Ansys 工程模擬軟體

LS-DYNA 多物理模擬軟體

Ansys LS-DYNA 是市面上功能最強大的顯式動力學軟體,能夠針對短時間內承受大載荷的部件 / 裝配體進行模擬,如:跌落測試,衝擊和穿透,粉碎和碰撞,乘員安全等應用。LS-DYNA 具有多種演算法,從有限元素法(FEM)、離散元素法(DEM)、ALE、SPG、CESE、EFG、SPH...等,能進行顯式與隱式結構分析、熱分析、流體分析、粒子分析、電磁分析等多物理分析項目,目前被廣泛地應用在汽車、航空航太、建築、軍事、製造和生物工程等行業。

艾索科技獨家:LS-DYNA 一鍵完成工具

LS-DYNA 應用專欄

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Ansys LS-DYNA 顯式與多物理模擬軟體

 

 

LS-Dyna 軟體特色

  • 顯式/隱式求解器 (Explicit/Implicit)

  • 多物理場求解器 (One Code One Model Multiphysics)

  • 自適應網格 (Adaptive Mesh)

  • 大規模並行處理 (MPP)

  • 流固耦合 (FSI/ALE) 

 

 

LS-DYNA 分析類型

  • 線性靜力學與準靜態模擬分析
  • 非線性/線性/剛體動力學分析
  • 固有模態分析
  • 熱分析/流體分析/電磁分析
  • 平滑粒子流體動力學(SPH)
  • 多物理模擬耦合
  • 有限元鋼體多體動力學耦合
  • 結構-熱耦合
  • 特殊應用
  • 水下衝擊分析
  • 故障分析
  • 裂紋擴展分析
  • 即時聲波分析
  • 隱式回彈分析
  • 輻射運輸分析
  • 結構-流固耦合

    流體與結構交互作用(ALE)                          流體模擬

    

  衝壓成形                                    切邊(Trimming)   

    

LS-DYNA 主要應用領域

  • 汽車碰撞(底盤變形,安全氣囊膨脹,安全帶張緊)
  • 爆炸(水下海軍礦,異形炸藥)
  • 製造業(鈑金沖壓)

     直升機濺落 Courtesy Boeing                         聚能裝藥射流穿甲                       音爆模擬 Courtesy Lancemore

        

LS-DYNA 其他更多應用

  • 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、
  • 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、
  • 發動機葉片容器分析、
  • 穿甲、
  • 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

     輪胎打滑Courtesy Bridgestone           海嘯衝擊下的汽車Courtesy Lancemore

   

LS-DYNA 運行環境與搭配工具

  • 支援 Unix、Linux 和 Windows 等作業系統 
  • 提供共享式 (SMP)、分佈式 (MPP)、混合式 (SMP+MPP) 等多種平行計算方式
  • 可使用 LS-PrePost、Ansys Workbench 或是第三方軟體進行前處理
  • 可結合 LS-OPT、LS-TaSC 等最佳化軟體,進行概率分析和設計最佳化

                           

LS-DYNA 材料模型庫

LS-DYNA提供了近 300種金屬與非金屬的材料模型,其中許多模型擁有失效準則。
常用的材料模型包括:

  • 金屬             
  • 塑膠
  • 玻璃
  • 泡沫
  • 布料
  • 彈性體
  • 蜂窩
  • 混凝土和土壤
  • 黏性流體
  • 使用者自定義

 

LS-DYNA 單元庫

LS-DYNA 擁有大量的單元庫,包括非完全積分單元和全積分單元。
單元清單包括:

  • 離散元件
  • 集中慣性
  • 集中質量
  • 加速度計
  • 感測器
  • 安全帶
  • 固體
  • SPH元素
  • 厚殼
  • 使用者自定義

 

LS-DYNA 接觸演算法

在LS-DYNA中有超過25種不同的接觸類型可以選擇。
接觸表面定義的範圍概括如下:

  • 彈性接觸
  • 彈性剛體接觸
  • 剛體與剛體接觸
  • 邊對邊接觸
  • 磨損接觸
  • 捆綁接觸
  • CAD表面
  • 剛性牆壁
  • 拉銲珠

 

LS-DYNA 最新版本

LS-DYNA R14 版

2023/12 發佈 R14.1.0 版本     * R14 最新版 NEW!
 

LS-DYNA R13 版

2022/08 發佈 R13.1.1 版本     * R13 最新版
 

LS-DYNA R12 版

2023/05 發佈 R12.2.1 版本     * R12 最新版
 

LS-DYNA R11 版

2021/06 發佈 R11.2.2 版本     * R11 最新版
 

 

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LS-Prepost 前後處理器軟體

LS-Prepost是專門為LS-DYNA開發的前後處理器,是LS-DYNA套裝軟體中的一款免費附加軟體。

它具有直觀、簡單又有效率的使用者界面設計,並且完美接口LS-DYNA的所有功能。

 

LS-Prepost 通用功能

  • 全面支持 LS-DYNA 的輸入和輸出檔。
  • 圖像輸出格式:PNG, TIFF, JPG, BMP, PCX, PS, PSIMAGE, GIF, VRML2。
  • 動畫輸出格式:MPEG, AVI, 動畫版的 GIF。
  • 命令列介面。

 

後處理功能

3-D 動畫。 時間歷程圖。 XY 圖。 等值線圖。 著色圖。 向量圖。 渲染圖。 粒子視覺化。 流體視覺化。 DYNAIN 檔生成。 截面分析。

 

LS-Prepost 特殊應用

安全氣囊折疊。 假人定位。 安全帶調節。 金屬成形。 輥式折邊。 模型檢查。

 

恢復和簡化

網格生成。 網格處理、創建和修改。 LS-DYNA 元素(關鍵字)創建:坐標系、集合、部件、品質、CNRBs、盒、點焊、SPCs、剛性牆、鉚接、初始速度、加速度計、橫截面。

 

前處理功能

其它軟體的有限元輸入格式。 CAD 輸入格式:IGES, STEP。 CAD 幾何資料的創建和處理,包括清理

 

                                                      網格生成                                                                      安全氣囊折疊

    

 

LS-Prepost 產品優勢

支持完整、即時的LS-DYNA前後處理特性 跨平台支持Windows、Linux以及 Mac 基於OpenCasCade的幾何引擎 基於wxWidgets的操作介面 基於OpenGL的渲染引擎

                                   曲線草圖模組                                                                         拓普簡化  

    

                                        LS-DYNA資料視覺化                                                          LS-PrePost後處理

    

前後處理

(前處理)網格劃分工具包括
​ 表面網格劃分、實體網格劃分、工具網格劃分、二維網格劃分、四面體網格劃分、區塊網格劃分以及網狀變形工具。

(前處理)特殊應用包括
​ 金屬成型、滾筒包邊、安全氣囊折疊、虛擬定位、安全帶配件、滲透檢查以及模型檢查。

(後處理)

DYNAIN檔案產生與BINOUT處理 D3PLOT動畫與特徵模式動畫 邊緣繪圖、ASCII繪圖、時間歷史繪圖 粒子視覺化與流體視覺化 部分分析

 

LS-Prepost 功能介紹

幾何創建和網格劃分。 支援完整的LS-DYNA關鍵字。 LS-DYNA模型視覺化。 LS-DYNA模型編輯。 高級後期處理。

 

 

  • LS-Prepost 核心功能:

幾何創建和網格劃分。
完整支援LS-DYNA的關鍵字
LS-DYNA模型視覺化
LS-DYNA模型編輯
高級後處理。

 

  • LS-Prepost 產品優勢:

支援完整、即時的LS-DYNA前後處理特性
全面支持 LS-DYNA 的輸入和輸出檔。
跨平台支持Windows、Linux以及 Mac
基於OpenGL的渲染引擎

 

前處理功能

  • CAD 輸入格式:IGES, STEP。
  • CAD 幾何資料的創建、處理和清理。
  • LS-DYNA 單元(關鍵字Keyword)創建
  • 網格工具包括:
    • 表面網格
    • 實體網格
    • 工具網格
    • 二維網格
    • 四面體網格
    • 區塊網格劃分
    • 網狀變形工具
  • 特殊應用包括:
    • 金屬成型
    • 滾筒包邊
    • 安全氣囊折疊
    • 虛擬定位
    • 安全帶配件
    • 滲透檢查
    • 模型檢查

 

後處理功能

  • 3-D 動畫
  • 特徵模式動畫
  • BINOUT處理
  • DYNAIN檔案產生
  • D3PLOT動畫
  • 截面分析
  • 雲圖
  • ASCII繪圖(XY 圖)
  • 時間歷程圖
  • 粒子可視化
  • 流體可視化
  • 等值線圖
  • 著色圖
  • 向量圖
  • 渲染圖

 

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LS-OPT 參數最佳化工具

LS-OPT 是一個獨立的設計優化和概率分析軟體套件,同時也能夠與 LS-DYNA 求解器與 LS-PrePost 前後處理器對接,它允許使用者組織設計流程、探索設計空間、根據特定的約束和目標 計算最優設計方案。

這款程式也非常適合於解決系統識別問題和隨機分析。

 

LS-OPT 核心功能:

  • 設計優化:通過指定標準與公式計算,經過多次迭代模擬獲得最佳設計。
  • 概率分析:使用多次模擬來評估輸入變化對應變變化的影響並確定失敗的可能性。
  • 多處理器模擬:為了同時運行和控制多個分析,LS-OPT提供了一個模擬環境,允許在多個處理器或叢集上分配模擬作業。
  • 圖形前處理器:圖形預處理器LS-OPTui有助於定義設計輸入和創建命令文件。
  • 後處理器:後處理器提供數據輸出,並且連接能到LS-PrePost以查看模型。

LS-OPT 產品優勢:

  • 優化:基於反應曲面法(RSE) 和實驗設計(DOE),在迭代過程中逐步建立和細化整體模型,獲得最佳設計。
  • 反應曲面法:反應曲面法(RSM)是一組統計和數學技術,可用於開發、改進和優化設計過程。反應曲面法在LS-OPT的優化和概率分析中被用作減少模擬次數的手段。 
  • 概率分析:LS-OPT能夠用蒙特卡羅模擬法進行有限元模型與代理模型的隨機性研究。
  • 不穩定/噪音/異常值研究:LS-OPT能夠透過計算位移和歷史數據的統計結果,區分設計變量和結構數值不穩定性導致的變化,精確定位不穩定性來源,從而解決一些結構問題。
  • 權衡設計:權衡研究使設計人員能夠交互式地研究設計約束的變化對最佳設計的影響。
  • 可變篩選:在長條圖上查看所有變量的相對重要性及信賴區間,讓使用者能夠識別較不重要的變量並且從優化設置中移除,在不影響結果的情況下節省計算時間。

 


 

LS-OPT 應用功能介紹

 

參數最佳化功能

  • 回應面技術
  • 遺傳演算法
  • 多學科優化(MDO)
  • 多目標優化(MOO)
  • 基於可靠度設計的優化(RBDO)
  • 混合的離散/連續變數
  • 形狀優化

隨機性分析

  • 蒙特卡洛調查方法
  • 均值、標準差和相關度的評估
  • 可靠性研究(FOSM,FORM)
  • 有限元模型統計結果的視覺化

試驗設計研究、設計探索

  • 試驗設計(DOE)
  • Meta-模型探索設計空間
  • 全域靈敏度分析

後處理

  • Meta-模型的視覺化(2-D/3-D)
  • 靈敏度、相關性矩陣
  • 散點圖/歷程圖
  • Pareto 優化方案

系統設別

  • 系統/材料參數設別
  • 曲線擬合歷程的視覺化

 

                                                    定義參數                                                                                   Run LS-OPT    

​          

 

LS-OPT 產品優勢
 
最佳化

  • ​ 基於反應曲面法(RSE)和實驗設計(DOE),在迭代過程中逐步建立和細化整體模型,獲得最佳設計。

 
反應曲面法

  • ​ 反應曲面法(RSM)是一組統計和數學技術,可用於開發、改進和優化設計過程。反應曲面法在LS-OPT的優化和概率分析中被用作減少模擬次數的手段。

 
概率分析

  • ​ LS-OPT能夠用蒙特卡羅模擬法進行有限元模型與代理模型的隨機性研究。

 
不穩定/噪音/異常值研究

  • ​ LS-OPT能夠透過計算位移和歷史數據的統計結果,區分設計變量和結構數值不穩定性導致的變化,精確定位不穩定性來源,從而解決一些結構問題。

 
權衡設計

  • ​ 權衡研究使設計人員能夠交互式地研究設計約束的變化對最佳設計的影響。

 
可變篩選

  • ​ 在長條圖上查看所有變量的相對重要性及信賴區間,讓使用者能夠識別較不重要的變量並且從優化設置中移除,在不影響結果的情況下節省計算時間。

 
 
                                                優化紀錄                                                                                                   靈敏度

         

 

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LS-TaSC 拓樸及形貌最佳化工具

LS-TaSC 是專為需要結構最佳化的工程分析師而開發的拓撲和形貌最佳化計算工具。LS-TaSC 可以與 LS-DYNA 的隱式和顯式求解器配合使用,也可處理大型非線性問題(大變形、動態問題、接觸)的拓撲最佳化。

拓樸最佳化計算結構的布局,材料應位於何處才能提供一個承重結構。其標準式材料應充分利用。這是通過保持結構內部均勻能量密度的同時保持質量約束來實現的。結果是基於給定權值的鋼度結構。

  • 採用一階六面體和四面體單元的實體設計
  • 採用一階四邊形和三角形單元的殼體設計
  • 全域約束
  • 多個載荷工況
  • 能與LS-DYNA緊密集成
  • 能處理擁有數百萬元素的大型模型

 

幾何定義

  • 部分定義
  • 型材定義
  • 單面鑄造定義
  • 雙面鑄造定義
  • 對稱定義

 

部件拓樸最佳化

通過選擇部件來確定設計域,驗定在部件邊界內部計算出最最佳化設計。部件可以包含孔,因此不需要結構網格。

  • 支持多部件定義
  • 實體部分的設計拓樸由所使用的初始原素的子及描述。在設計過程中,將拆除未使用的材料,從而揭示能有效承受載荷的結構形狀。用戶通過質量分數參數指定材料的去除量。
  • 幾何與支持行裁定一、支持單面鑄造定義、支持雙面鑄造定義、支持對稱性定義、支持擠壓定義。
  • 算法收斂有限迭代
  • 支持設計便量操作:將單元映射到設計便量;特定元素設計結果過濾;設計便量的初始化刪除和註冊。
  • 支持動態載荷工況權重計算
  • 支持多點算法的約束優化
  • 支持簡單單質量分數全局約束

 

自由曲面拓樸最佳化

自由表面設計修正了固體表面形狀,使給定的表面具有均勻的應力載荷。

  • 曲面設計
  • 幾何與型材定義、支持對稱性、支持擠壓、支持光滑過度定義
  • 算法收斂有限迭代
  • 設計變量定義
  • 結果過濾
  • 自動化網格光滑

 

後處理

  • 紀錄設計歷史
  • 結合LS-PrePost產生幾何演變和最終設計的圖表

 

樑的拓樸最佳化

 

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LS-DYNA Models 有限元假人 障礙物 輪胎模型

對於各個領域的LS-DYNA用戶而言,免費或低成本的有限元模型都很重要。因此,LSTC在客戶的幫助和支持下,開發許多有限元模型,包含假人模型、障礙物模型、輪胎模型。

Ansys LS-DYNA是最常用的顯式模擬軟體,它提供了用於汽車碰撞測試的各種虛擬模型,障礙模型和輪胎模型。

LS-DYNA具有廣泛的功能,可使用其顯式求解器模擬極端變形問題,使您能夠建模材料故障並分析故障在零件或系統中的進展情況。

LS-DYNA模型可免費提供給當前的被許可方,並以未加密且完全可訪問的格式提供,其中包括手冊。

障礙物模型 Barrier Models

  • 適用於大多數聯邦機動車安全標準(FMVSS)測試方案的障礙物模型
  • FMVSS要求之外的其他障礙
  • 通過從客戶獲得的公開數據和專有測試驗證的模型
  • 大多數障礙的實體和殼網格模型
  • 型號類型:
    • ODB mod­eled with shell el­e­ments

    • ODB mod­eled with sol­id el­e­ments

    • MDB ac­cord­ing to FMVSS 214 mod­eled with shell el­e­ments

    • MDB ac­cord­ing to FMVSS 214 mod­eled with sol­id el­e­ments

    • MDB ac­cord­ing to ECE R-95 mod­eled with shell el­e­ments

    • AE-MDB mod­eled with shell el­e­ments

    • IIHS MDB mod­eled with shell el­e­ments

    • IIHS MDB mod­eled with sol­id el­e­ments

    • RCAR bumper bar­ri­er

    • RMDB mod­eled with shell and sol­id el­e­ments​

 
障礙物模型-(從左到右)
移動漸進式可變形障礙物、傾斜/小重疊移動可變形障礙物、FMVSS 214障礙物

 

假人模型 Dummy Models

  • 涵蓋大多數汽車法規的虛擬模型
  • 通過從客戶獲得的公開數據和專有測試驗證的模型
  • 提供粗細的網格模型
  • 根據其他數據和客戶反饋進行定期更新
  • 型號類型:
    • Hybrid III 50th Male

    • Hybrid III 5th Female

    • Hybrid III 95th Male (scaled)

    • Hybrid III 50th Male Standing

    • Eurso SID2 / 2re

    • SID-IIs Rev D

    • SID-IIs D FAST

    • USSID

    • Hybrid III 6-year-old

    • Free Motion Headform

    • Pedestrian Legforms

 
(從左到右)Hybrid III 50th male,Hybrid III 5th female和WorldSID 50th皆是常用的虛擬模型。
 
其他虛擬模型包括Free Motion Headform
(左)和6歲的Hybrid III(右)。

 

虛擬人體模型 THUMS

THUMS 假人是由日本豐田公司開發的一款有限元假人模型,其能夠模擬汽車碰撞事故中人體骨折、大腦及內臟的損傷情況。

因為THUMS假人結構更加詳細,因此相對於碰撞試驗中常用的物理假人,THUMS假人模型能夠更精確的描述人體損傷情況。

經過多年的發展,THUMS假人已經發展為含骨骼、皮膚、肌肉組織、大腦的不同性別、年齡、體型的一系列假人模型。

 

 

 

輪胎模型 Tire Model

與菲亞特克萊斯勒汽車公司(FCA)共同開發,並基於一系列材料,驗證和組件級測試。

  • 基於輪胎部分中包含的2D CAD數據開發的有限元網格
  • 使用參考輪胎的幾何尺寸來開發不同的輪胎尺寸
  • 通過傳感器,孔隙率和通風的組合對空氣損失進行建模
  • 240,000六面體固體元素配方
  • 基於AIRBAG_HYBRID的通貨膨脹
  • 基於傳感器的放氣觸發洩漏
  • 在車內使用時,即插即用,無需其他觸點
  • 使用具有速率依賴性的MAT_SIMPLIFIED_RUBBER進行彈性體建模
  • 使用MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC進行層建模
  • 使用LOAD_THERMAL_VARIABLE進行車輪安裝建模
  • 型號類型:
    • P235 45 R1

    • P235 55 R19

    • P235 65 R17

    • P245 50 R20

    • P245 75 R17

    • P255 70 R18

    • P275 65 R18

    • P305 35 R20

 
當前可用的輪胎模型庫的示例。根據幾次實驗,尺寸相同但製造商不同的輪胎顯示出相似的剛度。不同尺寸和不同製造商的輪胎也反映了這一點。該數據用於對單個經過驗證的輪胎(上面帶有藍色數字)進行幾何變形以生成其他尺寸的輪胎。


在小重疊載荷情況下,輪胎在衝擊的早期階段起著重要作用。 輪胎壓縮和隨後的放氣(此處顯示)以完整的3D應力狀態表示。
新的實心輪胎模型由於其精確的離散度,材料特性以及與車輪的基於壓力的界面而提高了預測能力。
右圖顯示了最大壓縮期間的輪胎截面。 LS-DYNA優異的材料性能和使用基於段的接觸的接觸衝擊是模擬此事件的關鍵。

 
在用於驗證輪胎壓力和剛度的零部件模擬中查看輪胎的截面圖。 深色和淺灰色成分代表均質的彈性體部分,例如胎面,側壁等。紅色和黃色部分代表正交異性簾布層。

 

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