LS-DYNA es un paquete avanzado de software de simulación multifísica de propósito general desarrollado por la antigua Livermore Software Technology Corporation (LSTC), que fue adquirida por Ansys en 2019. [3] Si bien el paquete continúa conteniendo cada vez más posibilidades para el cálculo de muchos problemas complejos del mundo real, sus orígenes y competencia principal se encuentran en el análisis de elementos finitos (FEA) dinámico transitorio altamente no lineal utilizando la integración de tiempo explícita. LS-DYNA es utilizado por las industrias automotriz , aeroespacial , de construcción e ingeniería civil , militar , manufacturera y de bioingeniería .
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. [4] DYNA3D fue creado para simular el impacto de la bomba nuclear Full Fuzing Option (FUFO) o " Dial-a-yield " para su lanzamiento a baja altitud (velocidad de impacto de ~ 40 m/s). En ese momento, no había ningún software 3D disponible para simular el impacto y el software 2D era inadecuado. Aunque la bomba FUFO finalmente se canceló, el desarrollo de DYNA3D continuó. [2] DYNA3D utilizó la integración temporal explícita para estudiar problemas dinámicos no lineales, y las aplicaciones originales fueron principalmente el análisis de tensiones de estructuras sometidas a varios tipos de impactos. El programa inicialmente era muy simple en gran parte debido a la falta de recursos computacionales adecuados en ese momento. Al mismo tiempo, se desarrolló una versión bidimensional del mismo software. [4] En 1978, el código fuente de DYNA3D fue liberado al dominio público sin restricciones después de una solicitud de Francia. [2]
En 1979 se lanzó una nueva versión de DYNA3D 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 sólidos estructurales y de orden superior de la primera versión, al tiempo que incluía la integración elemento por elemento del método de diferencia integral desarrollado en 1974. [4]
La versión de 1982 incluyó nueve modelos de materiales adicionales que permitieron nuevas simulaciones, como interacciones explosivo-estructura y suelo-estructura. La versión también permitió el análisis de la respuesta estructural debido a proyectiles penetrantes . Las mejoras 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. [5] En 1986, se agregaron muchas capacidades. Las características agregadas 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. [4]
En 1987, se añadieron a DYNA3D capacidades de simulación de conformado de metales y análisis de compuestos. Esta versión incluía cambios en los elementos de la carcasa y la relajación dinámica . La versión final de DYNA3D en 1988 incluía varios elementos y capacidades más. [4]
En 1988, LLNL había enviado aproximadamente 600 cintas que contenían software de simulación. Hallquist había asesorado a casi 60 empresas y organizaciones sobre el uso de DYNA3D. [2] Como resultado, a fines de 1988 se fundó Livermore Software Technology Corporation (LSTC) para continuar el desarrollo de DYNA3D de una manera mucho más enfocada, lo que dio como resultado LS-DYNA3D (más tarde abreviado como LS-DYNA). Por lo tanto, se detuvieron los lanzamientos y el soporte para DYNA3D. Desde entonces, LSTC ha ampliado en gran medida las capacidades de LS-DYNA en un intento de crear una herramienta universal para la mayoría de las necesidades de simulación. [4]
En 2019, LSTC fue adquirida por Ansys, Inc. [ 3]
No lineal significa al menos una (y a veces todas) de las siguientes complicaciones:
La dinámica transitoria implica analizar eventos de alta velocidad y corta duración en los que las fuerzas inerciales son importantes. Los usos típicos incluyen:
LS-DYNA consta de un único archivo ejecutable y se ejecuta completamente mediante línea de comandos. Por lo tanto, todo lo que se necesita para ejecutar LS-DYNA (además de cierta infraestructura de licencias) es un shell de comandos, el ejecutable apropiado para la arquitectura de la computadora, un archivo de entrada y suficiente espacio libre en el disco para almacenar los resultados. Los archivos de entrada utilizan un formato ASCII simple y, por lo tanto, se pueden preparar utilizando cualquier editor de texto . Muchos entornos de simulación de terceros integran algunas capacidades de preprocesamiento de LS-DYNA . LSTC también desarrolla su propio preprocesador, LS-PrePost, que se distribuye libremente, se ejecuta sin licencia y también se puede utilizar para ver y posprocesar resultados de simulación. Los licenciatarios de LS-DYNA tienen acceso automático a todas las capacidades del programa, desde el análisis mecánico estático lineal simple hasta métodos avanzados de resolución térmica y de flujo. Además, tienen uso completo del software LS-OPT de LSTC, un paquete independiente de optimización de diseño y análisis probabilístico con una interfaz para LS-DYNA.
Las posibles aplicaciones de LS-DYNA son numerosas y pueden utilizarse en muchos campos. LS-DYNA no se limita a ningún tipo de simulación en particular. En una simulación dada, cualquiera de las muchas características de LS-DYNA se puede combinar para modelar una amplia variedad de eventos físicos. Sin embargo, la principal fortaleza del software reside en las simulaciones altamente no lineales de eventos de alta velocidad, preferiblemente relacionados con la deformación de chapa metálica (por ejemplo, un automóvil que choca contra una barrera de tráfico ). Se agregaron varias variantes de algoritmos y expansiones multifísicas para utilizar estas capacidades básicas en campos especiales (por ejemplo, la embutición profunda de chapas de acero mediante fuerzas electromagnéticas o mediante explosivos).
Un ejemplo de una simulación que implicó una combinación única de varias características es el aterrizaje del JPL Mars Pathfinder de la NASA , que simuló el gas y la tela de las bolsas de aire infladas alrededor de la nave espacial, y el posterior impacto y rebote del conjunto en el suelo marciano.
Capacidades de análisis de LS-DYNA:
Biblioteca completa de modelos de materiales de LS-DYNA:
Algunos de los tipos de elementos disponibles en LS-DYNA:
Algoritmos de contacto de LS-DYNA:
La industria automotriz utiliza LS-DYNA para analizar los diseños de vehículos. [6] [4] LS-DYNA predice con precisión el comportamiento de un automóvil en caso de colisión y los efectos de la colisión sobre los ocupantes del vehículo. Con LS-DYNA, las empresas automotrices y sus proveedores pueden probar diseños de automóviles sin tener que utilizar herramientas o probar experimentalmente un prototipo, ahorrando así tiempo y dinero.
Características automotrices especializadas de LS-DYNA:
Una de las aplicaciones de LS-DYNA es el conformado de chapa metálica. [6] [4] LS-DYNA predice con precisión las tensiones y deformaciones que experimenta el metal y determina si este fallará. LS-DYNA admite el remallado 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:
La industria aeroespacial utiliza LS-DYNA para simular impactos de aves , [6] [4] contención de palas de motores a reacción y fallas estructurales.
Las aplicaciones aeroespaciales para LS-DYNA incluyen:
Los investigadores del ámbito militar y de defensa utilizan ampliamente LS-DYNA. [7] [8] Algunas de estas aplicaciones incluyen:
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 fluido-estructura. [8] Las aplicaciones de LS-DYNA para la industria del petróleo y el gas incluyen:
Otras aplicaciones de LS-DYNA incluyen: