LS-DYNA有限元建模、分析和优化设计

本书分为四大部分，分别介绍了ANSYS LST公司的4款主打软件：LS-PrePost、LS-DYNA、LS-OPT和LS-TaSC。书中结合多位ANSYS LST公司技术专家的成果和作者多年在相关领域的经验，详细阐述了这4款软件的使用方法，全书包括LS-PrePost几何建模、网格划分、有限元建模、后处理方法、二次开发，LS-DYNA基本功能、各类算法、关键字介绍，LS-OPT和LS-TaSC联合LS-DYNA优化设计等，并给出了相关算例详解，以引导读者掌握解决工程实际问题的能力。

本书理论与实践相结合，适合理工科院校的教师、本科高年级学生和研究生作为有限元课程学习教材，也可以作为国防军工、航空航天、汽车碰撞、材料加工、生物医学、电子产品、结构工程、采矿、船舶等行业工程技术人员的力学分析和产品优化设计参考手册，还可为国内自主软件开发提供借鉴。

辛春亮，就职于北京航天长征飞行器研究所，所级专家，研究员，男，48岁，已编写出版3本畅销的有限元书籍，发表学术论文40余篇，荣获多项国家和省部级科技奖。

前言

本书主要涉及ANSYS LST公司的4款主打软件：LSPrePost、LSDYNA、LSOPT和LSTaSC。相应地，本书按软件分为四部分。第一部分介绍了LSPrePost软件前处理建模和计算结果后处理功能。第二部分为LSDYNA使用指南，以LSDYNA中各类算法为主线，介绍不同算法的基本原理、优缺点、应用范围、新增算法的主要关键字，并给出了相关计算算例，以夯实读者对算法的理解。在最后两部分，作者简要介绍了LSDYNA联合LSOPT、LSTaSC软件进行优化分析的方法和算例。本书融合了4款流行的数值计算软件，本书集建模、后处理、分析和优化于一体，是一本集理论、经验、工程实践之大成的培训、学习教材，具有一定的深度和广度。本书非常适合于：

LSPrePost用户的初级、中级和二次开发培训。

具有一定LSDYNA使用经验的LSDYNA用户的中、高级培训及教研。

LSOPT和LSTaSC用户的入门培训。

第1章简要介绍了求解微分方程的常用数值计算方法、数值计算软件以及前后处理软件。

第2章介绍了LSPrePost软件的基本功能和用户界面。

第3、4、5章分别介绍了LSPrePost软件的几何建模、有限元建模和结果后处理功能，并给出了带有详细操作步骤的相关前处理和后处理实例。

第6章详细讲解了LSPrePost软件的命令流和基于SCL、LSReader等进行二次开发的方法。

第7章内容为LSDYNA入门基础知识，简要介绍了软件起源、基本功能、应用领域、关键字输入数据格式、常用的资源网站等。

拉格朗日算法是LSDYNA的最基本的算法，第8章介绍了3种基于LSPrePost建模的拉格朗日算法计算算例：小球撞击平板、气囊展开、S型管件撞击刚性墙。

第9章给出了LSDYNA原有ALE算法、流固耦合算法以及水中爆炸计算算例的讲解。

SALE方法更适合处理大规模计算问题，第10章着重讨论了SALE计算方法的优点、并行计算、主要关键字、边界条件设置，最后给出了空气中爆炸算例。

NVH、振动和疲劳计算是LSDYNA软件的新增功能，第11章用大篇幅详细阐述了模态分析、频响函数、稳态振动、随机振动、有限元声学、边界元声学、疲劳分析和响应谱分析。

第12章包含SPH算法的特点、近似算法、核函数以及与其他算法的耦合等内容。

第13章讲解了EFG及其网格重构算法。

SPG算法是LSDYNA软件独有的功能，第14章给出了其使用方法和三点弯曲计算算例。

第15、16章分别介绍了离散元法和近场动力学方法。

CESE算法也是LSDYNA软件的新增功能，第17章详细介绍了CESE算法的功能、特点、相关关键字和应用算例，并简要介绍了最新加入的DUALCESE算法。

第18、19章全面介绍了ICFD算法和电磁场求解器的功能、特点、相关关键字和应用算例。

第20章简要介绍了LSDYNA软件的其他算法，如二次拉格朗日单元、厚壳单元、微粒法、同几何分析等。

第21章详细介绍了LSDYNA软件新的二次开发环境，包括材料模型、自动内建模型、材料参数自动转换等功能的开发，可帮助用户扩展LSDYNA材料模型，实现建模自动化。

第22章介绍了LSOPT软件的功能特点以及与LSDYNA软件联合进行尺寸优化的算例。

第23章内容涉及LSTaSC软件的功能特点以及与LSDYNA软件联合进行拓扑优化的算例。

这4款功能强大的软件是原LSTC公司和现ANSYS LST公司多位开发者及用户集体智慧的结晶，本书汇集了这些技术专家的成果。首先，特别感谢美国工程院院士、原LSTC公司的创始人和总裁John O. Hallquist博士，他是有限元领域最受人尊敬的专家之一，本书涉及的LSDYNA、LSPrePost、LSOPT和LSTaSC软件均来自他的研发团队。

本书编写过程中参考了一些关于以上软件的公开技术资料。ANSYS LST公司的黄云博士、赵艳华女士、Philip Ho、陈皓博士、吴有才博士、韩志东博士、任波博士、崔喆博士、易桂莲博士、叶益盛博士、朱新海博士、张增产博士、Iaki、李丽萍博士等在公开资料使用方面给予了大力支持，每章后面所列参考论文、报告、用户手册以及很多计算算例大都来自上述软件开发者，这些公开的参考资料是本书写作的基础，对本书的撰写起了极其重要的作用！此外，本书作者还多次参加了他们主讲的技术培训

公开课程，从中受益匪浅。在此谨向上述原著者表示衷心感谢！

上海仿坤软件科技有限公司的赵海鸥、马亮、鲁宏升博士、苏敏女士、周少林、王强、袁志丹、张永召，大连富坤科技开发有限公司的何曦、于文会、何卫新、丁展博士、罗良峰、张胜，ETACHINA的黄晓忠、李生建、张春风，上海恒士达科技有限公司的费喜熙女士、陈永发，瑞典爆破研究中心的易长平博士，澳汰尔工程软件(上海)有限公司的焦金龙、王瑞龙，北京理工大学重庆创新中心的王腾腾女士，安世亚太科技股份有限公司的王庆燕女士，奥雅纳工程咨询(上海)有限公司的鲍照等也为本书的

编写和作者能力的提升提供了很多帮助，在此向他们表示深深的谢意！

为了方便读者亲自实现书中的实例，我们将书中所出现的源代码提供给读者。由于图书是单色印刷的，而书中许多图是彩色的，所以，印刷出来的图不能很好地反映出这些图的原貌。另外，受图书的开本大小的限制，对一些图作了缩小处理，使得其中的文字或线条有些模糊不清。为此，我们将书中的原图放在此文件中，供读者查阅。

由于作者水平有限，本书难免存在不当之处，欢迎广大读者和同行专家批评和指正。

作者谨识2020年12月于北京东高地