LS-DYNA 分析报告
目 录
（一） LS-DYNA基本介绍
（二） 某电动玩具的跌落分析
（三） 汽车保险杠的碰撞分析
（四） 总结
（一）LS-DYNA 的基本介绍
LS-DYNA 是一个以显式求解为主、兼有隐式求解功能，以 Lagrange 算法为主、兼有ALE和Euler 算法，以结构分析为主、兼有热分析和流体-结构耦合功能，以非线性动力分析为主、兼有静力分析功能， 军用和民用相结合的通用非线性结构动力分析有限元程序，主要用于求解各种非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等结构非线性问题。
DYNA 程序系列最初是 1976年在美国Lawrence Livermore National Lab.由J.O.Hallquist 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1979、1981、1982、1986、1987、1988 年版的功能扩充和改进，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，自此开始DYNA程序的商业化开发，LSTC 陆续将DYNA 的显式、隐式、热分析等系列程序组合在一起，形成一个整体的LS-DYNA 软件包，并逐步增加汽车安全性分析、薄板冲压成型过程模拟、流体与固体耦合（ALE和欧拉算法）等功能，使LS-DYNA程序系统在国防和民用领域的应用范围不断扩大，并建立了完备的质量保证体系。因此LS-DYNA 一经推出，即在显式有限元分析领域引起轰动效应，大大拓展了LS-DYNA 的用户领域，在中国地区，LS-DYNA 的用户数在短短的几年时间内即超过了200家，远远领先于其它显式分析程序。
LS-DYNA 程序的主要强项在于：
历史悠久、应用广泛。该软件是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。LS-DYNA 程序开发的最初目的是为北约组织的武器结构设计、防护结构设计服务，是该组织的PublicDomain程序，后来商业化后广泛传播到世界各地的研究机构。从理论和算法而言， LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础，经过多年的发展，它已经成为功能最丰富、应用领域最广、全球用户最多的有限元显式求解程序，在高度非线性结构动力学分析领域具有无可争议的领导地位。
功能丰富：LS-DYNA融合了显式和隐式两种求解技术，不但可以进行动力分析，还能进行一定程度的静力分析。在显式求解技术方面， 不但涵盖了传统的拉格朗日（Lagrange）、欧拉（Euler）和任意拉格朗日－欧拉耦合（ALE 流固耦合）算法，而且提供了目前数值技术的先进技术－无网格算法（Meshfree），典型的有 SPH和EFG算法。
强大的结构分析功能：相比其他显式程序，LS-DYNA在结构动力分析的功能上可以说无出其右者。主要体现在两点：（1）最丰富的接触碰撞算法；LS-DYNA 提供了几乎所有结构相互作用所需的接触算法。从接触算法原理上，有罚函数法、约束法和分配参数法； 从计算空间上，有1D、2D和3D接触；从材料特性来看，有变形体间接触、变形体和刚体接触以及刚体间接触；从行业来看，有制造业行业的成形接触和拉延筋接触，汽车行业专用的气囊单面接触和焊点接触，军工行业常用的侵蚀接触和滑移接触（模拟炸药和结构间接触）；从接触状态来看，有固连、断开接触、约束接触、过盈接触、边接触和单面接触。还可以考虑接触界面的传热并提供初始穿透及接触力的处理。（2）最全面的单元技术；LS-DYNA提供了所有显式程序中最全面的单元算法：Lagrange、Euler、ALE、SPH、EFG，所有这些单元算法，都可以用于结构响应分析，其流固耦合功能也是侧重研究结构所受的冲击响应。
强大的并行计算和二次开发功能：LS-DYNA很早就开始高级并行算法的研究和应用，其SMP和MPP并行计算能力在各种平台上均具有极好的并行特性，且支持其所有计算功能。LS-DYNA 具备完善的二次开发功能，不仅提供了材料和摩擦类型的二次开发功能，还提供了用户定义的程序控制、接口控制等多种接口功能，使得我们可以灵活的用户化的发挥LS-DYNA的强大功能。
单元类型
LS-DYNA程序的单元类型众多，有二维、三维单元，详细可分为薄壳、厚壳、体、梁单元，ALE、Euler、Lagrange单元等。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、存储空间少，可以满足各种实体结构、薄壁结构和流固耦合结构的有限元网格划分的需要。其中960版本提供SPH(SmoothedParticleHydrodynamics)算法，该算法是一种无网格Lagrange算法，可用于分析连续体结构的解体、破裂、固体的层裂、脆性断裂等。各种
单元都有多种算法可供用户选择，如实体单元单点积分，薄壳单元面内单点积分、沿壳厚多点积分。线性位移函数和单点积分的显式单元能够很好的用于大变形和材料失效等非线性问题。
材料类型
LS—DⅥqA970版本有100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，并可考虑材料的失效、损伤、粘性、蠕变、与温度或应变率相关等特性。
接触分析功能
LS．DYNA程序的全自动接触分析易于使用，功能强大。由40多种选择可以求解不同的接触问题，如变形体与变形体的接触、变形体与刚体的接触、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、节点与表谣的圆连、壳边与壳面的固连、流体与固体的接触等， 并可考虑接触表面的静、动摩擦力(库伦摩擦、粘性摩擦和用户自定义摩擦)、热传导和固连失效等。这些技术成功地运用于整车碰撞模拟研究、乘员与柔性气囊或安全带接触的安全性分析、金属成型中的薄板与冲头和模具接触，高速弹丸对靶板的穿甲模拟计算等。
（二）某电动玩具的跌落分析
下 图 几 何 模 型 由 某 公 司 提 供 ， 几 何 模 型 包 括 手 枪 钻 各 部 件 :
大部分部件采用壳单元离散，电池、马达，轴等划分为实体单元。
有限元网格图形,节点总数为 86126，实体单元为 18229（含地面模型），壳单元为 58779。
• 载荷、初始条件
手 枪钻跌落过程为自由落体，高度 1.829 米，跌落方向为模型中坐标系 Y 正向或负向。为减少计算时间，计算从手 枪钻与地面即将接触开始，即初始条件中整个手 枪钻具有沿+Z 方向或-Z 方向初速度 5.98 米/秒。
• 定义联接和接触
手 枪钻中存在的联接主要为螺钉联接和卡槽联接，采用 LS-DYNA 的约束方程算法定义，在此模型中，网格划分过程中最大程度遵照实际结构。模型中任何正在接触及受力变形后可能发生接触的部位都定义了接触界面。此模型中共定义了 20 个接触界面。
材料模式和参数
主要使用了 2 种材料模式：弹塑性材料、刚性材料。手 枪钻的塑料部件采用弹塑性材料马达、地面等采用刚性材料。
整机实际质量为 2.7Kg，有限元模型的总质量可由 LS-DYNA 输出列表，为2.705Kg，质量误差为 0.2%。
根据实验条件，选取以下两种跌落作为计算方案。
方案一（如下图）
方案二（如下图）
上图说明在冲击发生后，电池包上盖根部处由于受到瞬间的剪切作用，发生较大的塑性变形。
上图说明在冲击发生后，冲击力传递到变速箱壳，在螺钉连接处发生较大的塑性变形，可能发生破坏。
对于有限元仿真计算，系统的能量变化非常重要，因为对于一个封闭系统而言，总的能量必须保持平衡 。
上图说明手 枪钻对地面的冲击力峰值约为 25KN。
通过与方案一比较可知，在该方案下电池包上盖承受更大的冲击能量,，屈服更大，很有可能发生破坏。
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