一、金属成型应用
1、介绍
第一份将LS-DYNA®推向国际舞台的出版物是两篇论文[1,2]，发表于1991年5月，瑞士苏黎世汽车工业三维钣金成形工艺FE模拟国际会议：
通过JO Hallquist，DW Stillman，K。Schweizerhof和K. Weimar改进LS-DYNA3D有效解决板料成形问题的标准壳单元摩擦模型和接触算法。
K. Schweizerhof和JO Hallquist的显式时间积分和薄板成形接触模拟;
这两篇论文的内容从论文题目中不言自明。
1991年被证明是LS-DYNA在形成模拟方面非常重要和富有成效的一年，其中还包括VDI BERICHTE NR的三个出版物。894,1991 [3,4,5]。论文讨论了LS-DYNA在各种小型实验室零件中的三维板料成形以及沃尔沃[4]和梅赛德斯 - 奔驰[5]的全尺寸工业冲压问题的详细评估和应用。考虑到它们的发布时间，实际工作必须至少在几年前完成。在其他专业冲压模拟软件商业化之前，还有很多年过去了。
1991年也是全球工具和模具行业范式转变的开始。只要工业存在，使用手工制作的石膏模型进行冲压模具开发将很快被使用LS-DYNA等软件的CAD和CAE技术所取代。在10年内，用石膏模型手工开发的冲压模具几乎都会从北美的工具和模具行业中消失。用于证明各种拉模开发概念的软模已不复存在。传统的“热和节拍”方法被尖端的CAE仿真技术所取代。随着这一转变，冲压模拟工程师的全新职业诞生了，其中一些来自熟练的传统模具工人。
从第一天开始，LS-DYNA的开发就一直专注于准确性和功能性。这种开发理念使LS-DYNA成为首屈一指的冲压模拟软件。LS-DYNA是最先进和复杂冲压工艺计算的首选软件。通过钣金成型的国际基准，例如NUMISHEET系列会议，LS-DYNA的准确性得到了充分的记录。由于这一重点，LS-DYNA已经通过了许多独立的基准测试和用户对实验测量的评估，并且是第一个在虚拟环境中集中应用以推动工业冲压制造工程和生产的商业软件。在大多数OEM及其供应商中，它已成为先进制造工程师流程中的一个集成关键路径。今天的LS-DYNA凭借其强大的MPP技术，可以应对最具挑战性的工业冲压问题，这是其他任何软件都无法做到的，例如轻松计算具有1000万个外壳或实体元素的详细冲压，具有令人难以置信的速度。在LSTC，我们形成了不可能的。
尽管我们想强调LS-DYNA的强大功能，但人类产品的重要性无疑是至关重要的。经验证明，那些花时间了解LS-DYNA功能，详细研究其结果，并应用于冲压制造工程各个方面的工程师都可以获得非凡的成功。
2、参考：
JO Hallquist，DW Stillman，K。Schweizerhof和K. Weimar：利用LS-DYNA3D改进标准壳单元摩擦模型和接触算法，有效解决板料成形问题，三维钣金成形有限元模拟国际会议汽车工业，1991年5月，瑞士苏黎世。
K. Schweizerhof和JO Hallquist：用于薄板成形的显式时间积分和接触模拟，汽车工业中三维钣金成形过程的有限元仿真国际会议，1991年5月，瑞士苏黎世。
PC Galbraith，MJ Finn，SR MacEwen，AR Carr，KM Gatenby，TL Lin，GA Clifford，JO Hallquist和D. Stillman：评估用于铝板深拉伸的LS-DYNA3D模型，VDI BERICHTE NR。1991年894
K. Mattiasson，L。Bernsprang，A。Honecker，E。Schedin，T。Hammam和A. Melander：关于在工业板材成形过程的有限元模拟中使用显式时间积分，VDI BERICHTE NR。1991年894
M. Grober和K. Gruber：大型车身部件钣金成形的数值模拟，VDI BERICHTE NR。1991年894
3、应用领域
LS-DYNA是商业上最通用的软件，因为它的一个可扩展代码的开发策略集成了多物理，多阶段和多尺度功能。LS-DYNA在冲压制造工程中的应用完全取决于工艺，仅受其用户想象力的限制，并已证明适用于（但不限于）以下领域：
重力加载（隐式）
活页夹关闭/设置（隐式和显式）
成型（薄，厚壳和固体）
翻边（认为壳和固体，隐式和显式）
包边（压辊）
回弹（独立式或固定式网）
冲压模具和线模的回弹补偿
装配仿真（夹紧力，永久变形，回弹等）
外墙板表面缺陷的石材
动态面板传输（传输压力机线）
面板掉落（到夹具上）模拟
冲压优化（拉珠，材料属性和刀具几何形状等）
各种静态和动态加载结构
凹陷和快速模拟
后续过程的一步冲压初始化（碰撞模拟等）
冲压废料脱落过程
管弯曲/液压成形
热/热冲压和超塑成型
磁性金属成型
大多数应用程序还具有二维和三维元素。
4、快速进步
在LSTC，与板材成型相关的新功能迅速增加，强化并完全由客户需求驱动。这使我们能够满足新冲压应用的特定需求，无论是新材料还是新工艺，以及不断增长的客户群。
最近开发的一些功能包括：
改进的吉田运动非线性硬化模型，用于超高强度钢（UHSS）和铝冲压和回弹模拟，具有Hill和Barlat的屈服准则
冲压模具补偿回弹（自2006年初开始生产），开发了新功能：
- 全局，局部，迭代，拉丝模，修边模和翻边模
- 加速迭代补偿
隐式/显式开发和应用程序中的新功能
- 重力，活页夹闭合，翻边模拟
- 基于接触的废料坠落模拟
外表面板表面缺陷的石墨模拟
定向和压力敏感摩擦模型
利用可成形性指数（FI）进行失效预测，以形成具有非线性应变路径的极限
碰撞/耐久性的一步冲压初始化
装配仿真（夹紧力，永久变形，回弹等）
外墙板表面缺陷的石材
动态面板传输（传输压力机线）
面板掉落（到夹具上）模拟
冲压优化（拉珠，材料属性和刀具几何形状等）
各种静态和动态加载结构
凹陷和快速模拟
后续过程的一步冲压初始化（碰撞模拟等）
二、汽车应用
LS-DYNA已经在汽车行业中使用了超过25年，并且其应用继续增长。如今，LS-DYNA是全球80％以上主要汽车原始设备制造商的主要碰撞分析工具，估计90％的一级供应商使用该代码。
短语“设计 - 构建 - 测试”已被用于准确描述传统的汽车开发周期。然而，近年来，该行业已经设定了从概念到现实的1年的新目标。考虑到这种积极的目标，设计 - 构建 - 测试方法变得越来越不切实际。
LSTC使用LS-DYNA解决了这个问题，可以用虚拟测试代替大部分物理测试。最重要的是，公司可以最大限度地减少重建和重新测试，并最终节省开发时间和成本。
LS-DYNA已经被用于各种与汽车相关的模拟。一些最常见的分析类型包括：
FMVSS201头部撞击
FMVSS207 / 210安全带锚固
FMVSS208正面影响
FMVSS214静态和动态侧面碰撞
FMVSS216屋顶压碎
FMVSS225儿童约束安克雷奇
FMVSS301后碰撞和燃油完整性
IIHS抵消正面影响
IIHS侧面影响
IIHS低速保险杠冲击
重力加载
动态影响后的弹性恢复
这种分析包含各种复杂的物理现象，LS-DYNA具有大量的特征和功能来复制这些事件。这些包括：
丰富的材料库（比任何其他代码更多）能够在静态和高速动态条件下精确建模钢，铝，塑料，织物，玻璃，橡胶，泡沫，蜂窝等许多其他材料。这些材料模型中的许多还捕获粘性，速率依赖性和超弹性行为，并且存在各种脆性和延性失效选择。
广泛的精确和非常一般的接触算法选择。这些包括表面到表面的接触，侵蚀接触，连接接口等等。
广泛的安全气囊建模工具选择。可用的方法包括控制卷，ALE和CPM。
多种安全带相关功能，包括滑环，牵引器，预张紧器和传感器。
广泛的连接方法选择。这些包括刚性连接，螺栓和点焊。也可以对有界结构的分层进行建模。
多物理能力模拟诸如油箱中的流体 - 结构相互作用之类的东西。
LSTC还投入了大量精力开发用于碰撞模拟的大量虚拟和障碍模型。这些模型与物理测试结果相关，购买LS-DYNA时完全免费。
LS-DYNA的另一个优势是对汽车行业至关重要的是MPP版本代码的可扩展性。凭借在单次模拟运行中使用数百（甚至数千）个CPU的能力，曾经需要数天的详细崩溃分析现在可以在几个小时内轻松完成。
三、不可压缩的CFD求解器
不可压缩流动求解器基于应用于流体力学的现有技术有限元技术。它与固体力学求解器完全耦合。这种耦合允许在FSI较弱时通过显式技术进行稳健的FSI分析，或在FSI耦合较强时使用隐式耦合。除了能够处理自由表面流动之外，还存在双相流动能力，其涉及使用保守的水平集界面跟踪技术进行建模。还支持基本湍流模型。这个求解器是LS-DYNA中第一个使用新的体网格划分器，它将流体域边界的漂亮表面网格作为输入。另外，在不可压缩流的时间推进期间，解决方案被自适应地重新网格化作为求解器的自动特征。网格划分器的另一个重要特征是能够创建边界层网格。当在流体壁附近计算剪切应力时，这些各向异性网格成为模型的关键部分。
1、自动体积网格
ICFD求解器使用自动体积网格器作为流体域。这极大地简化了预处理阶段。为此，必须提供高质量的贴身表面网格。对于FSI模拟，求解器使用ALE方法进行网格移动。在FSI模拟导致大位移的情况下，求解器可以自动重新网格化以保持可接受的网格质量。
2、网格细化和自适应网格划分工具
提供了几种工具用于局部细化体积网格，以便更好地捕获网格敏感现象，例如湍流涡流或边界层分离 - 重新附着。在几何体设置期间，用户可以定义将由网格物体使用的曲面，以指定体积内的局部网格尺寸。如果没有使用内部网格来指定大小，则网格器将使用定义卷封装的表面大小的线性插值。
还可以指定要添加到边界层的几个各向异性元素，以便更好地表示接近墙的效果。
另一种可能性是激活自适应网格细化特征。求解器将使用a-posteriori误差估计器来计算由用户界定的新网格大小，以满足最大感知全局误差。这将简化网格生成，同时提供准确的结果。
3、流体结构相互作用
解算器的主要目标之一不仅是解决Navier Stokes方程，而且解决完全耦合的FSI问题，其中结构部分可以是LS-DYNA的任何拉格朗日模型。因此，机械问题的设置与传统的LS-DYNA分析相同。所有FSI边界都是拉格朗日变形，其结构允许精确地施加边界条件。结构显式和隐式求解器都可以被激活，从而导致弱FSI分析或强FSI分析。FSI分析有三种耦合方向：
双向耦合。载荷和位移通过FSI接口传递，解决了完整的非线性问题。
单向耦合。固体求解器将位移传递给流体求解器。
单向耦合。流体求解器将应力传递给固体求解器。
4、自由表面
大量流体问题涉及移动界面。应用包括空气 - 水动力学，破坏表面波和穿透流体的固体。在许多这样的应用中，界面动力学与周围流体运动之间的相互作用是微妙的，诸如密度比和温度跳过界面，表面张力效应，拓扑连通性和边界条件等因素在动力学中起重要作用。
求解器使用水平集方法，一种快速可靠的技术，以便跟踪并正确表示移动界面。它们依赖于界面的隐式表示，其运动方程使用由双曲守恒定律构建的方案在数值上近似。由此产生的技术能够处理这样的问题，其中演化界面的速度可能敏感地依赖于局部属性，例如曲率和法线方向，以及前和内部跳跃的复杂物理以及由界面位置确定的边界条件。
水平集方法特别针对多个空间维度中的问题而设计，其中演变界面的拓扑在事件过程中发生变化，并且存在尖角和尖点存在的问题。
5、Bi-Phasic Flow
解算器的新增功能之一是可以近似两相流，同时保留一个尖锐的界面，即使对于解决不足的问题。这种方法将在有限元网格未被解析的区域中保留界面的子网格特征，并且稍后在具有更好分辨率的网格区域中将该特征恢复到求解器。
6、湍流模型
在高雷诺数流动的情况下，湍流模型的选择对于正确地再现涡旋，边界层层流到湍流过渡和其他湍流三维行为是至关重要的。几种湍流模型已经可用：
RANS模型。RANS方程确定平均流量，但它们需要湍流模型来关闭它们。这些方程由不同的RANS模型提供，假设流动有不同的假设。不可压缩求解器提供了ak-ε模型，这是CFD中使用最广泛的湍流模型之一。
LES模型。随着计算机功率的增加，LES模型已经成为一种流行的技术，以模拟湍流。这些模型基于这样的假设：大涡旋包含流体的大部分动能并且取决于几何形状，而较小的涡旋则被认为更加通用且独立于流动的几何形状。因此，LES模型将对流动应用滤波器，直接解决大涡流，同时模拟较小的涡流。
7、共轭传热
传热是热工程学科，涉及物理系统之间热能和热量的产生，使用，转换和交换。ICFD求解器提供了解决和研究流体温度流动行为的可能性。潜在的应用很多，包括制冷，空调，建筑物加热，汽车冷却剂，除霜甚至人体内的热传递。此外，ICFD热解算器使用单片方法与热解算器完全耦合，这允许解决复杂问题，其中加热结构和流动都存在并且一起相互作用。
8、非牛顿流动
传统的流体力学应用涉及使用与温度和剪切速率无关的恒定粘度的流动。据说这些流体遵循牛顿粘度定律，因此被称为牛顿流体（水，大多数水溶液，油，空气和其他气体）。然而，对于某些流体，这种假设并不成立。非牛顿流体的流动也在许多工程分支（物理化学，血液力学，发胶，玉米糖浆，oobleck）中遇到，并且经常在模拟管道中的流动时遇到。ICFD求解器包括幂律模型，以模拟非牛顿流。
9、MPP可扩展性
MPP（大规模并行处理的简称）是一种可用于LS-DYNA的计算，它使用许多独立的并行运行的CPU，每个CPU都有自己的内存来执行单个分析。为了解决大的隐式CFD分析，提供良好的CPU可扩展性以加速分析并节省一些计算时间是很重要的。作为独立的CFD模型，运行约200万自由度的数值模型。还对同一模型进行了FSI分析，使自由度总数达到约350万。考虑到ICFD求解器是隐含的，结果显示出良好的加速能力：在仅CFD情况下为128 cpus为40，在FSI情况下为128 cpus为55。对于下一个开发周期，将实施进一步的改进。
四、土 - 结构相互作用
混凝土坝，核电站，高层建筑和桥梁等大型土木结构足够大，以至于地震激发引起的振动会影响土壤或支撑它们的岩石的运动，从而进一步影响结构本身的运动。 。结构和土壤之间的这种相互作用需要精确建模，以便设计抗震结构并正确评估现有结构的地震安全性。
历史上，这种土 - 结构相互作用的工程分析有几个障碍：（i）对相关地震断层和完全表征地震地面运动所需的区域地质特征的了解有限，（ii）缺乏准确的地震输入方法在现有的分析软件中，以及（iii）无法有效地模拟无界土壤域。
LS-DYNA现在有一种新的土 - 结构相互作用分析方法，它以有效和合理的方式应用地震力，并以低计算成本准确地模拟无界区域，给出了表征地震的自由场地面运动。它使用有效的地震输入方法 将地震力结合到土 - 结构模型中，仅使用土 - 结构界面处的自由场地面运动，并且不需要任何与旧的地震输入方法不同的深度解卷积。无界域使用完美匹配的层建模从经典的Lysmer缓冲器边界仅略微增加成本，几乎完全吸收向外传播的波。这些页面解释并演示了LS-DYNA中用于地震土 - 结构相互作用分析的这些技术。
散射分析框架
作为有效地震输入法的一部分，由Bielak及其同事开发的散射分析框架被用作LS-DYNA中土 - 结构相互作用分析的方法。这种方法认为土壤 - 结构相互作用是由结构的存在引起的自由场地面运动的散射引起的，并且从这个观点来看，合理的地震力和吸收边界的使用是合理的。
考虑以下两个独立的状态作为思想实验的一部分：
（a）在没有结构的情况下，土壤被地震激发，并且
（b）该结构扰乱并散布即将来临的地震波。
请注意，这两种状态实际上都不会发生：它可以是其中之一。
如果我们在两个状态中考虑基础运动的差异，我们只剩下散射运动，同时消除了地震源和入射波。散射运动 - 因为它仅由结构产生 - 完全从结构向外传播。
现在，无界域可以被截断的有界域代替，但是不仅有简单的边界条件，外边界也会将虚假波反射回结构。这可以通过使用吸收边界来减少波反射并且适当地对无界域进行建模来避免。
我们将使用完美匹配的层作为吸收边界，并且散射波公式将提供等效的地震力，称为有效的地震输入。
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