多物理場
電磁(EM)
LS-DYNA®的電磁求解器(EM) 將有限元法(FEM)和邊界元法(BEM)以某種方式結合起來,在電磁場的求解過程中,它對導體采用的是有限元方法(FEM),而對周圍的空氣及絕緣體采用的則是邊界元方法(BEM)。EM為用戶提供穩定的,可擴展的,準確的電磁過程模擬。電磁求解器與結構,熱和流體之間的強耦合使LS-DYNA在一些多物理場中擁有好的表現。
應用:
? 電磁成型\焊接\彎曲
? 誘導加熱
? 軌道槍
? 電池
? 心臟電生理學
金屬平板在錐模下的電磁成型
特點:
? 基于有限元和邊界元
? 2D和3D
? 可以使用實體單元,殼單元,復合厚殼單元
? 電磁接觸 EMcontact
? 感應計算
? EM狀態方程
? 電池的電化學電路模型
? 電生理學中的cell離子模型
? 電生理單域模型和雙域模型
電阻焊接模擬,考慮材料電阻和接觸電阻生熱
由10個電芯構成的模組受圓球擠壓分析
耦合LS-DYNA中的電生理學、結構、流體進行仿真分析,模擬心臟的工作過程,包括Cell 跨膜電位的傳導,壁變形和血液流動
ALE方法 (Arbitrary Lagrange-Eulerian )
ALE方法及其附屬的流固耦合方法,旨在模擬一系列流體與固體間具有較大動量和能量轉換特點的瞬態工程問題。 LS-DYNA ALE 多材料單元模式允許同一網格中多種流體共存。 進而它所帶的流固耦合算法可分析固體結構與各單個流體之間的相互作用。 這種優點使得它被廣泛用于分析多種工程領域的問題。 LS-DYNA ALE/FSI 組件可很好地解決攜帶較大動量或能量密度的流體撞擊,侵入結構這一類工程問題。 例如,爆炸,油箱液體晃動, 容器跌落,飛鳥撞擊, 彈藥撞擊,飛行器濺落,輪胎打滑等。 新近開發的ALE 本質邊界條件(ALE ESSENTIAL BOUNDARY) 功能可大的降低在處理流體與剛體間耦合的模擬時間。 這一功能將在包裝,石油,化工,制造行業內得到利用,來模擬管道流, 樹脂成型等問題。
除了三維ALE求解器外,LS-DYNA ALE還包含一維球對稱和二維軸對稱功能。 ALE 投影功能可將ALE模型在這三種求解器間轉換,從而大加快求解速度。 投影功能支持如下映射:1D到2D,1D到3D,2D到2D,2D到3D和3D到3D。 通常這一功能在爆炸波沖擊結構問題上廣泛使用。 在爆炸波到達結構前,可由一維球對稱ALE快速求解,之后問題再投影到三維ALE網格上來分析空氣與結構間的相互作用。
顆粒氣囊方法CPM (Corpuscular Particle Method )
CPM方法是一種主要用來針對空氣動力學模擬的多尺度方法。它基于運動分子理論,這一理論將分子描述為遵守牛頓定律的剛體。 在CPM方法中,每個顆粒代表一團空氣分子。 空氣壓力由離散的顆粒與氣囊碰撞產生??諝獾膭恿W效應由顆粒與顆粒之間的碰撞模擬。由于采用對空氣動力學的拉格郎日描述,與ALE方法相比,CPM方法有著方法簡便,計算穩定和機時有效的優點。
它能處理異位氣囊(Out-of-Position)打開,簾氣囊(Curtain Airbag)和多室氣囊(Multiple Chamber)問題。
離散單元法DES (Discrete Element Sphere )
DES單元法是一種基于在處理大變形,顆粒流,混合過程,谷倉儲存與卸貨,輸送帶傳送等問題時卓有成效的離散單元法而開發的一種顆粒解法。每個DES顆粒都由一個有限元節點代表。 這使得它與其它有限元結構或剛體的相互作用可以很方便地利用懲罰接觸方法來描述。 DES法充分利用并行計算,可處理包含上億個顆粒的模型。
DES方法中的鍵接(Bond)模型應用鍵接來連接離散顆粒而形成連續介質。 由鍵接相連的顆粒團有著與固體材料相同的材料性質,例如剛度和變形能。 在描述裂紋產生和擴展以及分片(Fragmentation)時,斷裂能由各個被破壞鍵接能的總和所代表。 鍵接模型做為離散顆粒和連續介質理論之間的橋梁,提供了兩種尺度間的無縫連接。它有著下述幾種優點:
1)鍵接剛度僅由楊氏模量和泊松比確定。
2)裂紋條件可由斷裂能密度直接求出。
3)材料行為與顆粒尺度無關。
平滑粒子流體動力學 SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)
SPH法,作為一種無網格拉格郎日的顆粒方法,有著它自身的優點。 作為無網格方法,它可以自然處理大變形,移動邊界,自由表面和可變形邊界。 作為拉格郎日方法,物質點的物理變量隨時間的變化可無需特殊處理而被輕易提??;自由表面和移動邊界,以及物質界面的邊界條件也自然滿足。 作為顆粒方法,它可以自然地運用接觸算法來處理流體和固體間的相互作用。
SPH還包含二維和軸對稱求解器。SPH方法采用拉格郎日核成功解決了拉力失穩問題。 SPH混合單元聯結了SPH顆粒和傳統有限元單元。 SPH利用節點對節點的接觸算法,從而成功處理不同液相物質間的作用。 SPH還提供顯式熱傳導求解器和熱耦合組件處理。
SPH方法在以下領域內被廣泛使用: 高速沖擊,高能爆炸,水下爆炸,土壤侵入,金屬切削和成型,復合材料,飛鳥撞擊,不可壓流,自由邊界流,多相流,油箱液體晃動,油箱跌落,熱傳導,摩擦攪拌焊,脆性斷裂等。