LS-DYNA实例分析报告
合普科技
2010年07⽉
多媒体教室录播⽬录
（⼀）LS-DYNA基本介绍03 （⼆）某电动玩具的跌落分析06 （三）汽车保险杠的碰撞分析17 （四）总结22
（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。
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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Public Domain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
索道安装
拟和结构间接触）；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、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，计算从⼿钻与地⾯即将接触开始，即初始条件中整个⼿钻具有沿+Z⽅向或-Z⽅向初速度5.98⽶/秒。
定义联接和接触usb flash
⼿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）
高温轴承shgbzc
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。
烟盒工艺品上图说明⼿钻对地⾯的冲击⼒峰值约为25KN。
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