Mechanics 版 (精华区)

发信人: rhc (土藤), 信区: Mechanics
标  题: LS-DYNA简介
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Mon Sep 12 17:15:42 2005)

LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National L
aboratory） 

J.O.Hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性
结构在高速碰撞、爆炸 

冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。LS-DYNA的源程序曾在北
约的局域网Pubic 

Domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。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。 
1988年，J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（Livermore Software Technology C
orporation），LS-DYNA 

开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合
方面获得非常大的进步 

。 

以下为LS-DYNA初学者常见的问题: 


一、LS-DYNA与市面上其它的前处理软件兼容性如何？ 
解答： 由于LS-DYNA是全球使用率最高的结构分析软件，因此其它的前处理软件与LS-DYN
A是完全兼容的。在此 

要强调的是：LS-DYNA的官方前处理程序为FEMB，因为FEMB是专门为LS-DYNA量身订作的前
处理程序，有许多设定 

条件及架构逻辑是其它前处理软件所难望其项背的，为了避免在学习LS-DYNA的过程及操作
上产生困扰，强烈建议 

使用者采用原厂出品的FEMB来做为LS-DYNA的前处理工具，使用者必定更能体会LS-DYNA直
觉式的设定与强大的分 

析能力。. 

二、LS-DYNA似乎很重视「Contact Algorithm」，这是为什么？ 
解答： 是的，LS-DYNA很早以前就已经发展「接触算法」，这是因为基础力学所分析的对
像均只考虑「力的受体 

」，故输入条件皆为外力量值。然而在真实情况下，物体受力通常是因为与其它的物体发
生「接触」（Contact） 

才受力，此时外力量值是无法预期的，应该输入的条件往往都是几何上的接触条件。因为
有完备的接触力学演算 

方式，LS-DYNA才得以忠实的仿真现实环境的复杂结构行为。 

三、如果要利用LS-DYNA进行MPP(平行运算)的计算，硬件配备及操作系统有无特殊需求？
 
解答： 不论是PC cluster、工作站及一般的PC环境，都适合执行LS-DYNA的MPP平行运算功
能，一般我们还是会 

建议要用来执行平行运算的计算机群组，彼此的等级宜尽量一致；操作系统方面并无特别
需求，以一般的windows 

2000、LINUX或是UNIX皆可执行。 国外已有很多厂商利用非办公时间，将办公室内的计算
机串连在一起，配合 

LS-DYNA来分析问题，宛如一部超级计算机，不仅可以有效提升研发的竞争力，同时亦可弹
性地运用计算机资源， 

一举数得。 

四、FEMB能够自动产生有限元素网格吗？ 
解答： FEMB当然可以自动产生有限元素网格，使用者再也不必费心在每个几何边界上指定
结点数量，仅需要输 

入元素尺寸的参考值，FEMB便会依此产生网格。当然，如果能够先在CAD进行合理的简化，
auto-mesh得到的元素 

品质会更好。 在国外CAE领域有两句名言：「Well Done is Quickly Done」、「Quality
 Mesh leads to 

Quality Analysis」，因此势流科技建议使用者应该多花点心思在前处理上，这对后续的
分析工作有着莫大的帮 

助。 

五、实际的产品CAD图文件，有许多复杂的几何造型，这些feature是否都该纳入分析考量
？ 
解答： 这样的问题事实上是属于「Engineer Judgement」的层次，而非软件层次的问题。
 使用者当然可以将 

完全按照CAD几何来建立有限元素的模型，然而任何一位有经验的工程师一定会先将不必要
的几何造型予以忽略， 

以提升分析效益，并将分析课题明确化。 以右图的Block为例，有些工程师会以Solid el
ement来建构完整的模 

型，有些则采用Shell element，甚至有些人会采用1D element...，这些方式都无伤大雅
，重点是工程师如何从 

分析结果获得充份的信息。 势流科技除了提供软件分析技术之外，同时更致力于协助业界
将CAE导入于生产流 

程的正确位阶，培养正确的CAE分析观念，以提升产品研发品质，缩短生产流程。 

六、LS-DYNA是否只能进行壳元素的分析？ 
解答： LS-DYNA不只能分析实体元素(Tetra、Hexa)、薄/厚壳元素(Quad.、Tri)，同时还
有梁元素、质点、 

Spring/Damper、spotweld等元素型态，另外还有SPH element。 之所以建议台湾电子产业
尽量以壳元素来仿真 

壳件产品，是由于电子产品的组件当中，板壳类占了90%以上，基于结构行为、准确性及分
析效能的考量。除非使 

用者有特殊的分析需求，否则并不建议采用实体元素来仿真板壳类型的产品组件。 我们藉
由右边的简单案例， 

以了解不同元素型态在仿真壳件产品的结果表现：(1) 实体元素在板壳厚度方向上至少需
要分割三层以上，其 

位移变形量才能收敛至一定值；而壳元素及厚壳元素仅需一层，在位移量上即可达到理想
精度。(2) 若是发生 

降伏产生大变形，在厚度方向上即使分割8层以上的实体元素，其掌握材料塑性应变的收敛
速度仍然相当缓慢，而 

付出的时间代价为shell element的25倍以上。厚壳元素的运算速度及精度与三层实体元素
相当，然而就塑性应变 

的精度而言，厚壳元素的表现比实体元素要好太多。 

七、在LS-DYNA里该如何强制刚体运动？ 
解答： CAE分析常需要藉由刚体运动，以简化复杂物理行为。应用技巧有二：给定初始速
度或是强制运动轨迹 

(prescribed motion)。 在LS-DYNA中，预设的刚体旋转轴位置为刚体的质心，若要强制刚
体绕特定轴旋转，只 

要利用FEMB在PART选单里设定INERTIA相关的数值即可。 其中的XC、YC、ZC为旋转中心所
在位置，即旋转轴通过 

的地方(内定值为刚体质心)。TM为Translational Mass，一般状况输入质量即可。 IXX~I
ZZ为此刚体质心位置相 

对于旋转中心的惯性矩，一般CAD软件应已具备此项计算功能，因此使用者无须再额外进行
人工运算。 以Pro/E 

的操作为例：1. 确认图文件的单位(公制、英制)。2. 于旋转中心建立坐标系。3. 选择「
 

Analysis」à「Model Analysis」à「Model Mass Properties」。4. 选择步骤2.产生之
坐标系。Pro/E计算 

结果会有二组Inertia Tensor，其中「Inertia at Center of Gravity with respect to
 XXX coordinate Frame 

」才是我们要的，再将相对应的数值填入IXX~IZZ即可。 

八、在LS-POST如何显示应变分布图？ 
解答：LS-DYNA内定的输出控制并不包含应变值。如果您希望能有应变值的输出的话，请在
FEMB里依照下列步骤完 

成设定即可。步骤1：点选「DynaMisc」，进入「DATABASE」选项。步骤2：请在「Extent
」选项中新增一个「 

Binary」的输出控制。步骤3：设定STRFLG=1即可。步骤4：分析完成后，使用者可直接在
LS-Pre/Post中，点选 

「Fcomp」à「Strain」观察计算后的应变分布图。LS-Pre/Post还有其它关于应变的显示
按键，如：「Infin」、 

「Green」及「Almans」等，基本上这些应变量是根据d3plot档案中所记录的位置资料，经
过微分计算而得到。如 

果点位取得够密的话，理论上会与板壳中性平面的应变值相当接近。 

九、强制结构体绕着特定轴旋转的时候，为何会出现奇怪的变形？ 
解答： 在定义物体旋转自由度的时候，常会以*Initial_velocity_generation来设定角速
度，然而这样的方式 

会将离心的效果纳入考量，特别是当角速度值很大的时候，，旋转物体会由旋转中心沿半
径方向膨胀变形。因此 

，如果不希望有离心膨胀的效果的话，可以利用*Load_body_rz(or rx、ry)，并配合*Def
ine_curve给定角速度对 

应时间的关系曲线。几个要注意的地方如下：步骤1：起始速度的设定选项，请设定Phase
=1，以进行dynamic 

relaxation。步骤2：定义角速度的曲线中，必须开启stress initialization的功能(SID
R=1)。步骤3：在 

control card的部份须开启accuracy及dynamic relaxation的功能。步骤4：参考范例请至
下载区download。 

十、LS-DYNA该如何进行振动模态的分析设定？ 
解答： 模态分析即为特征值分析，须采取Implicit的方式求解，您只需要在前处理程序F
EMB里依照下列方骤进 

行设定即可。 步骤1：点选「DynaMisc」，进入「Control」选项。步骤2：将一般Implic
it功能选项开启，其中 

一项即为「IMP.EIGENVALUE」。步骤3：最基本的设定，您只需要设定模态个数(NEIG)的值
即可。步骤4：LS-DYNA 

针对特征值，还有许多非常实用的输出控制，详细用法请参考LS-DYNA Keyword User’s 
Manual Vol. I，或是直 

接与势流科技的工程师联络。 

十一、究竟采用Implicit及Explicit的分析方式会有多大的差异性？ 
解答： 右图为材料试片拉伸试验的仿真，分别采用Implicit及Explicit的分析方式。依照
静力的观念，其破坏 

点必发生于试片中点；然而若是以瞬间拉扯试片的话，因为应力传递速度与路径的关系，
其破坏点未必会发生在 

中点，一般的静力软件必定不能满足真实的结构行为。 事实上，ASTM对于材料性质试验，
都有相关的规范以定 

义外力加载的速率，也就是因为这个原因。 参考结构动力学及数值分析相关参考书，对于
Explicit / 

Implicit将有更详细的说明。 

十二、要如何设定才能让LS-DYNA自动进行Implicit / Explicit的切换？ 
解答： 在LS-DYNA 960的版本即有Implicit / Explicit切换的功能，使用者可在FEMBàD
ynaMiscàIMP.General的 

第一个字段输入 「-100」，表示Implicit / Explicit的切换时间是依据#100的load cur
ve来定义的。而在 

LS-DYNA 970最新版本更提供了自动切换的功能，做法如下： 
步骤1：进入FEMB--DynaMisc--CONTROL 
步骤2：进入IMP.AUTO选项，给定DTEXP的值，此值即为explicit分析所需的计算步长。 

步骤3：进入IMP.General选项，设定IMFLAG=4 or 5即可。 

十三、评估了很多结构软件，发现LS-DYNA是唯一能够将Implicit与Explicit code整合在
一起的软件，这对实际 

的分析工作有何帮助？ 
解答： LS-DYNA将Implicit及Explicit两种不同的求解方式整合在一起，对于初学者而言
可以降低学习的困扰 

、缩短软件学习的时程、省去面临不同软件的适应问题；对进阶的使用者而言，可以从事
更详实的力学分析。最 

实际的效益在于： 
(1) 预变形及预应力的仿真：真实的结构行为通常都是以连续作动的方式在进行，因为第
一阶段的力学行为而 

衍生出后续阶段的变形。传统的作法，使用者必须凭借个人经验或是以简化的方式在结构
体上施予一假设的预应 

力(预变形)量，然而所施加的量值却未必能符合真实的数值。LS-DYNA整合Implicit及Exp
licit解法，可以忠实的 

仿真各种结构反应。以卡勾卡合的动作机制而言，在第一阶段可利用Implicit解法指定卡
勾运动方向，接着可马 

上切换至Explicit解法，仿真卡合瞬间的反应。 
(2) 相信以往从事Implicit分析的工程师都有调整收敛参数的不愉快经验，而LS-DYNA 97
0可以视运算过程收敛 

性的难易程度，自动将solver由Implicit切换到Explicit，以克服收敛性的问题，这个功
能绝对是非常吸引人的. 

十四、请问以Explicit方式进行分析，影响运算时间的因素有哪些？ 
解答： 采用Explicit方式最直接影响运算时间的因素是「计算步长」(time step)的大小
，LS-DYNA决定计算步 

长的方式为： 另外还有许多因素会影响运算的时间：(1) 分析历时(Termination Time)，
分析历时较短者 

，可缩减运算时间。(2) 接触算法：LS-DYNA采用最有效率的接触演算理论。(3) 机器等级
：计算机等级高者 

，运算时间较短。(4) 元素理论：采用较多高斯积分点的元素，其运算时间会增加。(5) 
材料模式之复简： 

材料性质直接影响计算步长。 模型的复简：适当的简化CAD model可大幅提升运算品质。
 所以当您在评估 

软件时，若有任何关于LS-DYNA计算速度的疑问，都欢迎与势流科技联络，我们将提供最正
确的CAE信息与您分享 

。 

十五、请问弹簧/阻尼系统该采用什么元素来仿真比较恰当？ 
解答： 若是早版本(LS-DYNA 940)的使用者，可以直接选用discrete element来仿真弹簧
或是阻尼元素。 不 

过LSTC原厂建议采用最新版本LS-DYNA 970所提供的Beam Element(#6)来仿真Spring / Da
mper，配合*MAT(#66、 

#67)可一次定义多轴的劲度与阻尼值，并且不用额外定义Lump Mass。 例如右图即是采用
单一Beam 

Element(#6)来仿真单自由度(SDOF)系统在No Damped、Under Damped、Criticle Damped及
Over Damped状况下的 

振动行为。 

十六、请问安装LS-DYNA(MPP)版本时，操作系统需有哪些额外的设定？ 
解答： 若所采用的操作系统是Window2000，可以请贵单位的网管人员协助下列设定： 
(1) 确定参与平行运算的各机器皆处于同一网域内。 
(2) 各机器须提供公用帐号及密码给予MPP的使用者登入。 
(3) 于每一台机器上安装最新版本的MPICH程序(Mpich-1.2.5)，利用所附的mpiregister程
序设定MPP的使用者 

帐号及密码。 
若您所用的系统是UNIX / Linux，亦请贵单位的网管人员协助以下的设定： 
(1) 确定所有参与MPP计算的机器皆位于同一网域内。 
(2) 建立NFS server让cluster内的所有机器将LS-DYNA的所在目录挂载进来。 
(3) 进行相关安全设定(/etc/hosts、/etc/hosts.equiv、.rhosts....etc)，让MPP的使用
帐号可以利用rsh或 

是ssh的方式在Cluster的机器间互相登入而无须输入密码。 
(4) 安装MPICH或是LAM最新版本(LAM-6.5.6) 

十七、在Linux系统下如何指定MPP的computing node？ 
解答： 若是采用MPICH的话，请修改/usr/local/mpich/share/machines.LINUX的档案即可
，参考格式如下： 

node1 :2 node2 :2 若你是采用LAM的话，请先编辑hostfile，参考格式如下： node1 cp
u=2 node2 cpu=2 執 

行運算前請别忘了要先激活LAM，请执行 lamboot –v hostfile；若是激活成功，屏幕上
会显示参与MPP计算的 

Node number。 

十八、请问在执行MPP运算时，有没有类似PC版本Ctrl+C的功能以进行不同的switch？ 
解答： 当然是有的。你可以利用另一个terminal窗口在工作目录产生名为「d3kil」的档
案，将正确的switch( 

如sw2)填写在第一行，LS-DYNA程序会周期性的读取d3kil档案，并进行相关的switch rep
ort。 若是Linux / 

UNIX系统的话，还可以有另一种方式：请另外开启新的terminal，执行source bg_switch
，此时正在运算的程序 

会先暂停，并且等待你的switch讯号。 

十九、如果想要了解特定截面的力量分布情形，该设定哪些项目呢？ 
解答： 所想获得的信息应该是属于Section force的输出结果。其做法如下： 
(1) 进入Set选单，将特定截面上的所有结点设成同一个群组(Node Set)。 
(2) 将这些结点所在的元素(在截面的同一侧)也设成同一个群组(Element Set)。 
(3) 进入DynaMisc选单à点选DatabaseàCross sectionà建立Cross section set，将步
骤(1)(2)所设定的结点及 

元素群组点选进来即可。 
(4) 最后再到ACSII选单定义secforc的记录输出时距即可 至于资料的读取方式与一般利用
LS-Pre/Post读取 

ACSII data的作法一样。 一般常见的应用在于获得支承的扭转性质(如LCD、铰接托架等结
构)。 

二十、请问LS-DYNA在进行Implicit分析时，有没有什么该注意的地方？ 
解答： 这个问题好象有点「蛮广泛」... 在这边先跟您说明一下大原则：Implicit meth
od分析主要就是在 

求解矩阵式，给定的力学条件不外乎是「Force Prescribed」与「Displacement Prescri
bed」，一般最常犯的毛 

病就是边界条件给定不足，造成model发生「刚体运动」的情形，您可以将这种情形想象成
物体浮在空中一样，宜 

尽量避免这种情形产生。 在此提供您一个判断的方式：您可以先利用LS-DYNA eigenvalu
e analysis的功能先进 

行模态分析，藉后处理程序检查有无刚体模态，以判断Implicit model的束制条件是否充
足。 

二十一、LS-DYNA有没有什么功能可以让上/下表面的网格移到中性平面来？ 
解答： 有的，请依照下列步骤进行： 
(1) 利用Check的功能，将元素法向量调整一致。 
(2) 进入Element选单，点选transform。 
(3) 接着会出现向右图一样的窗口，请选择NORMAL OFFSET。 
(4) 输入半个壳厚即可。 Normal offset与直接平移的不同是在于Normal offset会依照壳
厚修正曲率，能够 

让网格正确的移至中性平面的位置。 所以你大可放心在CAD的外表面产生iges surface，
再利用Normal offset 

的功能让网格产生在中性平面上，以加快建构网格的时间。 

二十二、请问如何在后处理程序LS-Pre/Post里头看到壳元素的厚度？ 
解答：请依照下列步骤进行： 
(1) 进入Appear选单。 
(2) 勾选Thickness的方框。 
(3) 选择Allvis (All visible)或是直接于画面上点取你要显示壳厚的Part亦可。 

二十三、在LS-Pre/Post里面该如何操作才能看到各相材料的变形及相关的力学资料？ 
解答： (1) 进入Fcomp选单。 
(2) 将下方的Fringe钮切换成Ffds。 
(3) 于CFD选项内选择欲观测的物理量。 
(4) 进入Selpar选单后，您会发现多了一些F1，F2之类的part，此即为参与ALE分析的各相
材料您可以直接点选 

欲观察的part。 

二十四、LS-Pre/Post有没有办法改变SPH颗粒的大小？ 
解答： 在Setting的选项里面有提供SPH颗粒大小的控制方式，请依照下列步骤进行： 
(1) 点选SPH nodes。 
(2) 下方字段即可选择SPH的半径比例及显示方式。 

二十五、LS-DYNA有没有办法仿真出「破裂」或「碎裂」的状况？ 
解答： 可以参考LS-DYNA User's Manual Vol. II选择具备failure criterion的材料模式
。 以最简单的 

*MAT_KINEMATIC_PLASTIC模式而言，您只要给定PS(plastic strain)的值，当结构体变形
达到此值即会进行 

element elimination的的动作，若mesh够密即可看到「破裂」的样子。 话说回来，「破
裂」现像还有许多判别 

的方式，利用小技巧来产生碎裂的行为给大家看，通常是「作秀」的成分居多，对于电子
产品结构系统的改善并 

无直接的帮助。 要进行真正的大变形仿真，其实可以考虑采用EFG或是ALE的方式来进行。
此例即是利用ALE的方 

式仿真金属切削的行为，突破一般FEM Lagrange mesh的变形限制及建构网格的困扰。 

二十六、请问究竟是采用Automatic contact好还是一一指定接触界面的方式比较好？ 
解答： 基本上这个问题也是属于工程师判断的问题。早期的接触算法是需要一一指定接触
界面，甚至工程师得 

非常小心各个接触界面的法向量必须要两两相对。这样的方式可想而知，很容易发生人为
的疏忽，进而产生结构 

体发生穿透的情形，面对复杂的结构系统而言几乎是不太可行的方式。 个人的建议是除非
有特殊理由，必须明 

显区分不同的接触界面，如打印机进纸机构等产品，否则可先以*contact_automatic_sin
gle_surface的方式来进 

行分析。 

二十七、在完成前处理的设定后，有没有办法知道每一个part的重量？ 
解答：你可以在FEMB的Part选项里找到Mass Calculation的功能。程序允许你将各个part
的质量信息存成文字文 

件，同时也会立即将这些信息显示在屏幕上。除了FEMB自动计算质量信息的功能外，当LS
-DYNA开始进行分析的时 

候，会自动产生d3hsp的档案，里头也会记录质量、质心位置等相关信息。 

二十八、请问如果我自己有写程序产生出曲线资料，或是已将data point存成Excel档案，
能不能直接读入FEMB？ 

解答：FEMB建立数值曲线的方式有两种，一种是在FEMB里用key-in的方式来输入点位，另
一种方式就是读入Excel 

的格式，其方式如下： 
(1) 请先将Excel档另外储存成附档名为*.csv的格式，再将附档名改成「*.cvr」。 
(2) 进入FEMB 「DynaMisc」的功能选项，选择「Load Curve」--Create--OK--File--Imp
ort即可。 

二十九、请问贵公司所代理的LS-DYNA软件，其采用的单位制为何？ 
解答：事实上LS-DYNA并不强制你采用何种单位制，只要model的尺度及相关力学常数能彼
此搭配一致即可。在此 

提供单位换算的简表，方便您进行查核。 个人的习惯是采用 Ton-mm-sec制，因为这样所
得到力量、应力及能量 

单位皆是一般惯用的单位制。 

三十、请问在load curve的输入方式除了一点一点慢慢key-in之外，有没有其它更快的方
式？ 

解答：如果线型很单纯，用key-in的方式会比较快速；如果你的曲线是属于函数图形之类
的话，可依下列方式， 

直接将Excel资料读入FEMB当中： 
(1) 利用Excel产生两栏(x,y)的数值，将其存成*.csv的格式。 
(2) 利用档案总管将*.csv的扩展名改成*.cvr 
(3) 在FEMB的DynaMisc--Load curve--Create一直按OK进入直角坐标图--FILE--Import--
将*.cvr的曲线点位謮 
入即可
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※ 来源:·哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.226.129]