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材料模型
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VPG/LS-DYNA程序目前有140多种金属和非金属材料模型可供选择，如弹性、弹塑性、超弹性、泡沫、玻璃、地质、土壤、混凝土、流体、复合材料、炸药及起爆燃烧、刚性及用户自定义材料，并可考虑材料失效、损伤、粘性、蠕变、与温度相关、与应变率相关等性质。
不同材料有不同的基本特性、适用的单元也不同，同时材料可以考虑如应变率效应、失效、状态方程和热分析能力等特性。 |
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状态方程
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| 在VPG/LS-DYNA的材料模型中有较多的材料可通过状态方程来描述。常规条件下的结构材料，一般不使用状态方程，但对于高速（100m/s）、高压（6-10Gpa）碰撞下的结构材料、流体、物质燃烧等有化学反应的过程都必须采用状态方程来描述，状态方程仅仅描述材料的体积变形行为：
p=f(v, r,E, T)
p：压力 v：相对体积 r：密度 E：内能 T：温度
VPG/LS-DYNA有14种状态方程，可以处理各种非常复杂的物理现象和材料特性，常用的状态方程如下：
*eos_linear_polynomial(线性多项式)
*eos_jwl（炸药）
*eos_gruneisen（结构材料）
*eos_ignition_and_growth_of_reaction_in_he（推进剂燃烧）
*eos_tabulated（列表方式） |
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单元库
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VPG/LS-DYNA程序现有16种单元类型，有二维、三维单元，薄壳、厚壳、体、梁单元，ALE、Euler、Lagrange单元等。各类单元又有多种理论算法可供选择，具有大位移、大应变和大转动性能，单元积分采用沙漏粘性阻尼以克服零能模式，单元计算速度快，节省存储量，可以满足各种实体结构、薄壁结构和流体-固体耦合结构的有限元网格剖分的需要。
薄壳算法选择
四边形壳元
· Hughes-Liu
· Belytschko-Tsay（缺省）
· S/R Hughes-Liu
· S/R旋转Hughes-Liu
· Belytschko-Leviathan壳
· Belytschko-Wong-Chiang
· S/R快速（旋转）Hughes-Liu
· 平面应力(二维)XY平面
· 平面应变(二维)XY平面
· 轴对称实体(面积加权，Y轴对称)
· 轴对称实体(体积加权，Y轴对称)
· 全积分壳单元(快速)
· 全积分DKT三角形壳单元
· 全积分线性DK四边形/三角形壳单元
三角形壳元
· BCIZ壳元
· CO三角形壳元
· 全积分线性假定应变CO壳单元
膜单元
· Belytschko-Tsay膜元
· Fully Intergrated Belytschko-Tsay膜元
欧拉单元
· 单点积分Euler Navier-Stokes壳单元
· 8积分点Euler Navier-Stokes壳单元
实体元算法选择
· 常应力固体元（缺省）
· 全积分S/R固体元
· 全积分带节点旋转8节点固体元
· S/R带节点旋转四面体元
· 单点ALE法
· 单点Euler法
· 单点Euler, ambient
· 声学单元
· 单点带旋转(用于Modified_Honeycomb材料)
· 单点四面体元
· 单点多物质ALE单元
· 单点单物质+空白单元
· 单点积分压力四面体单元(用于固体成形分析)
· 8积分点声学单元
· 2积分点五面体单元
· 8积分点加强应变型固体单元(只用于静态线性分析)
梁单元算法选择
· Hughes-Liu梁元
· Belytschko-schwer resultant梁元
· 桁架元
· Belytschko-Schwer梁元
· Belytschko-Schwer tubular梁元
· 离散的梁/缆元
· 二维平面应变壳元（XY平面）
· 二维轴对称壳元（XY平面）
· 焊点梁元
弹簧阻尼元
· 平动选项
· 旋转选项
· 线性选项
· 非线性选项
厚壳单元算法选择
· 面内单点积分，沿壳厚多点积分
· 面内2X2点积分，沿壳厚多点积分
· 面内假定应变2X2点积分，沿壳厚多点积分
刚性体
集中质量元
惯性单元
安全带单元(六种)
SPH单元
剪切单元 |
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接触分析功能
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| VPG/LS-DYNA程序的全自动接触分析功能易于使用，功能强大。现有40多种接触类型可以求解下列接触问题：变形体对变形体的接触、变形体对刚体的接触、刚体对刚体的接触、板壳结构的单面接触(屈曲分析)、与刚性墙接触、表面与表面的固连、节点与表面的固连、壳边与壳面的固连、流体与固体的界面等，并可考虑接触表面的静动力摩擦(库伦摩擦、粘性摩擦和用户自定义摩擦模型)、热传导和固连失效等。这种技术成功地用于整车碰撞研究、乘员与柔性气囊或安全带接触的安全性分析、薄板与冲头和模具接触的金属成形、水下爆炸对结构的影响等。此外程序采用材料失效和侵蚀接触(eroding contact)可以进行高速弹丸对靶板的穿甲模拟计算。 |
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ALE和Euler列式
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VPG/LS-DYNA程序具有Lagrange列式和Euler列式，Lagrange列式的单元网格附着在材料上，随着材料的流动而产生单元网格的变形。但是在结构变形过于巨大时，有可能使有限元网格造成严重畸变，引起数值计算的困难，甚至程序终止运算。
ALE列式和Euler列式可以克服单元严重畸变引起的数值计算困难，并实现流体-固体耦合的动态分析。ALE列式先执行一个或几个Lagrange时步计算，此时单元网格随材料流动而产生变形，然后执行ALE时步计算：（1）保持变形后的物体边界条件，对内部单元进行重分网格，网格的拓扑关系保持不变，称为Smooth Step；（2）将变形网格中的单元变量（密度、能量、应力张量等）和节点速度矢量输运到重分后的新网格中，称为Advection Step。用户可以选择ALE时步的开始和终止时间，以及其频率。Euler列式则是材料在一个固定的网格中流动，在VPG/LS-DYNA中只要将有关实体单元标志Euler算法，并选择输运(advection)算法。VPG/LS-DYNA还可将Euler网格与全Lagrange有限元网格方便地耦合，以处理流体与结构在各种复杂载荷条件下的相互作用问题。 v
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自适应网格剖分
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自适应网格剖分技术通常用于薄板冲压变形模拟、薄壁结构受压屈曲、三维锻压问题等大变形情况，使弯曲变形严重的区域皱纹更加清晰准确。
用户可指定采用自适应网格剖分的壳单元组（part），当某单元与相邻单元之间倾斜角度超过某一控制值（用户给定）时，该单元将自动剖分。用户还可以限定最大细分级别，1、2、3、4¼级细分分别将一个单元重分成1、4、16、64¼个单元。
对于三维锻压问题，VPG/LS-DYNA主要有两种方法：自适应网格剖分和任意拉格朗日-欧拉网格（ALE）网格进行Rezoning，三维自适应网格剖分采用的是四面体单元。
自动剖分网格技术除了细化单元外，VPG/LS-DYNA还可以进行自动剖分网格粗化，有时由于成形过程采用了网格自动细化技术，单元数成倍增加，在进行回弹等隐式计算前，需进行有限的粗化。
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初始条件、载荷和约束
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初始速度、初应力、初应变、初始动量（模拟脉冲载荷）；
高能炸药起爆；
节点载荷、压力载荷、体力载荷、热载荷、重力载荷；
循环约束、对称约束（带失效）、无反射边界；
给定节点运动（速度、加速度或位移）、节点约束；
铆接、焊接（点焊、对焊、角焊）；
二个刚性体之间的连接－球形连接、旋转连接、柱形连接、平面连接、万向连接、平移连接；
位移/转动之间的线性约束、壳单元边与固体单元之间的固连；
带失效的节点固连。
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热分析
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VPG/LS-DYNA程序有二维和三维热分析模块，可以独立运算，也可以与结构分析耦合，可进行稳态热分析，也可进行瞬态热分析，用于非线性热传导、静电场分析和渗流计算。
热传导单元：8节点六面体单元（3D），4节点四边形单元（2D）；
材料类型：各向同性、正交异性热传导材料，可以与温度相关，以及各向同性热传导材料的相变；
边界条件：给定热流flux边界，对流convection边界，辐射radiation边界，以及给定温度边界，它们可随时间变化；给定初始温度，可计算二个物体接触界面的热传导和热辐射，给定材料内部热生成（给定热源）；
热分析采用隐式求解方法，过程控制有：
· 稳态分析还是瞬态分析；
· 线性问题还是非线性问题；
· 时间积分法：Crank-Nicholson法（a=0.5）和向后差分法（ a=1）；
· 求解器：直接法或迭代法；
· 自动时步长控制。 |
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隐式求解
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用于非线性结构静动力分析，包括结构固有频率和振型计算。VPG/LS-DYNA中可以交替使用隐式求解和显式求解，进行薄板冲压成形的回弹计算、结构动力分析之前施加预应力等。
隐式求解有如下功能：
l 单元库和材料模型
固体单元：包括常应力（单点积分）固体元、S/R2X2X2积分点固体元等算法；
梁单元：算法Hughes-Liu；
薄壳单元：包括Belytschko-Tsay、S/R Hughes-Liu、Belyschko-Wang-Chiang、全积分壳单元等算法；
二维固体单元：包括平面应力、平面应变、轴对称；
l 接触界面
Surface_to_Surface
Nodes_to_Surface
One_way_Surface_to_Surface
Forming_one_way_Surface_to_Surface
Automatic_Single_Surface
2D_Automatic_Surface_to_Surface
l 给定位移和速度边界条件、初始速度
l 节点力、压力
l 隐式求解控制
非线性方程组求解器；
稀疏线性方程组求解器；
刚度矩阵带宽优化；
自动时步控制；
隐式动力求解；
多步回弹分析的人工稳定；
特征值分析； 回弹分析的无缝转换开关。 |
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薄板冲压成形模拟
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Dynaform/LS-DYNA程序近年来在薄板冲压成形过程数值模拟方面做了大量工作，取得显著效果。
薄板冲压模型通常有冲头、底模、压板和板料四大部分，冲头、底模和压板的刚度很大，可以用刚性材料的薄壳单元或实体单元建模。板料在冲压过程中产生大位移、大转动和大应变的弹塑性变形，Dynaform/LS-DYNA程序的薄壳单元完全满足这些要求，其材料模型不仅有各向同性弹塑性材料，并考虑温度影响和应变率影响，还有横向正交各向异性弹塑性材料以满足板料经过冷碾压加工后造成板面内与壳厚方向强度不同的情况。
Dynaform/LS-DYNA程序有Forming_nodes_to_surface, Forming_surface_to_surface接触界面以模拟板料在冲压过程中与冲头、底模和压板之间带摩擦的相对滑动，它还计及板料壳厚变化的影响。板料冲压产生废品的表现主要有二种：板料开裂和板面起皱。板料开裂的判据通常采用成形极限图（FLD），在Dynaform/LS-DYNA中输入材料的成形极限曲线（FLC），程序可自动生成成形极限图（FLD），从而可方便地判断板料是否出现开裂。
要清楚显示板料起皱的图形，单元网格越细越好，Dynaform/LS-DYNA程序可通过自适应网格剖分（adaptivity）功能，使出现较大弯曲变形的起皱部分自动加密网格。在冲压工艺中为减少出现起皱的可能性，通常采用压延筋，增加拉应力，减少引起起皱的压应力，Dynaform/LS-DYNA程序具有模拟压延筋（Drawbead）的功能。
板料成形的最后工序是剪裁（Trim）和脱模回弹（Springback），Dynaform/LS-DYNA程序有剪裁功能，可以将成形后的板料按用户要求将多余部分裁出，并修正边界网格。Dynaform/LS-DYNA程序可以采用隐式求解，将脱模后的成形板料计算弹性变形恢复，即回弹计算。
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汽车安全性分析
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VPG/LS-DYNA程序具备模拟汽车碰撞时结构破损和乘员安全性分析的全部功能。
l 安全带
包括安全带单元、材料、滑环、抽筒器、传感器、预张力器和加速度计等。
l 气囊
模拟折叠状态气囊的吹胀过程，以获得汽车碰撞事故时气囊对乘员的保护作用，检查气囊设计的安全性能。
l 假人
模拟乘员，计算汽车高速碰撞时乘员关键部位的动态特点，以判断乘员的安全性。人体由许多构件组成，每个构件要用单元网格构造准确的几何构形，其质量、质心位置、转动惯量，特别是各个关节的弹性连接与阻尼特性要与真人一致。通常经过大量实验测出这些参数，个别用户自己构造假人耗费巨大，一般从专业软件公司购买标准假人数据，装入VPG/LS-DYNA输入数据文件使用。图1.26所示为HYBRID III有限元假人。
l 汽车
用VPG/LS-DYNA的壳、实体等单元构造完整的汽车模型，可以选用金属、玻璃、塑料、橡胶等各种材料模型。程序的Automatic_Single_Surface接触功能可以保证汽车全部构件内外表面与假人、气囊、安全带之间，以及外部障碍物表面相互接触时不穿透，可以相对滑动，考虑摩擦，实现汽车高速碰撞时全过程的数值模拟和有关数据的输出。
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SPH算法
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SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）光顺质点流体动力算法是一种无网格Lagrange算法，最早用于模拟天体物理问题，后来发现解决其它物理问题也是非常有用的工具，如连续体结构的解体、碎裂、固体的层裂、脆性断裂等。SPH算法可以解决许多常用算法解决不了的问题，是一种非常简单方便的解决动力学问题的研究方法。由于它是无网格的，可以用于研究很大的不规则结构。
SPH法的计算原理是，用一组具有流速的运动质点来表示物质，每一个SPH质点代表一个已知物理性质的插值点，用规则的内插函数计算全部质点可以得到整个问题的解。
SPH求解器是LS-DYNA的求解器之一，大部分VPG/LS-DYNA功能(初始速度、接触、刚性面)均可以通过关键字调用SPH粒子。
SPH算法适用于超高速碰撞、靶板贯穿等过程的计算模拟。
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不可压缩流场分析
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| VPG/LS-DYNA不可压缩流求解器是960版新增加的功能，用于模拟分析瞬态、不可压、粘性流体动力学现象。求解器中采用了超级计算机的算法结构，在确保有限元算法优点的同时计算性能得到大幅度提高，从而在广泛的流体力学领域具有很强的适用性。
VPG/LS-DYNA不可压缩流求解器不仅为已具有固体、结构、边界元及可压缩流场分析功能的VPG/LS-DYNA软件加入了对不可压缩流场的分析模块，同时还可用于求解低马赫数/不可压流场中的液固/液体-结构耦合作用问题。
VPG/LS-DYNA不可压缩流求解器基于隐式时间积分、显式时间积分两种算法。显式算法(一阶精度)解耦动量守恒方程并减少了对内存的需求，但带来部分精度的损失，但是由于显式算法满足扩散和CFD稳定性条件，又可提高计算精度，因此，采用单点积分和沙漏稳定性的显式算法被证明在不可压缩流求解分析中是简便、高效的。
VPG/LS-DYNA不可压缩流求解器的二阶精度算法，采用了恒定质量的预置算法和物质质量的校正算法，合理解耦了速度场和压力场，从而减少了计算Navier_Stokes方程对CPU和内存的需求。二阶精度算法，可用于分析流场中的涡流，而且很容易推广应用到流体力学领域中湍流现象的计算分析。 |
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多功能控制选项
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| 多功能控制选项
多种控制选项和用户子程序使得用户在定义和分析问题时有很大的灵活性。
输入文件可分成多个子文件；
用户自定义子程序；
二维问题可以人工控制交互式或自动重分网格（REZONE）；
重启动；
数据库输出控制；
交互式实时图形显示；
开关控制-可监视计算过程的状态；
对32位计算机可进行双精度分析。 |
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VPG/LS-DYNA分析能力
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VPG/LS-DYNA 具有很广泛的分析功能，可模拟许多二、三维结构的物理特性：
1. 非线性动力分析
2. 热分析
3. 失效分析
4. 裂纹扩展分析
5. 接触分析
6. 准静态分析
7. 欧拉场分析
8. 任意拉格朗日-欧拉（ALE）分析
9. 流体-结构相互作用分析
10. 不可压缩流体CFD分析
11. 实时声场分析
12. 多物理场耦合分析（结构、热、流体、声场等） |
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