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多物理场

磁(EM)

LS-DYNA®的电磁求解器(EM) 将有限元法(FEM)和边界元法(BEM)以某种方式结合起来,在电磁场的求解过程中,它对导体采用的是有限元方法(FEM),而对周围的空气及绝缘体采用的则是边界元方法(BEM)。EM为用户提供稳定的,可扩展的,精确的电磁过程模拟。电磁求解器与结构,热和流体之间的强耦合使LS-DYNA在一些多物理场中拥有优秀的表现。



     应用:

       • 电磁成型\焊接\弯曲

       • 诱导加热

       • 轨道枪

       • 电池

       • 心脏电生理学


金属平板在锥模下的电磁成型


     特点:

       • 基于有限元和边界元

       • 2D和3D

       • 可以使用实体单元,壳单元,复合厚壳单元

       • 电磁接触 EMcontact

       • 感应计算

       • EM状态方程

       • 电池的电化学电路模型

       • 电生理学中的cell离子模型

       • 电生理单域模型和双域模型


电阻焊接模拟,考虑材料电阻和接触电阻生热



由10个电芯构成的模组受圆球挤压分析



耦合LS-DYNA中的电生理学、结构、流体进行仿真分析,模拟心脏的工作过程,包括Cell 跨膜电位的传导,壁变形和血液流动



ALE方法 (Arbitrary Lagrange-Eulerian )

ALE方法及其附属的流固耦合方法,旨在模拟一系列流体与固体间具有较大动量和能量转换特点的瞬态工程问题。 LS-DYNA ALE 多材料单元模式允许同一网格中多种流体共存。 进而它所带的流固耦合算法可分析固体结构与各单个流体之间的相互作用。 这种优点使得它被广泛用于分析多种工程领域的问题。 LS-DYNA ALE/FSI 组件可优秀地解决携带较大动量或能量密度的流体撞击,侵入结构这一类工程问题。 例如,爆炸,油箱液体晃动, 容器跌落,飞鸟撞击, 弹药撞击,飞行器溅落,轮胎打滑等。 新近开发的ALE 本质边界条件(ALE ESSENTIAL BOUNDARY) 功能可极大降低在处理流体与刚体间耦合的模拟时间。 这一功能将在包装,石油,化工,制造行业内得到利用,来模拟管道流, 树脂成型等问题。

除了三维ALE求解器外,LS-DYNA ALE还包含一维球对称和二维轴对称功能。 ALE 投影功能可将ALE模型在这三种求解器间转换,从而极大加快求解速度。 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。 通常这一功能在爆炸波冲击结构问题上广泛使用。 在爆炸波到达结构前,可由一维球对称ALE快速求解,之后问题再投影到三维ALE网格上来分析空气与结构间的相互作用。




颗粒气囊方法CPM (Corpuscular Particle Method )

CPM方法是一种主要用来针对空气动力学模拟的多尺度方法。它基于运动分子理论,这一理论将分子描述为遵守牛顿定律的刚体。 在CPM方法中,每个颗粒代表一团空气分子。 空气压力由离散的颗粒与气囊碰撞产生。空气的动力学效应由颗粒与颗粒之间的碰撞模拟。由于采用对空气动力学的拉格郎日描述,与ALE方法相比,CPM方法有着方法简便,计算稳定和机时高效的优点。

它能处理异位气囊(Out-of-Position)打开,帘气囊(Curtain Airbag)和多室气囊(Multiple Chamber)问题。


离散单元法DES (Discrete Element Sphere )

DES单元法是一种基于在处理大变形,颗粒流,混合过程,谷仓储存与卸货,输送带传送等问题时卓有成效的离散单元法而开发的一种颗粒解法。每个DES颗粒都由一个有限元节点代表。 这使得它与其它有限元结构或刚体的相互作用可以很方便地利用惩罚接触方法来描述。 DES法充分利用并行计算,可处理包含上亿个颗粒的模型。

DES方法中的键接(Bond)模型应用键接来连接离散颗粒而形成连续介质。 由键接相连的颗粒团有着与固体材料相同的材料性质,例如刚度和变形能。 在描述裂纹产生和扩展以及分片(Fragmentation)时,断裂能由各个被破坏键接能的总和所代表。 键接模型做为离散颗粒和连续介质理论之间的桥梁,提供了两种尺度间的无缝连接。它有着下述几种优点:

1)键接刚度仅由杨氏模量和泊松比确定。

2)裂纹条件可由断裂能密度直接求出。

3)材料行为与颗粒尺度无关。





平滑粒子流体动力学 SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)

SPH法,作为一种无网格拉格郎日的颗粒方法,有着它自身的优点。 作为无网格方法,它可以自然处理极端变形,移动边界,自由表面和可变形边界。 作为拉格郎日方法,物质点的物理变量随时间的变化可无需特殊处理而被轻易提取;自由表面和移动边界,以及物质界面的边界条件也自然满足。 作为颗粒方法,它可以自然地运用接触算法来处理流体和固体间的相互作用。

SPH还包含二维和轴对称求解器。SPH方法采用拉格郎日核成功解决了拉力失稳问题。 SPH混合单元联结了SPH颗粒和传统有限元单元。 SPH利用节点对节点的接触算法,从而成功处理不同液相物质间的作用。 SPH还提供显式热传导求解器和热耦合组件处理。

SPH方法在以下领域内被广泛使用: 高速冲击,高能爆炸,水下爆炸,土壤侵入,金属切削和成型,复合材料,飞鸟撞击,不可压流,自由边界流,多相流,油箱液体晃动,油箱跌落,热传导,摩擦搅拌焊,脆性断裂等。

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