LS-DYNA

LS-DYNA es un paquete de software avanzado de simulación multifísica de uso general desarrollado por la antigua Livermore Software Technology Corporation (LSTC), que fue adquirida por Ansys en 2019. Si bien el paquete continúa conteniendo más y más posibilidades para el cálculo de muchos problemas complejos del mundo real, sus orígenes y competencia central se encuentran en el análisis de elementos finitos dinámicos transitorios (FEA) altamente no lineal que utiliza integración de tiempo explícita. LS-DYNA se utiliza en las industrias del automóvil, aeroespacial, de construcción e ingeniería civil, militar, manufacturera y de bioingeniería.

Historia

LS-DYNA se originó a partir del programa 3D FEA DYNA3D, desarrollado por el Dr. John O. Hallquist en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en 1976. DYNA3D fue creado para simular el impacto de la opción de fusión completa (FUFO) o la opción "Dial-a-yield" Bomba nuclear para lanzamiento a baja altitud (velocidad de impacto de ~ 40 m/s). En aquel momento no había ningún software 3D disponible para simular el impacto y el software 2D era inadecuado. Aunque la bomba FUFO finalmente fue cancelada, el desarrollo de DYNA3D continuó. DYNA3D utilizó integración temporal explícita para estudiar problemas dinámicos no lineales, siendo las aplicaciones originales principalmente análisis de tensión de estructuras sometidas a diversos tipos de impactos. Inicialmente, el programa era muy simple debido en gran parte a la falta de recursos computacionales adecuados en ese momento. Al mismo tiempo se desarrolló una versión bidimensional del mismo software. En 1978, el código fuente de DYNA3D fue liberado al dominio público sin restricciones tras una solicitud de Francia.

En 1979 se lanzó una nueva versión de DYNA3D que fue programada para un rendimiento óptimo en las supercomputadoras CRAY-1. Esta nueva versión contenía un tratamiento de interfaz deslizante mejorado que era un orden de magnitud más rápido que el tratamiento de contacto anterior. Esta versión también eliminó los elementos estructurales y sólidos de orden superior de la primera versión, al tiempo que incluía la integración por elementos del método de diferencia integral desarrollado en 1974.

La publicación de 1982 incluía nueve modelos de materiales adicionales que permitían nuevas simulaciones, como las interacciones entre estructura explosiva y suelo-estructura. El comunicado también permitió analizar la respuesta estructural ante proyectiles penetrantes. Las mejoras introducidas en 1982 aumentaron aún más la velocidad de ejecución en aproximadamente un 10 por ciento. Hallquist fue el único desarrollador de DYNA3D hasta 1984, cuando se le unió el Dr. David J. Benson. En 1986, se agregaron muchas capacidades. Las características adicionales incluyeron vigas, carcasas, cuerpos rígidos, contacto de superficie única, fricción de interfaz, resortes y amortiguadores discretos, tratamientos de reloj de arena opcionales, integración de volumen exacto opcional y compatibilidad con sistemas operativos VAX/VMS, IBM, UNIX y COS. En este punto, DYNA3D se convirtió en el primer código en tener un algoritmo general de contacto de superficie única.

En 1987 se agregaron a DYNA3D capacidades de simulación de conformado de metales y análisis de compuestos. Esta versión incluía cambios en los elementos de la carcasa y relajación dinámica. El lanzamiento final de DYNA3D en 1988 incluyó varios elementos y capacidades más.

En 1988 LLNL había enviado aproximadamente 600 cintas que contenían software de simulación. Hallquist había consultado a casi 60 empresas y organizaciones sobre el uso de DYNA3D. Como resultado, a finales de 1988 se fundó Livermore Software Technology Corporation (LSTC) para continuar el desarrollo de DYNA3D de una manera mucho más centrada, lo que dio lugar a LS-DYNA3D (más tarde acortado a LS-DYNA). Así pues, se detuvieron las liberaciones y el apoyo al DYNA3D. Desde entonces, LSTC ha ampliado considerablemente las capacidades de LS-DYNA en un intento de crear una herramienta universal para la mayoría de las necesidades de simulación.

En 2019, LSTC fue adquirida por Ansys, Inc.

Usos típicos

No lineal significa al menos una (y a veces todas) de las siguientes complicaciones:

• Cambio de condiciones de límites (como el contacto entre partes que cambian con el tiempo)
• Deformaciones grandes (por ejemplo, el canto de piezas de chapa de metal)
• Materiales no lineales que no exhiben comportamiento idealmente elástico (por ejemplo, polímeros termoplásticos)

Dinámica transitoria significa analizar alta velocidad, eventos de corta duración donde las fuerzas inerciales son importantes. Los usos típicos incluyen:

• Estrecho automotriz (deformación del chasis, inflación del airbag, tensión del cinturón de seguridad,...)
• Explosiones (mines subacuáticas, cargas en forma,...)
• Fabricación (sello de hoja metálica,...)

Características

LS-DYNA consta de un único archivo ejecutable y está completamente controlado por línea de comandos. Por lo tanto, todo lo que se necesita para ejecutar LS-DYNA es un shell de comandos, el ejecutable, un archivo de entrada y suficiente espacio libre en disco para ejecutar el cálculo. Todos los archivos de entrada están en formato ASCII simple y, por lo tanto, pueden prepararse utilizando cualquier editor de texto. Los archivos de entrada también se pueden preparar con la ayuda de un preprocesador gráfico. Hay muchos productos de software de terceros disponibles para preprocesar archivos de entrada LS-DYNA. LSTC también desarrolla su propio preprocesador, LS-PrePost, que se distribuye gratuitamente y se ejecuta sin licencia. Los licenciatarios de LS-DYNA tienen acceso automáticamente a todas las capacidades del programa, desde un simple análisis mecánico estático lineal hasta métodos avanzados de resolución térmica y de flujo. Además, tienen pleno uso del software LS-OPT de LSTC, un paquete independiente de optimización de diseño y análisis probabilístico con una interfaz para LS-DYNA.

Capacidades

Las aplicaciones potenciales de LS-DYNA son numerosas y pueden adaptarse a muchos campos. LS-DYNA no se limita a ningún tipo particular de simulación. En una simulación determinada, cualquiera de las muchas características de LS-DYNA se puede combinar para modelar una amplia variedad de eventos físicos. Un ejemplo de una simulación que implica una combinación única de características es el aterrizaje del JPL Mars Pathfinder de la NASA, que simuló el uso de bolsas de aire por parte de la sonda espacial para ayudar en su aterrizaje.

Capacidades de análisis de LS-DYNA:

• Capacidades 3D completas
• Dinámica no lineal
• Dinámica corporal rígida
• simulaciones cuasi estáticas
• Modos normales
• Estática lineal
• Análisis térmico
• Análisis fluido
  • Capacidades ecuménicas
  • ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian)
  • FSI (Interacción Fluid-Structure)
  • Fluidos Navier-Stokes
  • Solucionador de líquidos compresibles, CESE (Elemento de conservación)
• Acoplamiento de dinámica multi-cuerpo de FEM (MADYMO, Cal3D)
• Buque submarino
• Análisis de fallas
• Propagación crack
• Acústica en tiempo real
• Regreso implícito
• Acoplamiento multifísico
• Acoplamiento estructural-térmico
• Adaptive remeshing
• SPH (Hidrodinámica de partículas refrigeradas)
• DEM (Método de elemento descreto)
• EFG (Element Free Galerkin)
• Transporte de radiación
• EM (Electromagnetismo)

Biblioteca de materiales

Biblioteca completa de modelos de materiales de LS-DYNA:

• Metales
• Plástico
• Cristal
• Foams
• Tejidos
• Elastomers
• Combustibles de miel
• Concreto " suelos
• Fluidos viscosos
• Materiales definidos por el usuario

Biblioteca de elementos

Algunos de los tipos de elementos disponibles en LS-DYNA:

• Beams (standard, trusses, discrete, cables y soldaduras) (con más de 10 formulaciones de elementos de haz)
• Discreta elementos (Springs and Dampers)
• Lumped Inertias
• Masas bultadas
• Accelerometers
• Sensores
• Cinturón de asiento
  • Pretensionistas
  • Retractores
  • Zapatos
• Shells (3, 4, 6, and 8-node including 3D shells, membranas, 2D plano stress, plano tension, and axisymmetric solids) (with over 25 shell element formulations)
• Solids (4 and 10-node tetrahedrons, 6-node pentahedrons, and 8-node hexahedrons) (con más de 20 formulaciones de elementos sólidos)
• Elementos SPH
• Mallas gruesas (8 nudos)

Algoritmos de contacto

Algoritmos de contacto de LS-DYNA:

• Contacto corporal flexible
• Cuerpo flexible a contacto corporal rígido
• Cuerpo rígido a contacto corporal rígido
• Contacto Edge-to-edge
• Efectivo contacto
• Superficies fijas
• Superficies CAD
• Muros rígidos
• Dibujar cuentas

Aplicaciones

Seguridad del ocupante

LS-DYNA es utilizado por la industria automotriz para analizar diseños de vehículos. LS-DYNA predice con precisión el comportamiento de un coche en una colisión y los efectos de la colisión sobre los ocupantes del coche. Con LS-DYNA, las empresas automotrices y sus proveedores pueden probar los diseños de automóviles sin tener que hacer herramientas o probar experimentalmente un prototipo, ahorrando así tiempo y gasto.

Características automotrices especializadas de LS-DYNA:

• Asientos
• Anillos de deslizamiento
• Pretensionistas
• Retractores
• Sensores
• Accelerometers
• Bolsas
• Modelos dummy híbridos III
• Modelos de inflador

Conformado de chapa con LS-DYNA

Una de las aplicaciones de LS-DYNA es el conformado de chapa metálica. LS-DYNA predice con precisión las tensiones y deformaciones experimentadas por el metal y determina si el metal fallará. LS-DYNA admite el cambio de malla adaptativo y refinará la malla durante el análisis, según sea necesario, para aumentar la precisión y ahorrar tiempo.

Las aplicaciones de conformado de metales para LS-DYNA incluyen:

• Estampación de metal
• Hidroformación
• Forging
• Dibujo profundo
• Procesos multietapa

Aplicaciones de la industria aeroespacial

La industria aeroespacial utiliza LS-DYNA para simular choques con aves, contención de palas de motores a reacción y fallas estructurales.

Las aplicaciones aeroespaciales de LS-DYNA incluyen:

• Contención de Blade
• Huelga de aves (escudo de viento y hoja de motor)
• Análisis de fallas

Aplicaciones militares y de defensa

LS-DYNA es utilizado ampliamente por investigadores militares y de defensa. Algunas de estas aplicaciones incluyen:

• Explosiones (minea naval subacuática, cargas en forma)
• Penetración proyectil
• Rail Gun
• Warhead Design
• Modelo de onda de choque

Industria del petróleo y el gas

LS-DYNA se utiliza en las industrias de petróleo y gas para realizar análisis de fatiga en estructuras marinas, análisis de fallas de barcos en caso de colisión y simular interacciones de estructuras de fluidos. Las aplicaciones de LS-DYNA para la industria del petróleo y el gas incluyen:

• Jacket Platform Analysis
• Sloshing Analysis
• Ice Impact
• Wave y Tsunami Impact

Otras aplicaciones

Otras aplicaciones de LS-DYNA incluyen:

• Pruebas de goteo
• Diseño de contenedores de transporte
• Diseño de componentes electrónicos
• Formación de vidrio
• Plásticos, moldes y formación de soplado
• Biomédico (válvulas de corazón)
• Corte de metales
• Earthquake engineering
• Análisis de fallas
• Equipo deportivo (clubs de golf, pelotas de golf, bate de béisbol, cascos)
• Ingeniería civil (plataformas offshore, diseño de pavimento)