最先進的通用非線性有限元程式
在汽車碰撞、製造、模具成形、航太、生物工程、
電子產品設計驗證等許多領域已得到廣泛應用。
LS-DYNA介紹
LS-DYNA是一款非常先進的通用非線性有限元程序,能夠模擬真實世界中的複雜問題。在Linux、Windows 和Unix 操作系統的台式機或集群服務器上,LS-DYNA 的分佈式和共享內存式求解器可在很短時間內完成每次作業。 Livermore Software Technology Corporation (LSTC)旨在通過LS-DYNA為用戶提供無縫地解決“多物理場”、“多工序”、“多階段”、“多尺度”等問題的方法。
對很多產品設計而言,LS-DYNA 能夠在產品模型定型前確定產品性能,這對縮短產品上市時間起到關鍵作用。利用LS-DYNA 開展仿真研究能夠有效支持具有高性能的穩健可靠產品開發。 LS-DYNA 自帶的前後處理工具LS-PrePost 可用於生成輸入文件和數值結果的可視化。另外,LSTC也為用戶提供適用於結構優化和穩健設計的LS-OPT 軟件包。因為具備多學科仿真分析與優化的能力,LS-DYNA 可以顯著地提高創新產品開發的潛能,有效降低產品開發成本。所有上述功能和軟件包作為一個整體模塊提供給用戶使用。 LS-DYNA 未對一些特殊應用問題進行分塊處理,因此其許可執照可將不同學科耦合進行仿真分析而沒有任何限制。
LS-DYNA 已在美國加利福尼亞州開發了20多年,在涉及結構非線性動力學等複雜問題中應用最為廣泛的求解器。由於LS-DYNA 在其它新領域的推廣,使用量正在迅速增長。 LS-DYNA 不斷創新發展的驅動力來自與世界頂尖大學的合作以及廣大客戶群的新需求。
擁有超強功能的LS-DYNA可以應用於許多不同的領域。一些常用的應用領域如下:汽車、火車和輪船的耐撞性模擬飛機緊急降落乘員安全分析行人保護分析汽車零部件製造金屬成形、泡沫材料彈性體和橡膠蜂窩結構金屬切削玻璃成形生物醫學應用穩定性/失效分析跌落測試地震工程 鳥撞複合材料混凝土和泥土炸藥、穿甲發動機葉片包容性分析粘性流體塑膠、模具及吹塑成型爆破載荷電焊、鉚接和螺栓結構船運集裝箱罐頭和容器設計生物醫學材料用戶自訂材料
LS-DYNA金屬成型分析的主要研究項目 LS-DYNA 不僅擁有顯式計算(Explicit)功能,並且包括隱式計算(Implicit)功能。這兩個功能可交互運用,使LS-DYNA 能被成功地應用於鈑金成形相關的各個過程中。前處理的部份,您可以選用DYNAFORM或是LS-PrePost進行
重力沈陷(Gravity Loading) 未變形的板料在重力作用下放置於模具表面上而產生變形,這一過程就是重力沈陷。在這一過程中,板料的位移很大,但塑性變形很小或者沒有。準確地模擬這一過程對後面的成形性,表面品質,以及回彈計算都有較大的影響。LS-DYNA隱式計算功能夠迅速,準確地預測這一過程。其中,最重要的一個控制參是*CONTROL_IMPLICIT_FORMING. 有時,為了得到特定的形狀,需要對平板預先彎曲。*CONTROL_FORMING_PRE_BENDING 就能滿足需要。
深引伸成形(Deep-Drawing)這一過程的類比的目的主要是為了預測可成形性(formability), 並為後續工序提供準確的變形資訊。為了提高技術效率,選用的初始網格都比較大,然後根據模具的曲率來細化網格(mesh adaptivity). 對這一過程的模擬,參數選擇非常重要。對模具設計初期,對預測的準確性要求不是太高,這樣可以選用相應的參數,使計算能很短的時間內完成。如果是為了回彈做準備,則要選用另外的參數來保證計算的準確性。在LS-PREPOST 中的EZ-SETUP 為用戶提供了相應的參數。
回彈補償(Springback Compensation)利用預測結果對回彈進行補償,這將大大地節省時間和模具製造費用。回彈補償是一個非線性問題,一次補償很難到位。根據這一特點,LS-DYNA的回彈補償可以進行多步反覆運算。對於大部分問題往往需要兩到三次反覆運算才能達到目標。經過補償後,LS-DYNA能自動修改修改模具的表面,以及壓邊圈。有於它的穩定可靠,現在已經被大量應用於模具生產中。 下料(Trimming)板料成形完後,需要將多餘的材料切掉。為了滿足不同的下料過程,LS-DYNA提供了兩種選擇:第一種是沿著一個方向進行剪切,這種方法適用于大部分切邊模;第二種方法中的剪切方向不是固定的,而是隨著板料的法向的改變而改變。剪切完後,在邊界上的有些網格可能會很不規則,從而影響後續的模擬。*CONTROL_CHECK_SHELL 就可以用來修整這些邊界單元。
一步求解法(One Step Method )在模具設計之前,一步法可以用來粗略地估計板料的可成形性。同時此種方法可以被用來獲得初始板料尺寸。由於它的簡單和高效,一步法在模具設計中受到相當地重視。LS-DYNA 中 的一步法可以讓用戶有多種選擇,比如選擇拉深筋,壓邊力等
切邊線的設計(Trimming Curve Development)在設計切邊模具中,切邊線的設計可能最具挑戰性。零件的翻邊,包邊需要展開到模具表面。為了這一需要,LS-DYNA提供了 Un-flanging 的功能。如果得到的初始切邊線不滿意,用戶還可以用*INTERFACE_BLANKSIZE_DEVELOPMENT 來進行反覆運算,從而得到滿意的切邊線。
LS-DYNA流固耦合分析 流體力學是最工程中經常遇到的物理現象及問題之一,但就僅只於觀察流體現象。一般進行結構分析的系統,對於計算流體力學不一定會比較瞭解;進行流體力學的計算系統,對於結構分析卻是難以進行;不論方法論及程式結構上,兩者都有不易整合之處。LS-DYNA的One Code Strategy,是真正的將程式寫在一起,在運算中即時進行耦合運算。LS-DYNA可以在單一環境中,同時計算流體及固體之間耦合問題。特別是整合LS-DYNA大變形分析能力,使得以往不易實驗的問題,得以使用CAE來進行問題解析。這樣的能力,使得LS-DYNA可以與流場進行強耦合分析;此項應用於橋樑分析的應用非常有幫助。
常見的應用如風力工程(Wind Engineering)。風工程乃指一切與風相關的工程問題,是一門結合大氣科學與工程科學兩者的學問(註一)。特別是台灣身處夏季受颱風影響的區域,冬季則受東北季風的吹襲,對於風力所造成的破壞更需留意。從另一個解度來看,台灣是風力能源豐富的地區,若能充分利用風能,可以帶來更多的效益。與一般CFD分析不一樣的地方,我們採用了LES模型進行風場的運算,並與結構體耦合運算,因此以下建築物受風場影響,會發生微振動,與一般實際情形更為接近。
LS-DYNA ICFD以極有效率的方式計算暫態的問題。 流體力學一直是工程人員所關注的問題,但過去為了CFD運算,需要另外增購系統,有了LS-DYNA,使用者可以在單獨介面中完成傳統的流體力學分析。LS-DYNA提供了各式的計算數值模型進行分析,它包含了:RANS k-e approachLES Smagorinsky sub-grid scale modelLES Wall adapting local eddy-viscosity(WALE) ModelTurbulence model base on a variational multiscale approach
LS-DYNA在汽車設計中的應用 複雜汽車系統在碰撞過程中結構變形機理必不可少的工具。 LS-DYNA 可用於評估汽車性能,甚至在無任何物理樣車模型基礎上進行。總體上講,與物理實車試驗相比,數值仿真可以研究更多的碰撞情形或工況。更進一步的優點為在產品開發階段中應用LS-DYNA將顯著縮短產品上市時間。LS-DYNA 配備了針對汽車設計應用的特殊功能,例如焊點、安全氣囊模型、安全帶模型、捲縮器等。目前超過15 家的大型汽車製造商使用LS-DYNA進行碰撞模擬,LSTC 將根據實際應用的問題反饋和解決方法等進一步來完善和加強求解器。絕大部分汽車應用方面的功能是根據客戶的要求開發的。比如,三種不同的分析方法可用於安全氣囊展開過程的研究,可分別解決不同模擬精度的氣囊展開。對氣囊初始展開過程可以進行適當詳細的分析、十分詳細的分析、或者僅僅以預測無折疊氣囊的性能。因此LS-DYNA 可以用於離位乘員工況的分析、用於氣體發生器中旋轉調節阻板的設計、或用於碰撞過程中乘員與安全氣囊之間相互作用的分析。
為方便產品開發,可以使用一系列標準測試裝置的有限元模型,例如假人和壁障模型。許多常用有限元模型對LS-DYNA 用戶來說是不收取任何費用的。此外,也可以購買由第三方開發、且經過試驗標定的高質量模型。由於失效預測對汽車碰撞模擬起非常重要的作用, 因此與零部件的成形製造過程密切相關。 LS-DYNA因為在汽車碰撞分析中失效預測和失效後預測是十分關鍵的部分,所以零部件的製造過程也是一個密切相關的因素。 LS-DYNA 能夠分析模擬大部分的製造過程,並可將製造過程模擬中獲得的信息無縫集成至碰撞仿真中。除碰撞仿真外,LS-DYNA 也非常適合於汽車設計開發過程中動態和靜態加載工況的模擬。僅需微小調整,已有碰撞仿真模型可以用於其它工況下的汽車性能評估,如車頂壓潰、車門下垂分析、過載工況仿真、或用於確定後續疲勞分析的載荷輸入分佈等。
LS-DYNA——為汽車零件供應商提供的一種多用途程序 LS-DYNA 對於各種汽車零部件的虛擬測試起到非常重要作用。顯式和隱式時間步長策略能夠實現對同一個模型進行靜態和動態測試的仿真分析。零部件的製造工藝也可以利用LS-DYNA 的金屬成形和熱分析功能進行研究模擬。因此,只需一個模型就可以研究不同問題。相比於其它應用軟件,這將降低在技術培訓和模型建立上的成本花費。LS-DYNA 的一個成功應用案例為座椅設計。座椅製造商需要考慮座椅骨架靜動態負載工況,以及分析安全帶固定點的穩定性。 LS-DYNA 可幫助確定鎖緊機構的最大載荷或座椅導軌的失效載荷。 LS-DYNA 允許用戶研究汽車碰撞中座椅對乘員的影響,同時也可以分析齒輪的沖壓工藝過程。這些用戶組通常會使用先進的優化工具LS-OPT 來改進設計和尋找穩健的設計方案。其它類似的LS-DYNA 應用實例包括碰撞吸能盒、保險桿、前縱梁、儀表板、飾物、輪胎等的設計和製造。
LS-DYNA在航空和國防方面的應用 LS-DYNA 是一款非常先進的軟件,能夠模擬高速沖擊、爆破和爆炸。 ALE 法和SPH 法非常適合於研究對織物、金屬板以及復合材料的高速沖擊。大量材料本構方程庫(有多種材料失效模式選項)可以滿足許多航空和國防應用方面的需求。此外,2-D 功能、自動重劃網格和重分區域技術可以允許用戶研究軸對稱問題。結合為汽車應用方面開發的功能,LS-DYNA 的多物理場模擬能力更加方便坦克和火箭的濺落負載分析和飛機緊急降落分析。這些功能也可以用於針對鳥撞時飛機渦輪機和葉片的優化設計。
LS-DYNA跌落測試分析:LS-DYNA 可用於研究跌落衝擊條件下產品的抗撞擊性能,這個應用範圍包括消費品、工具和容器設計。例如,在包裝設計方面,LS-DYNA 可以幫助開發食品容器使其能承受在運輸和儲存情況下動態載荷。除含有復雜失效機理的許多材料模型庫外,LS-DYNA 中各學科耦合和顯式隱式切換的靈活功能對很多應用模擬仿真非常必要。比如,容器中液體可用ALE 法或SPH 法模擬並與結構進行耦合分析。這可以精確地模擬液體在受衝擊時的物理現象。無網格伽遼金法(EFG)可用於裂紋研究,它可以消除裂紋擴展過程中網格對仿真結果的影響。LS-DYNA 提供在顯式和隱式之間的任意時間步切換的方案來有效確定模型穩態變形。進一步地,LS-DYNA 允許部件由剛體切換為可變形體,反之亦然。這一功能經常用於確定在下落過程中(主要衝擊發生之前)各零部件之間的相對位置。
LS-DYNA在製造業中的應用 在日用品製造業中,生產以及包裝步驟的可靠性和速度在產品成本控制時起到了至關重要的作用。製造工藝通常涉及到非線性過程,並需要使用不同的物理參數。 LS-DYNA 非線性分析功能和耦合不同數值方案的能力使其成為獨有的工具用於為製造工藝的佈局提供解決方案。例如,可以利用LS-DYNA 模擬容器在充填、裝卸、封閉、包裝和堆疊過程中的變形。可以分析經過一系列的開啟和關閉後卡扣的使用性能,以及考慮製造公差、裝卸和運輸過程對其產生的影響。其它應用包括織物折疊、團狀或顆粒狀物品包裝。由於一些產品的開發時間較短而無法進行完全驗證,仿真僅僅用於了解主要相關聯的物理參數及其對工藝過程的影響。優化後的製造工藝過程可以在較短的時間內生產出更多具有高品質和高可靠性的零件。這樣一來,即使每個零件節約很小的成本,但加起來也是一個可觀的數目。
LS-DYNA豐富的單元庫 LS-DYNA 擁有大量的單元庫,包括縮減積分單元和全積分單元。 LS-DYNA 的低階單元具有準確性、有效性和穩健性。對於縮減積分的殼單元和實體單元,零能模式可以通過粘度或剛度方式的沙漏形式來控制。單元主要包括:各種不同的實體單元8節點厚殼單元各種不同的3 節點和4 節點殼單元梁單元焊點離散的零長度梁桿和纜索單元節點質量單元集中慣性單元任意拉格朗日歐拉單元歐拉單元無網格伽遼金SPH 單元2-D 分析單元用戶自定義單元