有许多其他新的有用功能。2012-2013年期间发布LS-DYNA R7.0,在LS-DYNAR7.0版本新增三个求解器,EM,CESE和ICFD,以及用于支持后两个求解器的体网格生成器,完成了多物理耦合完整解决方案。

案例展示

IFD和DEM耦合

    近年来,LSTC公司推出了从R8到R11版本,几乎每年推出一个新版本,研发团队也从几十人发展到了一百多人,足见LS-DYNA软件强劲的新功能开发能力,特别是LS-DYNA在隐式计算、SALE流固耦合计算、DEM离散元、NVH分析、SPH粒子法、SPG无网格法、ICFD不可压缩流体及流固耦合计算、CESE高速可压缩流体计算、电磁场(EM)计算、Peri-Dynamic算法等领域均有快速的进步与发展。

螺栓预紧力分析

螺栓预紧力分析

    LS-DYNA隐式和显式算法可以使用相同的单元和材料进行建模,因此可以使用一个模型进行静力和动力学分析。分析过程中隐式和显式的无缝切换提升了仿真的应用水平。具备隐式线性和非线性算法,可以解决静力问题和动力学问题。

海啸冲击下的汽车

海啸冲击下的汽车

    S-ALE求解器与ALE完全相同,但S-ALE在实现上是独立于ALE而全新开发的,网格的简单与单一性也使得程序变得简洁与易维护,简洁的程序又反过来提高了运行的效率。

边界元方法计算在10HZ和140HZ辐射噪声

边界元方法计算在10HZ和140HZ辐射噪声

    LS-DYNA频域分析(FDA)模块用于工程仿真和分析中进行频域模拟。 它为客户关注的行业,提供振动、噪音和结构耐久性的解决方案,例如车辆的NVH(噪音,振动和平顺度)以及金属结构和部件的耐久性,这种分析对于车辆和其他结构的舒适性,安全性和完整性至关重要。

 搅拌摩擦焊(SPH)

搅拌摩擦焊(SPH)

    SPH法,作为一种无网格拉格郎日的颗粒方法,有着它自身的优点。 作为无网格方法,它可以自然处理极端变形,移动边界,自由表面和可变形边界。作为拉格郎日方法,物质点的物理变量随时间的变化可无需特殊处理而被轻易提取;自由表面和移动边界,以及物质界面的边界条件也自然满足。作为颗粒方法, 它可以自然地运用接触算法来处理流体和固体间的相互作用。 

铝和钢的铆接问题(SPG)

    SPG无网格方法是基于直接点积分(Direct Nodal Integration)的迦辽金算法。直接点积分的不稳定性问题在SPG方法中用光滑位移理论 (Displacement Smoothing Theory)进行了处理,这使得该方法稳定性好、精度高。相比于传统高斯积分的无网格法,其效率又因为直接点积分得到了一定的提升。

 研究车顶盖结构受流场影响下变形的车辆模型

研究车顶盖结构受流场影响下变形的车辆模型

    不可压缩流的计算模块(ICFD Solver),一开始就被设计为一个可以提供准确性,以及具有可扩展性之流体力学计算的多物理求解器,同时,可以简单地与LS-DYNA其他物理模块整合起来。ICFD持续的发展重心放在了与新模块整合、耦合算法的改良、计算效率的增进、以及考虑到非计算流体力学或固体力学背景的使用者,其耦合计算时,步骤也非常简单。

 航天飞机再入大气层

航天飞机再入大气层

    可压缩流的计算模块(CESE Solver)该模块采用的是计算流体力学中一种新的数值计算方法,即守恒元/解元(CE/SE)方法,也称时-空守恒格式。该方法与传统计算方法相比有许多独特的优点。该方法采用了一种简单而有效的激波捕捉技术,不象许多传统方法那样需要求解黎曼问题。它把流体守恒变量及其空间偏导数都作为变量来同时进行求解,从而使其比同类格式的计算精度更高。

电池模组的多物理场挤压分析(温度、电压、电流密度)

电池模组的多物理场挤压分析(温度、电压、电流密度)

    电磁场计算模块(EM Solver)该模块求解的是涡电流(诱导-扩散)逼近下的麦克斯韦方程组,它主要适用于当电磁波在空气或真空中的传播可以看作是在瞬间完成的,进而波的传播过程无需求解的情形。该EM模块已与固体结构分析程序及固体传热程序进行了耦合。在电磁场的求解过程中,它对导体采用的是有限元方法(FEM),而对周围的空气及绝缘体采用的则使用边界元方法(BEM)。

汽车前挡风玻璃受撞击碎裂问题 (Peridynamics)

汽车前挡风玻璃受撞击碎裂问题 (Peridynamics)

    Bond-Based Peridynamics键型近场动力学,是最近十多年兴起的,模拟脆性材料裂纹扩展和结构破坏行为的新型非局部理论。针对传统键型近场动力学的局限性,例如特殊的位移边界条件施加方法和均匀网格要求,LS-Dyna利用非连续伽辽金理论构建了针对键型近场动力学的虚功控制方程,在有限元法的框架内实现了该理论。该方法在汽车挡风玻璃、水泥构件、脆性塑料构件的破坏模拟中得到广泛应用。 

LS-DYNA航空案例展示

喷气发动机模拟

    此外,LSTC公司还和多家航空工业企业、高校、研究所联合成立了工作组AWG,航空航天工作组(AWG)的使命是在AWG网站上开发和发布利弗莫尔软件技术公司(LSTC)非线性分析程序LS-DYNA®的航空航天测试案例和建模指南。该任务是通过行业,政府机构,学术界和LSTC的合作实现的。目标是通过LS-DYNA®提高航空航天影响模拟的一致性和可靠性,从而获得监管机构对这些模拟的接受。

责任编辑:程玥
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