LS-DYNA — это усовершенствованный программный пакет общего назначения для мультифизического моделирования, разработанный бывшей компанией Livermore Software Technology Corporation (LSTC), которая была приобретена Ansys в 2019 году. [3] Хотя пакет продолжает содержать все больше и больше возможностей для расчета Многие сложные проблемы реального мира, их происхождение и основная компетенция лежат в высоко нелинейном переходном динамическом анализе конечных элементов (FEA) с использованием явного интегрирования по времени. LS-DYNA используется в автомобильной , аэрокосмической , строительной , военной , производственной и биоинженерной отраслях .
LS-DYNA возникла на основе программы 3D FEA DYNA3D , разработанной доктором Джоном О. Холлквистом из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в 1976 году. [4] DYNA3D была создана для моделирования воздействия опции полного взрывателя (FUFO). или ядерная бомба « Dial-a-yield » для сброса на малой высоте (скорость удара ~ 40 м/с). В то время не существовало 3D-программного обеспечения для моделирования удара, а 2D-программное обеспечение было недостаточным. Хотя бомба FUFO в конечном итоге была отменена, разработка DYNA3D продолжалась. [2] DYNA3D использовала явное интегрирование по времени для изучения нелинейных динамических задач, при этом первоначальные приложения в основном представляли собой анализ напряжений конструкций, подвергающихся различным типам воздействий. Изначально программа была очень простой, во многом из-за отсутствия в то время достаточных вычислительных ресурсов. Одновременно была разработана двумерная версия того же программного обеспечения. [4] В 1978 году исходный код DYNA3D был передан в общественное достояние без ограничений по запросу из Франции. [2]
В 1979 году была выпущена новая версия DYNA3D, запрограммированная для оптимальной производительности суперкомпьютеров CRAY-1 . В этой новой версии улучшена обработка скользящего интерфейса, которая была на порядок быстрее, чем предыдущая обработка контакта. В этой версии также были исключены структурные и твердые элементы более высокого порядка из первой версии, но включено поэлементное интегрирование метода интегральной разности, разработанного в 1974 году. [4]
Версия 1982 года включала девять дополнительных моделей материалов, которые позволяли проводить новые симуляции, такие как взаимодействие взрывчатой структуры и конструкции грунта. Релиз также позволил проанализировать реакцию конструкции на проникающие снаряды . Улучшения 1982 года еще больше увеличили скорость исполнения примерно на 10 процентов. Холлквист был единственным разработчиком DYNA3D до 1984 года, когда к нему присоединился доктор Дэвид Дж. Бенсон. [5] В 1986 году было добавлено множество возможностей. Добавленные функции включали балки, оболочки, твердые тела, контакт с одной поверхностью, трение интерфейса, дискретные пружины и демпферы, дополнительную обработку песочных часов, дополнительную точную интеграцию объема и совместимость с операционными системами VAX / VMS , IBM , UNIX , COS . На данный момент DYNA3D стал первым кодом, имеющим общий алгоритм контакта с одной поверхностью. [4]
Возможности моделирования обработки металлов давлением и анализа композитов были добавлены в DYNA3D в 1987 году. Эта версия включала изменения в элементы оболочки и динамическую релаксацию . Последняя версия DYNA3D в 1988 году включала еще несколько элементов и возможностей. [4]
К 1988 году LLNL отправила около 600 кассет с программным обеспечением для моделирования. Холлквист консультировал около 60 компаний и организаций по вопросам использования DYNA3D. [2] В результате в конце 1988 года была основана Livermore Software Technology Corporation (LSTC) для продолжения разработки DYNA3D гораздо более целенаправленным образом, в результате чего появилась LS-DYNA3D (позже сокращенная до LS-DYNA). Таким образом, выпуск и поддержка DYNA3D были прекращены. С тех пор LSTC значительно расширила возможности LS-DYNA, пытаясь создать универсальный инструмент для большинства задач моделирования. [4]
В 2019 году LSTC была приобретена Ansys, Inc. [3]
Нелинейность означает по крайней мере одно (а иногда и все) из следующих осложнений:
Переходная динамика означает анализ высокоскоростных и кратковременных событий, в которых важны силы инерции . Типичное использование включает в себя:
LS-DYNA состоит из одного исполняемого файла и полностью управляется из командной строки. Таким образом, все, что требуется для запуска LS-DYNA, — это командная оболочка, исполняемый файл, входной файл и достаточно свободного места на диске для выполнения вычислений. Все входные файлы имеют простой формат ASCII и поэтому могут быть подготовлены с помощью любого текстового редактора . Входные файлы также можно подготовить с помощью графического препроцессора . Существует множество сторонних программных продуктов для предварительной обработки входных файлов LS-DYNA. LSTC также разрабатывает собственный препроцессор LS-PrePost, который распространяется свободно и работает без лицензии. Лицензиаты LS-DYNA автоматически получают доступ ко всем возможностям программы, от простого линейного статического механического анализа до передовых методов теплового анализа и расчета потоков. Кроме того, они в полной мере используют программное обеспечение LSTC LS-OPT, автономный пакет оптимизации конструкции и вероятностного анализа с интерфейсом к LS-DYNA.
Потенциальные применения LS-DYNA многочисленны и могут быть адаптированы для многих областей. LS-DYNA не ограничивается каким-либо конкретным типом моделирования. В конкретном моделировании любая из многих функций LS-DYNA может быть объединена для моделирования широкого спектра физических событий. Примером моделирования, включающего уникальное сочетание функций, является посадка НАСА JPL Mars Pathfinder , которая имитировала использование космическим зондом подушек безопасности для помощи при приземлении.
Возможности анализа LS-DYNA:
Обширная библиотека моделей материалов LS-DYNA:
Некоторые типы элементов, доступные в LS-DYNA:
Алгоритмы контакта LS-DYNA:
LS-DYNA используется в автомобильной промышленности для анализа конструкций транспортных средств. [6] [4] LS-DYNA точно прогнозирует поведение автомобиля при столкновении и влияние столкновения на пассажиров. С помощью LS-DYNA автомобильные компании и их поставщики могут тестировать конструкции автомобилей без необходимости оснастки или экспериментальных испытаний прототипа, что экономит время и деньги.
Специализированные автомобильные функции LS-DYNA:
Одно из применений LS-DYNA — формовка листового металла. [6] [4] LS-DYNA точно прогнозирует напряжения и деформации, которым подвергается металл, и определяет, выйдет ли металл из строя. LS-DYNA поддерживает адаптивное изменение сетки и при необходимости уточняет сетку во время анализа, чтобы повысить точность и сэкономить время.
Применение LS-DYNA для обработки металлов давлением включает в себя:
LS-DYNA используется в аэрокосмической промышленности для моделирования удара птицы , [6] [4] удержания лопасти реактивного двигателя и разрушения конструкции.
Аэрокосмические применения LS-DYNA включают:
LS-DYNA широко используется исследователями из военных и оборонных ведомств. [7] [8] Некоторые из этих приложений включают в себя:
LS-DYNA используется в нефтегазовой промышленности для выполнения анализа усталости морских сооружений, анализа отказов судов в случае столкновения и моделирования взаимодействия жидкостных конструкций. [9] Применение LS-DYNA в нефтегазовой отрасли включает:
Другие приложения LS-DYNA включают: