从ANSYS收购LS-DYNA谈显式动力学软件 附ANSYS_LS-DYNA动力分析方法与工程实例下
最近，ANSYS 与LS-DYNA所属Livermore公司签署最终收购协议，可谓在显式动力学分析道路上又迈进了一大步。
那么，之前的ANSYS DYNA和LS-DYNA到底有什么区别呢？
实际上是一个算法的不同软件实现，都是基于中心差分方法的显式求解策略。ANSYS和LS-DYNA是不同公司出的有限元分析软件，有各自的前后处理和求解器。后来ANSYS公司为了增强产品的竞争实力同LS-DYNA合作，将DYNA求解器集成到ANSYS软件中，成为其下面的一个模块，但仍然是独立的，前后处理依然用ANSYS软件，这样就形成了ANSYS/DYNA，但并没有包括 LS-DYNA的全部功能。如果安装了ANSYS你会发现这是一个庞大的集成了很多模块的软件ANSYS/DYNA只是其中的一个。
DYNA可以在ANSYS下面建模，也可以在Hyper mesh、以及LS公司自己的前后处理系统lsprepost（功能相比ANSYS要弱）里面建模，建模后提交K文件计算，目前来看，貌似单独的LS-DYNA求解速度要慢于ANSYS/DYNA求解速度。
正是因为LS-DYNA强大，ANSYS收购之后也就为ANSYS用户弄了一个接口：可以通过GUI或者命令流生成LS-DYNA的K文件，但是，老用户由于使用习惯的问题很少去用ANSYS做前处理，都是用的Hyper mesh或者其他第三方软件，更加方便。
今天就来扒一扒与ANSYS相关的几款显式动力学分析工具。
1、 LS-DYNA非线性高可靠精准分析软件
LS-DYNA 是世界上著名的有限元分析程序，由John O. Hallquist博士主持开发，也是公认的显式积分计算程序的鼻祖。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；以有限元算法为主，兼有SPH、EFG、控制体积等算法。LS-DYNA在工程界得到广泛应用，并被公认为是最佳的显式分析软件，与实验结果的无数次对比证实了其仿真计算的可靠性和准确性。广泛应用于国内外汽车、航空航天、模具、电子等领域。
软件功能特点：
显隐结合：LS-DYNA强调「One Model, One Code, Multi-Result」，只需建立一次有限元模型，即可进行各种不同分析，并可以随时切换Implicit / Explicit进行求解。
丰富的算法与功能：LS-DYNA提供了ALE、Lagrange、Euler、SPH、DEM、BEM、CPM等丰富的算法；同时还具备ICFD（不可压缩流分析）、CESE（可压缩流体分析）、EM（电磁场分析）、频域分析、声学分析、常规隐式分析等功能。
材料模型：LS-DYNA拥有近300种材料模型，金属和非金属材料模型可供选择。
接触算法：LS-DYNA程序全自动接触分析功能，有40多种接触类型。
状态方程：LS-DYNA有14种状态方程，可以处理各种复杂的物理现象和材料特性。
单元库：LS-DYNA程序现有16种单元类型，有薄壳、厚壳、体、梁单元、ALE、Euler、Lagrange单元、SPH、DEM、CPM等，各类单元又有多种理论算法可供选择。
高性能并行计算：LS-DYNA的所有版本均为并行版本，有SMP/MPP/HYBRID版本。
2、 ANSYS AUTODYN冲击爆炸专用显式动力学分析软件
ANSYS AUTODYN是一个显式有限元分析程序，用来解决固体、流体、气体及其相互作用的高度非线性动力问题。AUTODYN完全集成在ANSYS Workbench中，充分利用ANSYS Workbench的双向CAD接口、参数化建模以及方便实用的网格划分技术，还具有自身独特的前、后处理和分析模块。而且为了保证高计算效率，可以采取高度集成环境架构，在Microsoft Windows和Linux/Unix系统中以并行或者串行方式运行，支持共享内存和分布式集群。
经过不断的发展和行业应用，AUTODYN具有完整、独特的分析功能包括：
有限元（FE），用于计算结构动力学
有限体积运算器，用于快速瞬态计算流体动力学（CFD）
无网格/粒子方法，用于大变形和碎裂（SPH）
多求解器耦合，用于多种物理现象耦合情况下的求解
丰富材料模型，同时包括本构响应和热力学
金属、陶瓷、玻璃、水泥、岩土、炸药、水、空气以及其它的固体、流体和气体的材料模型和数据
结构动力学、快速流体流动、材料模型、冲击、爆炸及冲击波响应分析
从这几年情况来看，ANSYS AUTODYN几乎没有更新，原来是有更长远的打算。
3、 ANSYS LS-DYNA高度非线性显式动力学分析软件
ANSYS LS-DYNA 是最常用的显式仿真程序，能够模拟材料对短期重载的响应。其许多元素、接触公式、材料模型和其他控件均可用于模拟复杂的模型，控制问题的所有细节。
ANSYS LS-DYNA 拥有大量功能，可使用其显式求解器来模拟极端形变问题。工程师可处理涉及材料故障的仿真，并观察故障如何蔓延到某部件或整个系统。他们也可轻松处理大量部件或表面相互交互的模型，并针对复杂行为之间的交互和负载传递精确建模。使用 CPU 内核数较高的计算机可以大幅减少求解时间。功能优势如下：
1)执行涉及复杂接触和机制的高度非线性结构分析。
ANSYS LS-DYNA 可以对受冲击影响的接点和连接机制进行模拟（不管是跌落还是碰撞）。它可以利用接点和动态链接，并提供选择广泛的接触公式，以便轻松自动考虑模型中所有组件之间的交互。如果与 LS-DYNA 快速且有效的显式求解器方案结合使用，它可以为您提供无与伦比的仿真能力，用于研究使用隐式有限元分析（FEA）法可以解决的情况。
ANSYS 还提供专用 LS-DYNA HPC 许可，以便您将模型分配到多核或多个机器，以加快周转时间。
2) 无缝集成到 ANSYS Workbench
ANSYS Workbench LS-DYNA 可让任何经验水平的工程师轻松进行模拟。它将 LS-DYNA 求解器集成到 Workbench 环境中，因此具备标准 ANSYS Mechanical 工作流程的所有好处。您无需再学习新界面便可使用该产品，从而可专注于在短周转期内生成准确的结果。
ANSYS Workbench LS-DYNA 将标准 LS-DYNA 求解器功能与 ANSYS Mechanical 环境中提供的预处理和后处理工具相结合。也就是说，它还集成了 ANSYS Spaceclaim Direct Modeler 几何工具、ANSYS Parameter Manager 和设计探索软件，可让您针对 CAD 几何结构进行完整的参数研究，并且可清理至显式分析所需的标准。
3) 选择众多元素和接触公式
ANSYS LS-Dyna 为您提供了范围广泛的低阶和高阶元素公式（固体、外壳和波形）。这些公式可通过 ANSYS Mechanical 界面应用于各部件，因此您可以仅根据需要在某区域设置高保真元素。
考虑到波形横截面和外壳厚度，LS-DYNA 范围广泛的接触选项可用于固体、外壳和波形之间的自动接触检测。接触可在单独部件、部件内和单个元素内检测到，从而让整个模型中实现简单稳健的接触。
4、 ANSYS Explicit STR瞬态非线性显式动力学快捷分析软件
ANSYS Explicit STR是基于ANSYS Workbench仿真平台环境的结构高度非线性显式动力学分析软件。可以求解二维、三维结构的跌落、碰撞、材料成形等非线性动力学问题。软件功能成熟、齐全，可用于求解涉及材料非线性、几何非线性、接触非线性的动力学各类问题。目前，ANSYS Explicit STR被广泛应用于飞机的鸟撞分析、叶片包容性分析、产品的跌落分析、材料成型分析等。
采用ANSYS显式动力学产品，相当于拥有了一整套高级的分析工具，能够分析几乎任何可仿真的问题。
FE求解器（Lagrange）是快速的、应用广泛的结构求解器， 非常适合求解冲击波、超压问题。每个单元内部，Lagrange能捕捉离散模型的材料点，并且跟踪力作用下的物质变形，最终得到单元的变形。
Euler方法是材料在一个固定的网格中流动，非常适合于模拟固体的超大变形，以及流体、气体的流动。采用ANSYS理想Euler求解器，网格会自动生成，不需要人工输入控制。
任意Lagrange–Euler算法（ALE）继承了Lagrange和Euler各自的优点，同时去除它们的缺点，适用于模拟材料的超大变形，同时关注高分辨率激波问题。光滑粒子流体动力学（SPH）是一种无网格的方法，适用于模拟材料的破碎。例如，超高速撞击、脆性材料的裂纹扩展。
同一个问题中可以联合使用S P H 、Lagrange、Euler、ALE求解器，从而尽可能提高计算过程的效率以及计算结果的精度。
某一冲击动力学仿真在几款不同工具下的求解结果对比如下：
1)ANSYS/DYNA
2)LS-DYNA
3)Explicit Dynamics
下载地址：ANSYS_LS-DYNA动力分析方法与工程实例
