01.LS-DYNA简介
LS-DYNA发展概况
DYNA程序系列最初是1976年在美国LawrenceLivermoreNationalLab由J.O.Hallquist博士主持开发完成的，主要目的是为武器设计提供分析工具，后经功能扩充和改进，成为国际著名的非线性动力分析软件，在武器结构设计、内弹道和终点弹道、军用材料研制等方面得到了广泛的应用。
1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，主要包括显式LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、隐式LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、热分析LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D、前后处理LS-MAZE、LS-ORION、LS-INGRID、LS-TAURUS等商用程序，进一步规范和完善DYNA的研究成果，增加了汽车安全性分析（汽车碰撞、气囊、安全带、假人）、薄板冲压成型过程模拟，以及流体与固体耦合（ALE和Euler算法）等新功能，使得LS-DYNA程序系统在国防和民用领域的应用范围进一步扩大，并建立了完备的质量保证体系。
1997年LSTC公司将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA，PC版的前后处理采用ETA公司的FEMB，新开发的后处理器为LS-POST。
1996年LSTC与NSYS公司合作推出ANSYS/LS-DYNA，大大增强了LS-DYNA的分析能力，用户可以充分利用ANSYS的前后处理和统一数据库的优点。
2001年5月推出960版，它在950版基础上增加了不可压缩流体求解程序模块，并增加了一些新的材料模型和新的接触计算功能，从2001年到2003年初LSTC公司不断完善960版的新功能，2003年3月正式发布970版。并对LS-DYNA的通用后处理器LS-POST增加了前处理器的功能，2003年初在LS-POST的基础上发布了LS-PREPOST1.0版。
分析能力
LS-DYNA程序960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（140多种材料动态模型）和接触非线性（30多种接触类型）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-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。
LS-DYNA具有很广泛的分析功能，可模拟许多二、三维结构的物理特性：
材料模型
LS-DYNA程序目前有140多种金属和非金属材料模型可供选择，如弹性、弹塑性、超弹性、泡沫、玻璃、地质、土壤、混凝土、流体、复合材料、炸药及起爆燃烧、刚性及用户自定义材料，并可考虑材料失效、损伤、粘性、蠕变、与温度相关、与应变率相关等性质。
单元类型
LS-DYNA程序拥有大量的单元类型，有二维、三维单元，薄壳、厚壳、体、梁单元，ALE、Euler、Lagrange单元等。各类单元又有多种理论算法可供选择，具有大位移、大应变和大转动性能，单元积分采用沙漏粘性阻尼以克服零能模式，单元计算速度快，节省存储量，可以满足各种实体结构、薄壁结构和流体-固体耦合结构的有限元网格剖分的需要。
960版本有SPH（SmoothedParticleHydrodynamics）算法，SPHE算法（光顺质点流体动力算法）是一种无网格Lagrange算法，最早用于模拟天体物理问题，后来发现解决其它物理问题也是非常有用的工具，如连续体结构的解体、碎裂、固体的层裂、脆性断裂等。
SPH算法可以解决许多常用算法解决不了的问题，是一种非常简单方便的解决动力学问题的研究方法。由于它是无网格的，它可以用于研究变形很大的结构。
接触分析功能
LS-DYNA程序的全自动接触分析功能易于使用，功能强大。现有40多种接触类型可以求解下列接触问题：变形体对变形体的接触、变形体对刚体的接触、刚体对刚体的接触、板壳结构的单面接触(屈曲分析)、与刚性墙接触、表面与表面的固连、节点与表面的固连、壳边与壳面的固连、流体与固体的界面等，并可考虑接触表面的静动力摩擦(库伦摩擦、粘性摩擦和用户自定义摩擦模型)、热传导和固连失效等。这种技术成功地用于整车碰撞研究、乘员与柔性气囊或安全带接触的安全性分析、薄板与冲头和模具接触的金属成型、水下爆炸对结构的影响，高速弹丸对靶板的穿甲模拟计算等。
初始条件、载荷和约束
ALE和Euler算法
LS-DYNA程序具有Lagrange算法和Euler算法，Lagrange算法的单元网格附着在材料上，随着材料的流动而产生单元网格的变形。但是在结构变形过于巨大时，有可能使有限元网格造成严重畸变，引起数值计算的困难，甚至程序终止运算。ALE算法和Euler算法可以克服单元严重畸变引起的数值计算困难，并实现流体-固体耦合的动态分析。
ALE算法先执行一个或几个Lagrange时步计算，此时单元网格随材料流动而产生变形，然后执行ALE时步计算：（1）保持变形后的物体边界条件，对内部单元进行重分网格，网格的拓扑关系保持不变，称为SmoothStep；（2）将变形网格中的单元变量（密度、能量、应力张量等）和节点速度矢量输运到重分后的新网格中，称为AdvectionStep。
用户可以选择ALE时步的开始和终止时间，以及其频率。Euler算法则是材料在一个固定的网格中流动，在LS-DYNA中只要将有关实体单元标志Euler算法，并选择输运(advection)算法就可以了。LS-DYNA还可将Euler网格与全Lagrange有限元网格方便地耦合，以处理流体与结构在各种复杂载荷条件下的相互作用问题。
应用领域
汽车工业：
♦碰撞分析
♦气囊设计
♦乘客被动安全
航空航天：
♦鸟撞
♦冲击爆炸及动态载荷；
♦宇宙垃圾碰撞；
建筑业：
国防工业：
♦核废料容器设计，
电子领域：
♦海上平台设计
其它应用：
玻璃成型生物医学体育器材（高尔夫杆，高尔夫球，棒球杆，头盔）
