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LS-DYNA汽车零部件行业应用方案
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ANSYS LS-DYNA简介

ANSYS LS-DYNA 显式有限元技术的鼻祖和领导者

Dr. John O. Hallquist

Dr. John O. Hallquist是有限元计算业界最受人尊敬的专家之一。

1974年，Dr. John O. Hallquist进入Lawrence Livermore 国家实验室，承担DYNA的研发工作，开创了显式有限元方法。

1988年，Dr. John O. Hallquist创立了Livermore SoftwareTechnology Corporation(LSTC公司)，并推出了DYNA的商业化版本LS-DYNA®。基于Dr. John O. Hallquist对以DYNA和之后的LS-DYNA®为代表的显式有限元方法的杰出贡献，他在2007年当选为美国国家工程院院士。

2019年9月，ANSYS宣布进入收购LSTC公司（Livermore Software TechnologyCorporation）的最终协议阶段。收购以后，仿真用户可以看到产品功能的大幅扩展，毋庸置疑，工程师们将获益匪浅，主要集中在线性与非线性仿真技术的整合。

一套代码解决多种不同物理领域分析问题

LS-DYNA以显式算法为核心，加入了隐式、频域、流体、电磁、粒子法等求解功能，成为了一套代码解决多种不同物理领域分析问题的产品，在多个领域有着丰富的应用场景。

ANSYS LS-DYNA应用领域

  • 汽车

  • 航空航天

  • 国防

  • 制造业

  • 消费品

  • 土木工程

  • 电子产品

  • 生物科学

LS-DYNA Explicit

是汽车碰撞安全的黄金标准解决方案，适用于碰撞、冲击、跌落、爆炸类等瞬态、大变形、高度非线性应用。

汽车碰撞


LS-DYNA Implicit

支持大部分显式算法的材料、约束、载荷及接触，支持多种分析类型：线性分析、模态分析、非线性分析、显式-隐式结合分析。

悬垂分析

LS-DYNA Frequency Domain Analysis

  • 频率响应

  • 谐响应分析

  • 随机振动

  • 谱分析

  • 噪声

  • 疲劳分析

 

LS-DYNA ICFD for Incompressible Fluid

  • 隐式的不可压缩流体求解器

  • 自动的体网格及边界层网格生成

  • RANS/LES湍流模型

  • 多孔介质模拟

  • 与结构、电磁以及热求解器耦合

LS-DYNA ALE/S-ALE

  • 适用于材料大变形的仿真分析

  • 常用的流固耦合模拟方法

  • S-ALE（结构化ALE）

- 自动生成结构化网格，更加简洁的算法

- 更短的计算时间和更好的鲁棒性

- 更少的内存占用

- 更好的并行计算加速性能

LS-DYNA CESE

  • 可压缩流体求解器（Based onconservation element/solution element）

  • 与LS-DYNA其它求解器耦合

LS-DYNA Particles

LS-DYNA Particle

LS-DYNA EM

LS-DYNA Advanced CAE

LS-DYNA工具软件

LS-DYNA模型

LS-DYNA加速性能

行业痛点
解决方案

LS-DYNA汽车零部件行业典型应用

安全气囊

Courtesy of Jaguar

  • 不同折叠方式的影响

  • 泄气孔大小、形状和位置的影响

  • 气囊展开时对周围零件的冲击

  • 非正常坐姿下（Out of Position）的气囊模拟

  • LS-DYNA提供多种安全气囊模拟方法

CPM性能优化

计算过程中对粒子自动重新分区

更效率的周边搜索算法

处理器之间的数据交互性能提升

最新版本相对于R7版本处理粒子与粒子，粒子与织物之间的计算，有了约3倍的速度提升

总体约30%的速度提升

对比三个基准气囊模型

15%~65%的计算速度提升

- 气囊折叠

- 侧气帘折叠

- 参数标定

安全带

Belt fitting in LS-PrePost

安全带滑台试验仿真

Courtesy of JinHeng

座椅

  • 行李箱撞击

  • 安全带固定点强度分析

  • ISOFIX强度分析

  • 鞭打

  • HPM 模拟

  • 儿童提篮&座椅

转向系统

  • 模态分析

  • 刚性弯曲力加载

  • 刚性扭转力加载

  • 胸碰

  • 头碰

轮胎

基于ALE的轮胎滑水特性仿真

电池

基于不同仿真尺度的电池模型

• Solid elements：部/外部短路，电池单元

- 电池单元分层结构分别使用Solid单元建模

- 力学、热和电磁求解器使用相同的网格单元

• Composite Tshells：内部/外部短路, 电池单元/模组

- 力学求解使用Composite Tshell网格单元

- 电磁和热求解使用隐含的Solid网格单元

- 相对更快的求解速度(更少的单元数量, 更大的时间步长)

• Macro model：内部/外部短路，池包/模组

- 厚度方向上使用一个或是几个单元

- 在节点处储存电势信息

• Meshless model：外部短路，包/模组

- 整个电池为一个等效电路模型

分布式等效电路模型

以上电池模型的均基于Randles等效电路模型

- 求解速度相对较快

- 可模拟电池单元的电、热效应

- 模型参数获取简单

- 可模拟外部短路和内部短路

多时间尺度的处理方法

• 冲击过程的模拟使用正常冲击模拟的时间步长（如ms）

• 短路后的电热模拟可使用较长的时间步长（s）

与ICFD求解器相耦合

  • 电池热管理仿真Batmac + thermal + ICFD

  • 水中外部短路Meshless + ICFD

锂离子电池电化学模型

  • 新增*BATTERY系列关键字，可用于建立电池单元详细的一维电化学模型

  • 可以与力学和热求解器相耦合，更加真实的模拟锂离子电池在受到外部热载荷或者撞击力时的热失控现象

  • 仅支持双精度求解

内饰

  • GB 11552-2009

- 乘用车内饰突出物

  • ECE R21

- Uniformprovisions concerning the approval of vehicles with regard to their interiorfittings

  • FMVSS 201

- Occupantprotection in interior impact

  • FMVSS 201u

- Occupantprotection in interior impact - Upper Interior Head Impact Protection

  • FMH头型标定

  • 上部内饰FMH头型碰撞

  • 头型撞击仪表板内饰

玻璃

头部撞击风挡玻璃

基于Peridynamics的玻璃失效模拟

油箱

利用SPH方法模拟油液，模拟碰撞过程中油液晃动对于油箱的冲击效应，以指导油箱固定机构的优化设计和内部防晃板的设计。

电子电器

跌落仿真

PCB Trace Mapping

  • LS-DYNA支持基于ECAD文件的Trace Mapping功能，用于更精确的PCB的结构分析。

  • Trace Mapping能够将ECAD文件中的信息映射到网格中，从而简化建模过程。支持实体单元和壳单元。

材料加工

  • 成型性分析

  • 回弹预测

  • 液压成型

  • 电磁成型

  • 旋压成型

  • 片材卷绕

  • 碳纤维编织

  • LS-FORM，a pre-post tool forforming

- 降低应用技术门槛

- 更加友好的用户界面

- 多阶段冲压过程模拟

材料参数识别

△ LS-OPT优化流程图

基于LS-OPT的材料参数识别

- 基于流程图的图形界面，操作简单

- 与LS-DYNA求解器无缝连接

- 多参数、多目标、多工况

应用案例